प्रस्तुत सहायक कारक के उत्थान और बेहतर reusability के लिए सह immobilizing पूरे सेल biocatalysts, एक उदाहरण के रूप में एल xylulose के उत्पादन प्रयोग करने के लिए प्रोटोकॉल है। सहायक कारक के उत्थान दो कोलाई कार्यात्मक पूरक एंजाइमों व्यक्त उपभेदों युग्मन द्वारा हासिल की है; पूरे सेल biocatalyst स्थिरीकरण कैल्शियम alginate मोती में सेल encapsulation द्वारा हासिल की है।
हमने हाल ही में सुधार के उत्पादन उपज और निरंतर संश्लेषण के लिए सहायक कारक के उत्थान और biocatalyst स्थिरीकरण की क्षमता के साथ एक सरल, पुन: प्रयोज्य और मिलकर पूरे सेल biocatalytic प्रणाली विकसित की है। इसके साथ वर्णित ई दो से मिलकर एक ऐसी प्रणाली के विकास के लिए प्रयोगात्मक प्रक्रिया है कोलाई उपभेदों कि कार्यात्मक पूरक एंजाइमों व्यक्त करते हैं। साथ में, इन दो एंजाइमों bioreaction के उत्पाद उपज में सुधार के लिए महंगा सहकारकों के उत्थान मध्यस्थता करने के लिए कार्य कर सकते हैं सह ऑपरेशन। इसके अलावा, कैल्शियम alginate मोती में पूरे कोशिकाओं के encapsulation से मिलकर biocatalytic प्रणाली का एक स्थिर रूप synthesizing की विधि बताई गई है। एक उदाहरण के रूप में, हम ई युग्मन द्वारा एल arabinitol से एल xylulose के बेहतर जैवसंश्लेषण पेश कोलाई कोशिकाओं एंजाइमों एल arabinitol डिहाइड्रोजनेज या NADH oxidase व्यक्त। इष्टतम शर्तों के तहत और 150 के एक प्रारंभिक एकाग्रता का उपयोगमिमी एल arabinitol, अधिक से अधिक एल xylulose उपज 96% है, जो साहित्य रिपोर्ट में उन लोगों की तुलना में अधिक है पर पहुंच गया। मिलकर पूरे सेल biocatalysts के स्थिर प्रपत्र अच्छा परिचालन स्थिरता का प्रदर्शन किया, उपज लगातार फिर से उपयोग के 7 चक्र के बाद पहले चक्र में प्राप्त की 65% को बनाए रखने, जबकि मुक्त सेल प्रणाली लगभग पूरी तरह से उत्प्रेरक गतिविधि खो दिया है। इसलिए, तरीकों यहां बताया दो रणनीतियों एल xylulose के औद्योगिक उत्पादन के साथ-साथ अन्य मूल्य वर्धित यौगिकों सामान्य में सहकारकों के उपयोग की आवश्यकता को बेहतर बनाने में मदद कर सकता है प्रदान करता है।
3 – reductive पूरे सेल सूक्ष्मजीवों का उपयोग कर biotransformation व्यावसायिक और चिकित्सा के महत्वपूर्ण biomolecules 1 की केमो-enzymatic संश्लेषण के लिए एक व्यापक तरीका बन गया है। 7 – यह अलग एंजाइमों के इस्तेमाल को लेकर कई फायदे हैं, विशेष रूप से लागत गहन बहाव के शुद्धिकरण की प्रक्रिया के उन्मूलन और एक विस्तारित जीवन भर के 4 का प्रदर्शन प्रस्तुत करता है। Biocatalytic रास्ते जहां सहकारकों उत्पाद गठन के लिए आवश्यक हैं के लिए, पूरे सेल सिस्टम संभावित सस्ती इलेक्ट्रॉन दान सह substrates 5,8,9 के अलावा के माध्यम से सीटू सहायक कारक के उत्थान में प्रदान किया है। 13 – हालांकि, इस क्षमता प्रतिक्रियाओं है कि दुर्लभ या महंगा सह substrates 10 की एक stoichiometric एकाग्रता की आवश्यकता के लिए कम है। एक साथ पूरे कोशिकाओं के गरीब reusability के साथ, यह एक स्केलेबल और निरंतर उत्पादों होगा की स्थापना में बाधा उत्पन्नction प्रणाली। इन सहायक कारक पर निर्भर biotransformations के लिए पूरे सेल प्रणालियों के सामरिक संशोधनों के ऊपर उल्लिखित सीमाओं को पार करने के लिए आवश्यक हैं। विशेष रूप से, पूरे सेल biocatalysts कि मिलकर काम का संयोजन काफी उत्पादकता और harbored एंजाइमों 14 की स्थिरता को बढ़ाने के लिए दिखाया गया है। ये कारक है, जो अक्सर वाणिज्यिक रूप से व्यवहार्य उत्पादों का बड़े पैमाने पर उत्पादन को सक्रिय करने के लिए महत्वपूर्ण हैं, सह immobilizing biocatalytic रोगाणुओं 15 से आगे अनुकूलित किया जा सकता। हमने हाल ही में एक सरल और पुन: प्रयोज्य पूरे सेल biocatalytic प्रणाली है कि एल xylulose उत्पादन 16 के लिए दोनों सहायक कारक के उत्थान और biocatalyst स्थिरीकरण की अनुमति देता है विकसित किया है। इस अध्ययन में, इस प्रणाली में सुधार के लिए एक उदाहरण biotransformation उत्पादन उपज और biocatalyst reusability के लिए इन दो रणनीतियों को लागू करने की प्रयोगात्मक प्रक्रियाओं को वर्णन करने के रूप में उपयोग किया गया था।
एल xylulose एक सीएलए के अंतर्गत आता हैजैविक रूप से उपयोगी अणुओं के एसएस दुर्लभ शर्करा नाम दिया है। दुर्लभ शर्करा अद्वितीय monosaccharides या चीनी डेरिवेटिव है कि प्रकृति में बहुत कम ही होते हैं, लेकिन बायोएक्टिव अणुओं 17,18 में मान्यता तत्व के रूप में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। वे मिठास, कार्यात्मक खाद्य पदार्थों से संभावित चिकित्सा 19 से लेकर आवेदनों की एक किस्म है। एल xylulose कई α-glucosidases का एक संभावित अवरोध के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है, और भी हेपेटाइटिस या लीवर सिरोसिस 17,20 का एक संकेतक के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है। पूरे सेल प्रणाली में एल xylulose को xylitol के उच्च दक्षता रूपांतरण Pantoea में पहले से सूचित कर दिया गया है 21,22, Alcaligenes सपा ananatis। 701B 23, बेसिलस पैलीडस Y25 24,25 और 26 कोलाई। ई में कोलाई, हालांकि, यह केवल कम (<67 मिमी) xylitol सांद्रता 26 का उपयोग कर 1 से अधिक एक प्रारंभिक xylitol एकाग्रता की क्षमता निरोधात्मक प्रभाव के कारण हासिल की थीXylitol-4-डिहाइड्रोजनेज गतिविधि 21,26 पर 00 मिमी। Xylulose और xylitol के बीच संतुलन thermodynamic जोरदार xylitol 25,27 के गठन के पक्ष में दिखाया गया है। इसके अतिरिक्त, xylulose उपज महंगा सहकारकों है कि सीटू सहायक कारक के उत्थान प्रणाली में एक के अभाव में आपूर्ति की जा की राशि तक सीमित है। साथ में, इन कारकों एल xylulose जैवसंश्लेषण के लिए स्थायी प्रणालियों में स्केलिंग के लिए क्षमता की सीमा।
इन सीमाओं को पार और एल xylulose biotransformation उपज में सुधार करने के लिए, सहायक कारक के उत्थान की रणनीति एक मिलकर पूरे सेल biocatalytic प्रणाली की स्थापना से पहले नियुक्त किया गया था। विशेष रूप से, एल Arabinitol 4-डिहाइड्रोजनेज (ईसी 1.1.1.12) Hypocrea jecorina से (HjLAD), एल arabinose कवक के catabolic मार्ग में एक एंजाइम, एल xylulose 28,29 में एल arabinitol के रूपांतरण को उत्प्रेरित करने के लिए चयनित किया गया था । कई biosynthetic एंजाइमों की तरह, एक प्रमुख limitatioHjLAD के एन कि यह इस रूपांतरण बाहर ले जाने के लिए महंगा निकोटिनामाइड एडेनाइन डाईन्यूक्लियोटाइड सहायक कारक (NAD +, NADH का ऑक्सीकरण फार्म) की एक stoichiometric राशि की आवश्यकता है। NADH oxidase स्ट्रेप्टोकोकस प्योगेनेस (SpNox) में पाया उच्च cofactor-उत्थान गतिविधि 30,31 प्रदर्शित करने के लिए दिखाया गया है। SpNox, ई की इस विशेषता का लाभ उठाते हुए कोलाई कोशिकाओं एल xylulose के उत्पादन के लिए HjLAD व्यक्त ई के साथ मिलकर कर रहे थे कोलाई कोशिकाओं NAD + के उत्थान के लिए SpNox व्यक्त एल xylulose उत्पादन चित्रा 1 ए में दिखाया गया मिलकर प्रतिक्रिया द्वारा दर्शाया बढ़ावा देने के लिए। इष्टतम स्थितियों और 150 मिमी एल arabinitol की एक प्रारंभिक एकाग्रता का उपयोग कर के तहत अधिक से अधिक एल xylulose उपज 96% तक पहुँच गया है, इस प्रणाली बहुत साहित्य रिपोर्ट में उन लोगों की तुलना में अधिक कुशल बनाने।
पूरे सेल स्थिरीकरण की रणनीति अगले नियुक्त किया गया था और आगे मिलकर biocatalyt के reusability को बढ़ाने के लिएआईसी प्रणाली। पूरे सेल स्थिरीकरण के लिए इस्तेमाल किया तरीकों सोखना / सहसंयोजक ठोस matrices, पार से जोड़ने / फंसाने और बहुलक नेटवर्क 32 में encapsulation को जोड़ने शामिल हैं। इन तरीकों के अलावा, सेल स्थिरीकरण के लिए सबसे उपयुक्त विधि कैल्शियम alginate मोती में encapsulation है। उनके हल्के जमाना गुण, अक्रिय जलीय मैट्रिक्स और उच्च porosity शारीरिक गुणों और समझाया बायोलॉजिकल 33 की कार्यक्षमता को बनाए रखने में मदद। इसलिए, मिलकर biocatalyst प्रणाली दोनों ई युक्त HjLAD या SpNox शरण कोलाई कोशिकाओं कैल्शियम alginate मोती में स्थिर था एल xylulose उत्पादन की कई चक्र सक्षम करने के लिए (चित्रा 2) व्याप्ति स्थिर biocatalyst प्रणाली अच्छी परिचालन स्थिरता का प्रदर्शन किया, पहले चक्र के रूपांतरण उपज का 65% बनाए रखने के 7 चक्र के बाद लगातार फिर से उपयोग करते हैं, जबकि मुक्त सेल प्रणाली लगभग पूरी तरह से अपनी उत्प्रेरक गतिविधि खो दिया है।
हाल ही में तकनीकी प्रगति पुनः संयोजक biotherapeutics के व्यावसायीकरण में वृद्धि के लिए सक्षम है, जैव प्रौद्योगिकी उद्योग में उनके बाजार मूल्य में एक क्रमिक वृद्धि हो जाती है। ऐसा ही एक उन्नति पुनः संयोजक सूक्ष?…
The authors have nothing to disclose.
इस शोध कोरिया के नेशनल रिसर्च फाउंडेशन (एनआरएफ) शिक्षा, विज्ञान और प्रौद्योगिकी (एनआरएफ-2013R1A1A2012159 और एनआरएफ-2013R1A1A2007561), Konkuk विश्वविद्यालय के मंत्रालय द्वारा वित्त पोषित है, और केमिकल इंजीनियरिंग और MCubed विभाग के माध्यम से बेसिक साइंस रिसर्च प्रोग्राम द्वारा समर्थित किया गया मिशिगन विश्वविद्यालय में कार्यक्रम।
LB broth | Sigma Aldrich | L3022-6X1KG | |
Kanamycin | Fisher | BP906-5 | |
Isopropyl β-D-thiogalactopyranoside (IPTG) | Sigma Aldrich | I6758-10G | |
Tris base | Fisher | BP1521 | |
B-Nicotinamide adenine dinucleotide hydrate | Sigma Aldrich | N7004-1G | |
L-Arabinitol | Sigma Aldrich | A3506-10G | |
L-Cysteine | Sigma Aldrich | 168149 | |
Sulfuric acid | Sigma Aldrich | 320501-500ML | |
Carbazole | Sigma Aldrich | C5132 | |
Ethanol | Fisher | BP2818-4 | |
Sodium alginate | Sigma Aldrich | W201502 | |
Calcium chloride dihydrate | Sigma Aldrich | 223506-500G | |
Excella E24 shaker incubator | New Brunswick Scientific | ||
Cary 60 UV-Vis Spectrophotometer | Agilent Technologies | ||
Centrifuge 5810R | Eppendrof | ||
Beakers | Fisher | ||
Syringe | Fisher | ||
Needle | Fisher | ||
Pioneer Analytical and Precision Weighing Balance | Ohaus |