گرایش جوامع بشری برای مصرف فرآورده های معطر طبیعی موجب ترغیب محققین در استفاده از بیوکاتالیزورهای میکروبی برای سنتز محصولات معطر طبیعی گردیده است. دو روش عمده دستیابی به وانیلین طبیعی شامل استخراج مستقیم از منابع گیاهی و بیوترانسفورماسیون میکروبی می باشد. با توجه به کاربرد گسترده وانیلین و افزایش روزافزون تقاضا برای مصرف وانیلین طبیعی و همچنین از آنجایی که استخراج از منابع گیاهی بسیار پرهزینه و زمان بر بوده و به تنهایی قادر به تامین بازارهای جهانی نمی باشد، بنابراین لزوم توسعه فرآیندهای بیوتکنولوژیک جایگزین مناسب الزامی می باشد. در این پژوهش، که برای اولین بار در ایران صورت پذیرفته، کاربرد بیوترانسفورماسیون میکروبی در ایجاد وانیلین طبیعی و دیگر متوکسی فنل های باارزش از پیش سازهای فنیل پروپانوئیدی (ایزواوژنول، اوژنول و فرولیک اسید) مورد مطالعه قرار گرفته است. جداسازی و تشخیص سویه های میکروبی تولید کننده وانیلین گام نخست در انتخاب سویه های برتر برای تولید بیوتکنولوژیک وانیلین است. در این راستا، در یکسری آزمایشات غربالگری 211 سویه باکتریایی و مخمری از محیط های مختلف در ایران جدا گردید. تحمل پذیری سویه های جدا شده نسبت به سوبستراهای فنیل پروپانوئیدی و وانیلین به روش های رقت در آگار و میکروپلیت الایزا تعیین شد. غربالگری اولیه با استفاده از آنالیزهای tlc و hplc انجام شد. سویه های منتخب از نظر صفات فیزیولوژیک و بیوشیمیایی و همچنین فیلوژنی و ملکولی شناسایی و تعیین توالی شدند. غلظت وانیلین و دیگر متوکسی فنل های تولید شده در مخلوط واکنش های بیوترانسفورماسیون بوسیله انواع روش های اسپکتروفتومتری و کروماتوگرافی از جمله gc-fid و hplc مورد سنجش قرار گرفت. در بخش نخست از این کار پژوهشی، از میان 82 سویه باکتری تجزیه کننده ایزواوژنول، سویه باکتری pseudomonas sp. kob10 که دارای بیشترین تولید وانیلین (1.81 گرم در لیتر با راندمان مولی 13 درصد) پس از 60 ساعت واکنش بیوترانسفورماسیون بود، جهت مطالعات بهینه سازی انتخاب شد. پس از بهینه سازی های انجام شده با روش های تک فاکتوری و روش آماری تاگوچی غلظت وانیلین تولیدی در سلول های رویشی سویه مذکور به 3.14 گرم در لیتر (راندمان مولی 22.5 درصد) پس از 60 ساعت واکنش بیوترانسفورماسیون افزایش یافت. در قسمت دیگری از این کار تحقیقی، برای اولین بار جداسازی و شناسایی میکرواورگانیسم های نمک دوست با پتانسیل بیوکانورژن ایزواوژنول به وانیلین مورد مطالعه قرار گرفته است. براساس نتایج بدست آمده، از میان 36 سویه نمک دوست غربالگری شده، سلول های در حال استراحت سویه تحمل کننده نمک psychrobacter sp. csw4 دارای بیشترین تولید وانیلین (1.28 گرم در لیتر با راندمان مولی 13.8 درصد) پس از 48 ساعت واکنش، تحت شرایط غیر بهینه شده بود. پس از بهینه سازی با استفاده از تکنیک های طرح آماری تاگوچی و روش صفحه پاسخ (rsm) غلظت وانیلین تحت شرایط سلول های در حال استراحت سویه مذکور به 2.67 گرم در لیتر (راندمان مولی 44.3 درصد ) پس از 24 ساعت واکنش بیوکانورژن افزایش یافته است. در بخش دیگری از این کار تحقیقی، برای اولین بار شناسایی سویه های مخمری با قابلیت تبدیل ایزواوژنول به وانیلین و وانیلیک اسید مورد مطالعه قرار گرفته است. براساس نتایج بدست آمده، از میان 50 سویه مخمری غربالگری شده، سلول های در حال استراحت سویه مخمری candida galli pgo6 دارای بیشترین تولید وانیلین (راندمان مولی 48 درصد) و وانیلیک اسید (راندمان مولی 19 درصد) پس از 30 ساعت واکنش بیوترانسفورماسیون بود. بررسی همزمان آنالیزهای uv، tlc و hplc تحت شرایط سلولهای در حال استراحت سویه مخمری pgo6 منجر به شناسایی دو متابولیت اصلی (وانیلین و وانیلیک اسید) حاصل از بیوکانورژن ایزواوژنول شد. براساس نتایج بدست آمده مسیرمتابولیسمی احتمالی ایزواوژنول در سویه مخمری pgo6 ترسیم شده است. در قسمت دیگری از این پژوهش، در راستای شناسایی سویه های باکتری با قابلیت تجزیه کنندگی سوبسترای اوژنول به متابولیت های باارزش وانیلین و وانیلیک اسید، 16 سویه باکتری غربالگری شدند و برای اولین بار بیوترانسفورماسیون اوژنول به وانیلین و وانیلیک اسید در سویه بومی pseudomonas resinovorans spr1 گزارش گردید. نتایج نشان داد که بیشترین میزان تولید وانیلین (0.24گرم در لیتر با راندمان مولی 10.3 درصد) و وانیلیک اسید (12/1 گرم درلیتر با راندمان مولی 43.7 درصد) پس از به ترتیب30 و 60 ساعت از شروع واکنش بیوترانسفورماسیون تحت سلولهای در حال استراحت سویه مذکور حاصل شده است. در ادامه این مطالعه متابولیت های اصلی حاصل از کاتابولیسم اوژنول در سلول های در حال استراحت سویه غربالگری شدهspr1 با استفاده از آنالیزهای همزمان tlc و hplc تشخیص داده شده و مسیر متابولیسمی احتمالی اوژنول در سویهspr1 ترسیم شده است. در بخش دیگری از این کار تحقیقی، با هدف شناسایی سویه های باکتری با توانایی تجزیه کنندگی سوبسترای فرولیک اسید، 27 سویه باکتری غربالگری شدند و برای اولین بار تولید موثر متابولیت های وانیلیک اسید و وانیلین در در سویه ای ازbacillus licheniformis shl1 گزارش گردید. براساس نتایج بدست آمده، سلول های در حال استراحت سویه shl1 توانایی بیوکانورژن 1 گرم فرولیک اسید را به 494 میلی گرم در لیتر وانیلیک اسید (با راندمان مولی60 درصد) پس از گذشت 45 ساعت از آغاز واکنش بیوکانورژن دارا می باشد. در قسمت دیگری از این پژوهش، کلونینگ ژن های شناخته شده مسیر کاتابولیسمی فرولیک اسید در شاتل وکتور بیانی pnz8048 به منظور تولید وانیلین نوترکیب مورد مطالعه قرار گرفته است. پلاسمید نوترکیب pnz8048-t5/ech/fcs این امکان را فراهم ساخت که بتوانیم دو ژن fcs و ech را در شاتل وکتور بیانی pnz8048 تحت کنترل پروموتور فاژی t5 در سیستم میزبانی streptococcus thermophilus بطور موفقیت آمیز کلون و بیان کنیم. براساس نتایج بدست آمده، سلول های در حال استراحت سویه مهندسی شده s. thermophilus dsm20617t قادر به تبدیل فرولیک اسید به وانیلین با راندمان مولی 62 درصد پس از 12 ساعت واکنش بیوترانسفورماسیون و وانیلیل الکل با راندمان مولی 18 درصد پس از 16 ساعت، تحت شرایط سلول های در حال استراحت بود. مطالعه اخیر نخستین گزارش از کاربرد باکتری های پروبیوتیک مهندسی شده در تولید وانیلین نوترکیب است. در نهایت، وانیلین طبیعی تولید شده به روش بیولوژیک در مقایسه با وانیلین استاندارد با استفاده از روش های uv، ftir، xrd و اسپکتروسکوپی جرمی مورد شناسایی قرار گرفت. با مقایسه راندمان های وانیلین و وانیلیک اسید حاصل از این تحقیق با سایر مطالعات صورت گرفته در ارتباط با بیوترانسفورماسیون پروپنیل بنزن ها، می توان امیدوار بود که سویه های بومی غربالگری شده، بعنوان بیوکاتالیزورهای میکروبی کارآمد، انتخاب مناسبی برای تولید وانیلین و وانیلیک اسید طبیعی باشند.

تمایل به توسعه ی روش های مبتنی بر شیمی سبز (دوستدار محیط زیست و مقرون به صرفه از نظر اقتصادی) برای حذف کافئین سمی از پساب های صنعتی-کشاورزی و محصولات غذایی با استفاده از ریزسازواره ها جهت جایگزینی روش های فیزیکی و شیمیایی، بسیار مورد توجه قرار گرفته است. غربالگری و شناسایی جدایه های باکتری با قابلیت تحمل پذیری بالا نسبت به کافئین گام نخست در انتخاب سویه های برتر برای حذف زیستی کافئین سمی است. در این راستا در یکسری آزمایشات غربالگری، 129 جدایه ی باکتریایی از محیط های مختلف در ایران بر اساس تکنیک غنی-سازی جدا گردید. تحمل پذیری ذاتی سویه های جدا شده نسبت به کافئین به روش رقت در آگار تعیین شد. غربالگری با استفاده از آنالیزهای اسپکتروفتومتری و hplc انجام شد. جدایه های منتخب از نظر صفات فیزیولوژیکی، بیوشیمیایی و همچنین فیلوژنی و ملکولی شناسایی و تعیین توالی شدند. در بخش نخست کار، از میان 5 جدایه ی باکتریایی تجزیه کننده ی کافئین، باکتری پسودوموناس پسودوآلکالیژنس سویه ی tps8 که دارای بیشترین قابلیت حذف زیستی کافئین (2/53 درصد) پس از 48 ساعت گرماگذاری بود، جهت مطالعات بهینه سازی انتخاب شد. پس از بهینه سازی های انجام شده با روش های تک فاکتوری و روش آماری تاگوچی، حذف کافئین در سلول های رویشی سویه ی مذکور پس از 48 ساعت گرماگذاری به 14/86 درصد افزایش یافت. با توجه به یافته های این پژوهش می توان امیدوار بود که بتوان از سلول های رویشی باکتری پسودوموناس پسودوآلکالیژنس سویه ی tps8 به عنوان یک کاتالیزگر زیستی ساده و ارزان قیمت برای کافئین زدایی زیستی از پساب های صنعتی-کشاورزی در مقیاس های بزرگتر از مقیاس آزمایشگاهی (scale up) استفاده نمود. مطالعه ی اخیر، نخستین گزارش از کافئین زدایی زیستی در گونه ی باکتری پسودوموناس پسودوآلکالیژنس می باشد. در قسمت دیگری از این کار تحقیقی، جداسازی و شناسایی باکتری های با توان بالقوه ی زیست تبدیلی کافئین به تئوبرومین و پاراگزانتین مورد مطالعه قرار گرفته است. بر اساس نتایج به دست آمده، از میان 21 جدایه ی باکتری غربالگری شده با قابلیت تحمل پذیری بالا نسبت به کافئین (بالاتر از 15 گرم در لیتر)، سلول های در حال استراحت باکتری باسیلوس سابتیلیس سویه ی ctb04، دارای پتانسیل تبدیل کنندگی کافئین به تئوبرومین بودند. بررسی همزمان آنالیزهای tlc و hplc تحت شرایط سلول های در حال استراحت باکتری ctb04، منجر به شناسایی دو متابولیت اصلی (تئوبرومین و پاراگزانتین) حاصل از زیست تبدیلی کافئین شد. کلمات کلیدی: کافئین، تجزیه ی زیستی، الگوی تحمل پذیری، زیست تبدیلی، بهینه سازی، سویه ی باکتری

در سال‏های اخیر استفاده از میکروارگانیسم‏ها به‏عنوان زیست‏ واکنشگرهای مبتنی بر شیمی سبز جهت حذف کافئین سمی از پساب‏های صنعتی و محصولات غذایی بسیار مورد توجه قرار گرفته‏ است. در بخش اول این پژوهش سویه‏های مخمری با قابلیت تحمل‏پذیری بالا نسبت به کافئین غربالگری شد و حذف زیستی کافئین تحت سلول‏های رویشی مورد بررسی قرار داده شد. در این راستا، 75 سویه‏ی‏ مخمری از مناطق مختلف ایران جداسازی شد و تحمل‏پذیری ذاتی آنها با استفاده از روش رقت در آگار مورد بررسی قرار گرفت. براساس نتایج به‏دست آمده، سلول‏های رویشی سویه‏ی‏ مخمری tfs9 که قابلیت حذف 8/84 درصد کافئین را بعد از 60 ساعت گرماگذاری داشت، به‏عنوان سویه‏ی برتر انتخاب گردید و بر اساس ویژگی‏های ریخت‏شناسی، فیزیکوشیمیایی و فیلوژنتیک با استفاده از تکثیر توالی‏های‏ its1–5.8s–its2 rdna به‏عنوان ساکارومیسس سروزیه tfs9 (genbank accession number kf414526) شناسایی گردید. در بخش دیگر این پژوهش، بهینه‏سازی فرآیند حذف زیستی کافئین توسط سلول‏های رویشی سویه‏ی بومی مخمری ساکارومایسس سرویزیه tfs9 با استفاده از روش آماری تاگوچی مورد بررسی قرار گرفته است که میزان حذف زیستی کافئین، با درجه اطمینان 95 درصد، 8/82 درصد به‏دست آمد در حالی که قبل از آزمایشات بهینه‏سازی، سویه‏ی tfs9 تنها قادر به حذف 5/25 درصد از کافئین با غلظت اولیه 5 گرم در لیتر بعد از 48 ساعت گرماگذاری بوده است که با توجه به افزایش 2/3 برابری کارآیی بالای تکنیک طراحی تاگوچی را به‏خوبی اثبات می‏کند. در قسمت دوم این پژوهش، جداسازی و شناسایی مخمرهای با پتانسیل زیست‏تبدیلی کافئین به تئوفیلین و پارازانتین مطالعه شد. براساس نتایج به‏دست آمده از آنالیزهای tlc و hplc، سلول‏های در حال استراحت سویه‏ی مخمری rhodotroula sp. cw03 ، دارای پتانسیل تبدیل‏کنندگی کافئین به تئوفیلین و پارازانتین بود. داده‏های حاصل از پژوهش نشان می‏دهد که حذف میکروبی کافئین یک فرآیند ساده و مقرون‏به‏صرفه می‏باشد و رویکرد امیدوار‏کننده‏ای را جهت توسعه‏ی فرآیندهای بی‏خطر به‏منظور حذف کارآمد کافئین از پساب‏های صنعتی فراهم ساخته و همچنین پتانسیل بیوتکنولوژیک کافئین به‏عنوان یک سوبسترای ارزان‏قیمت در فرآیندهای زیست‏تبدیلی جهت تولید محصولات باارزش، مانند تئوفیلین و پارازانتین را نشان داد.

بیماری پژمردگی و زردی نخود با عامل fusarium oxysporum f. sp. ciceris یکی از محدود کننده های کشت این محصول به شمار می رود. در این تحقیق امکان کنترل زیستی بیماری پژمردگی فوزاریومی نخود در شرایط آزمایشگاه و گلخانه با استفاده از جدایه های باکتری streptomyces مورد ارزیابی قرار گرفت. در نمونه برداری های انجام شده از مزارع استان کردستان 10 جدایه مربوط به بیمارگر جداسازی و شناسایی شد و براساس تست بیماری زایی جدایه f1 جهت انجام آزمایشات بعدی انتخاب گردید. 112 جدایه رایزوباکتر از نمونه هایی از خاک ناحیه فرا ریشه گیاه سالم نخود بر اساس خصوصیات مورفولوژیک پرگنه بر روی محیط کشت اختصاصی (sca) starch casein agar جداسازی گردیدند. هفت جدایه در بررسی اثرات همستیزی با قارچ عامل بیمارگر پژمردگی فوزاریومی نخود به روش کشت متقابل بر روی محیط کشت pda هاله بازدارندگی ایجاد کردند و برای مطالعات بعدی آزمایشگاهی و گلخانه ای انتخاب شدند. همچنین در این بررسی از چهار سویه استـاندارد (s. griseoflavus ptcc 1130،s. griseofuscus ptcc 1628، s. griseus ptcc 1125 و s. griseus ptcc 1124) تهیه شده از سازمان پژوهش های علمی و صنعتی ایران نیز در مطالعات تکمیلی استفاده شد. بر اساس نتایج حاصل از آزمون های فنوتیپی و همچنین بر اساس توالی ژن 16s rdna جدایه ها به جنس streptomyces تعلق گرفتند. جدایه ها با تولید آنتی بیوتیک و ترکیبات فرار توانستند از رشد میسلیومی قارچ بیمارگر جلوگیری کنند. همچنین جدایه ها از نظر تولید متابولیت هایی همچون سیدروفور، پروتئاز و کیتیناز نتایج متفاوتی داشتند، به صورتی که همه جدایه ها در آزمون کیتیناز مثبت ارزیابی شدند. در مطالعات گلخانه ای به روش آغشته سازی بذر، شدت بیماری، وقوع بیماری و فاکتور های رشدی مورد ارزیابی قرار گرفت. همه ی جدایه ها به طور معنی داری نسبت به شاهد آلوده شدت بیماری را کاهش دادند، اما وقوع بیماری در همه تیمار ها مشاهده شد و جدایه ها نسبت به شاهد آلوده تأثیر معنی داری در کاهش وقوع بیماری از خود نشان ندادند. نتایج تأثیر جدایه های همستیز بر روی فاکتورهای رشد، نشان داد که همه جدایه ها غیر از جدایه های s12 و s55 به طور معنی داری نسبت به شاهد سالم طول ریشه، ساقه، وزن تر و خشک گیاه را افزایش دادند. نتایج کلی نشان داد که جدایه های streptomyces جهت کنترل زیستی بیماری پژمردگی فوزاریومی نخود موثر هستند و لازم است که آزمایشات تکمیلی در مزرعه هم جهت تأثیر آن ها روی بیماری پژمردگی فوزاریومی نخود انجام گیرد.

تجمع سلنو اکسی آنیون های محلول به ویژه سلنیت در منابع آب وخاک یک وضعیت نگران کننده برای سلامت افراد و محیط زیست ایجاد کرده است. در این بررسی غربال گری باکتری های مولد اسیدلاکتیک مقاوم به سلنیت و توانایی آن ها به عنوان کاتالیست های ایمن در پالایش زیستی سلنیت ارزیابی شد. در این مطالعه تعیین حداقل غلظت ممانعت کنندگی از رشد و حداقل غلظت کشندگی جدایه های باکتری نسبت به سلنیت با روش رقت در آگار تعیین شد. ارزیابی اثر مهارکنندگی سلنیت بر جدایه های باکتری با روش انتشار در چاهک انجام شد. از روش کدورت سنجی برای بررسی سنتیک رشد استفاده شد. جدایه باکتری کارآمد بر اساس تست های بیوشیمیایی و فیلوژنتیکی شناسایی شد. برای سنجش حذف سلنیت از رنگ سنجی و معرف 3 و 3- دی آمینو بنزیدین استفاده شد. اثرات 4 فاکتور آزمایش شده (یون سلنیت، زیست توده سلولی، نمک سدیم کلراید و دور شیکر) با استفاده از روش طراحی باکس- بنکن در سه سطحی، موردبررسی قرار گرفت.

کاربرد ریزسازواره ها به عنوان کاتالیست های طبیعی ارزان قیمت جهت کاهش و حذف پساب های حاوی سلنیت از محیط زیست به طور چشمگیری در حال افزایش است. در این راستا، جداسازی و تعیین هویت ملکولی مخمرهای بومی مقاوم به سلنیت، به عنوان کاتالیست های ایمن و مناسب در آزمایشات زیست پالایی اکسی آنیون سمی سلنیت مورد توجه قرار گرفت.