مخمر یاروویا لیپولیتیکا سوبستراهای آب گریز نظیر آلکان ها، اسیدهای چرب، چربی ها و روغن ها را برای تولید اسیدهای آلی، آنزیم های لیپاز، پروتئین و روغن تک یاخته به خوبی تجزیه می نمایند. هدف این تحقیق بررسی تولید و بهینه سازی لیپاز خارج سلولی و اسید سیتریک به عنوان متابولیت های با ارزش از لحاظ زیست فناوری از سوبسترا های ارزان قیمت و تجدیدپذیر است. از بین روغن های گیاهی آزمایش شده به عنوان منبع کربن، روغن زیتون بهترین محیط برای تولید لیپاز و اسید سیتریک بود. سویه dsm 3286 مخمر یاروویا لیپولیتیکا در این محیط حدود 6/34 واحد در میلی لیتر آنزیم لیپاز و همچنین اسید سیتریک و پروتئین تک یاخته به عنوان محصول جانبی در این محیط به همراه عصاره مخمر تولید کرد. به منظور به دست آوردن سویه های مخمر تولیدکننده آنزیم لیپاز در سطح بالا، سویه dsm 3286 مخمر یاروویا لیپولیتیکا تحت جهش زایی با اتیل متان سولفونات و اشعه uv قرار گرفت. 20 سویه از بین 1600 جهش یافته تیمار شده با اتیل متان سولفونات و اشعه uv براساس قابلیت بالای تولید لیپاز بر روی محیط انتخابی گزینش شدند. محیط کشت صنعتی جدیدی حاوی متیل اولئات برای تولید لیپاز بهینه شد، زیرا متیل اولئات یک ترکیب ارزان قیمت و جایگزین خوبی در فرآیند تولید صنعتی است. در فرمنتور 20 لیتری حاوی محیط صنعتی جدید یکی از جهش یافته های uv پس از 24 ساعت 356 واحد در میلی لیتر (حدود 5/10 برابر نسبت به سویه وحشی) تولید نمود. برای فرآیند پایین دستی فرمول های مختلفی از مواد افزودنی به منظور خشک کردن پاششی و انجمادی لیپاز استفاده شد و سپس اثر ph ، دما و زمان ذخیره سازی بر فعالیت پودرهای آنزیمی به دست آمده بررسی گردید. توالی نوکلئوتید ژن لیپاز خارج سلولی نوع دو(lip2) در سویه وحشی و جهش یافته تعیین شد، تجزیه و تحلیل در بین توالی دو ژن تشابه زیادی نشان داد. فقط دو جایگزینی در موقعیت 362 و 385 در ناحیه اصلی کد کننده آنزیم لیپاز مشاهده شد. همچنین دو جایگزینی و دو افزایش نوکلئوتید t در ناحیه پروموتوری تعیین گردید. این اطلاعات اهداف خوبی را برای نوترکیبی dna و مهندسی متابولیک معکوس لیپاز خارج سلولی مخمر یاروویا لیپولیتیکا نشان می دهد. علاوه بر این مدل سازی سه بعدی پروتئین لیپازهای وحشی و جهش یافته تهیه و همولوژی آنها مقایسه شدند. تجزیه و تحلیل ساختارهای دوم نشان داد که آنزیم ها مشابه ساختار لیپازهای معمول دارای یک هسته محافظت شده از لحاظ ساختاری هستند که از هشت صفحه بتا موازی تشکیل شدند که با مارپیچ های آلفا از دو طرف احاطه شدند. در نهایت حامل های fdp100 و fdp101 ساخته شدند که به ترتیب دارای ژن لیپاز وحشی و جهش یافته هستند. این حامل ها را می توان به منظور بررسی بیان و مقایسه لیپازهای وحشی و جهش یافته در سایر میزبان ها استفاده نمود.

سدیم آلژینات جزو بیوپلیمرهای طبیعی بوده که از منابع طبیعی توسط موجودات زنده تولید می¬شود. این بیوپلیمر به دلیل زیست تخریب پذیر بودن، سازگاری با محیط زیست، و غیر سمی بودن در زمینه های پزشکی بالاخص در زمینه دارویی مورد توجه قرار گرفته است. سدیم آلژینات دارای گروههای کربوکسیلات است که این امر در ساخت مواد هوشمند حساس به ph کمک می کند. هوشمند بودن این مواد باعث می شود که دارو در یک منطقه خاص از بدن آزاد شود. برای تهیه هیدروژلهای بر پایه سدیم آلژینات، معمولا از یونهای کلسیم برای شبکه¬ای شدن استفاده می¬کنند. ولی آلژینات شبکه ای شده با یونهای کلسیم در حضور نمکهای تک ظرفیتی ناپایدار هستند. برای این منظور، می توان از مواد دیگری از جمله پلی وینیل الکل در ترکیب بیدهای سدیم آلژینات استفاده کرد که باعث پایداری آنها خواهد شد. در سالهای اخیر، مواد هوشمند مغناطیسی مورد توجه خاص قرار گرفته است. وجود نانوذرات مغناطیسی در ترکیب ماتریکسهای پلیمری باعث پاسخدهی این مواد به میدان خارجی می¬شود. در این کار پژوهشی سعی بر آن است که نانوذرات مغناطیسی در حضور نانورس لاپونیت آر-دی تهیه شود. نانوذرات مغناطیسی در حضور نانورس در تهیه بیدهای مغناطیسی سدیم آلژینات مورد استفاده قرار خواهد گرفت. برای شبکه ای کردن ماتریکس همزمان از یونهای کلسیم و روش انجماد-ذوب استفاده خواهد شد. یونهای کلسیم سدیم آلژینات را شبکه¬ای می کند در حالیکه روش انجماد-ذوب باعث شبکه ای شدن پلی وینیل الکل خواهد شد. در واقع نانوذرات مغناطیسی در ترکیب بیدهای حاصل شده مورد استفاده قرار خواهد گرفت. از بیدهای مغناطیسی حاصل شده به منظور رهایش کنترل شده دارو استفاده خواهد شد. اثر ph و نیز میدان خارجی در مقدار رهایش دارو از بیدهای مغناطیسی نانوکامپوزیتی مورد بررسی قرار خواهد گرفت.

آنزیم لیپاز یکی از مهمترین آنزیم های صنعتی با فعالیت آنزیمی بالا برای آبکافت، ساخت و ترانس استریفیکاسیون دامنه ی وسیعی از استرها، روغن ها و چربی ها است که در صنایع مختلف از جمله شوینده ها، مواد آرایشی- بهداشتی، داروسازی، غذایی و تخمیری به کار می رود. برای مقرون به صرفه نمودن تولید لیپاز و استفاده در صنعت می بایست محیط کشت مناسب و ارزان قیمت طراحی گردد. هدف این تحقیق بررسی تولید میکروبی لیپاز به عنوان یک محصول با ارزش از لحاظ زیست فناوری توسط مخمر از پساب کارخانه روغن نباتی است.ابتدا اثر روغن زیتون با خلوص متفاوت از لحاظ تجاری بر تولید لیپاز توسط سویه های مخمر یارروویا لیپولیتیکا بررسی شد. مخمر یاررویا لیپولیتیکا سویه fdy1390 به عنوان سویه پرتوان تولید کننده لیپاز انتخاب شد که 300 واحد در میلی لیتر لیپاز در محیط روغن زیتون تولید کرد. پس از بهینه سازی با روش طراحی آزمایش تاگوچی، 340 واحد در میلی لیتر لیپاز به دست آمد. تولید لیپاز با تغییر در استراتژی خوراک دهی به 520 واحد در میلی لیتر رسید. در ادامه پساب سبک و سنگین کارخانه روغن نباتی به عنوان منبع کربن برای تولید لیپاز به کار رفت. پساب سنگین سوبسترای خوبی همچون روغن زیتون برای تولید لیپاز تعیین شد که سویه مخمر 5/184 واحد در میلی لیتر لیپاز بر روی این سوبسترا تولید نمود. همچنین 210 واحد در میلی لیتر لیپاز با تغییر در استراتژی خوراک دهی به دست آمد. پساب سنگین به عنوان منبع کربن، عصاره مخمر و تریپتون به عنوان منابع نیتروژن و ph در سطوح مختلف برای بهینه سازی تولید لیپاز توسط روش طراحی آزمایش تاگوچی مورد بررسی قرار گرفتند. سویه مخمر پس از بهینه سازی 286 واحد در میلی لیتر لیپاز تولید کرد. در بیوراکتور سه لیتری میزان تولید لیپاز به 373 واحد در میلی لیتر رسید. در مجموع پساب سنگین کارخانه روغن نباتی می تواند به عنوان سوبسترای تجدیدپذیر و ارزان قیمت برای تولید لیپاز و کاهش آلودگی زیست محیطی این نوع پساب به کار رود.

گیاه شابیزک یا آتروپا بلادونا، یک گیاه علفی چندساله است و مهمترین منبع اقتصادی برای بدست آوردن تروپان آلکالوئیدهای دارویی مانند هیوسیامین و اسکوپولامین در خانواده سلاناسه است. اسکوپولامین و پیش ساز آن، هیوسیامین دارای کاربرد پاراسمپاتولیتک و مهارکننده رقابتی استیل کولین هستند. در این پروژه اثر piriformospora indica، قارچ آندوفیت ریشه¬ و افزایش دهنده رشد گیاهان، بر رشد و تولید آلکالوئیدهای گیاهچه¬های شابیزک و سوسپانسیون سلولی آن بررسی شد. گیاهچه¬ها و سوسپانسیون سلولی شابیزک به مدت دوهفته با قارچ p. indica همزیست شده و سپس مقدار اسکوپولامین و آتروپین تولید شده به وسیله کروماتوگرافی مایع با کارایی بالا ((hplc اندازه¬گیری شد. همچنین، بیان دو ژن مربوط به آنزیم¬های محدود کننده سرعت شامل پوترسین n-متیل ترانسفراز (pmt) و هیوسیامین 6-?- هیدروکسیلاز (h6h) با استفاده از rt-pcr بررسی شد. افزایش چشمگیری در پارامترهای رشد، مقدار تروپان آلکالوئیدها و بیان ژن دو آنزیم کلیدی درگیر در بیوسنتز تروپان آلکالوئیدها، شامل pmt و h6h، در مقایسه با نمونه¬های شاهد مشاهده شد. افزایش رشد و میزان آلکالوئیدهای مشاهده شده، هماهنگ با میزان افزایش بیان دو ژن اصلی بیوسنتز آلکالوئیدها بود. این نتایج نشان می¬دهد p. indica مقادیر آتروپین و اسکوپولامین گیاه شابیزک و سوسپانسیون سلولی آن را (تا چندین برابر) افزایش می¬دهد. قارچ p. indica می¬تواند در غیاب گیاه میزبان تکثیر شود و درنتیجه می¬تواند برای افزایش متابولیت¬های ثانویه و زیتوده در گیاه شابیزک بکار رود. مطالعه¬ی اخیر روشی موثر برای تولید صنعتی آتروپین و اسکوپولامین به وسیله¬ی کشت گیاه شابیزک در مقیاس وسیع و بدون استفاده از ریشه مویین در بیوراکتور، فراهم می¬کند.