نقش مهاری آنزیم فورمات دهیدروژناز در رشد باکتری صنعتی BL21

متابولیسم بالا در حضور اکسیژن با سرعت رشد سریع در طیف وسیعی از ارگانیسم‌ها از جمله باکتری‌ها، مخمرها و یا سلول‌های سرطانی رخ می‌دهد. توانایی رشد با راندمان بالا نقش مهمی در بیوتکنولوژی به ویژه در طی فرآیند تولید پروتیین‌ها (به طور ترجیحی نوترکیب) و یا ترکیب های متابولیک مانند اسیدهای آلی و متابلیت های ثانویه ایفا می‌کند. افزایش راندمان رشد باکتری ها به ویژه باکتری اشرشیاکلی که موتور فعالیت های تحقیقاتی و صنعتی است هدف آرمانی در بیوتکنولوژی میکربی است. در این تحقیق بر آن شدیم تا با بررسی مسیرهای متابولیکی E. coli راهکاری برای کاهش میزان CO2 تولیدی و در نتیجه افزایش راندمان تولید توده سلولی از مواد آلی در فرآیند رشد و تکثیر پیدا کنیم.

 مسیرهای متابولیکی مستند شده در وبگاه KEGG با دیدگاه کاهش راندمان تولید CO2 از اسید فرمیک بررسی شد. دو سویه باکتری ناک اوت شده با منشاء K12 از بانک میکروبی Keio تهیه شد. سپس، سویه های منتخب در محیط کمپلکس (LB) و ساده (M9+Glycerol) کشت داده شدند. میزان تولید توده سلولی در تیمارهای مختلف با اندازه گیری جذب نوری در 600 نانومتر با یکدیگر و هم چنین با سویه استاندار BL21 مقایسه شدند.

در محیط پیچیده LB، موتان باکتری های اشرشیا (W3866 و W4040.) نسبت به BL21  از رشد بیش تری (در حدود 5 برابر درساعات 8 و 10 ساعته و 3 برابری در زمان 12 ساعته نسبت به نمونه های دارای ژن فورمات دهیدروژناز) برخوردارند. البته این تفاوت در محیط ساده M9 بارزتر بود به طوری که رشد بیش از 6 برابری در زمان 24ساعت از انکوباسیون در نمونه های موتان فاقد ژن فورمات دهیدروژناز نسبت به سویه مادر BL21 مشاهده نمودیم.
بحث: آزمایش ها با پیش بینی های متابولیکی به طور کامل مطابقت داشت و رشد باکتری های موتان از باکتری BL21 بیش تر بود. نکته جالب توجه رشد بیش تر موتان ها در محیط ساده حاوی گلیسرول بود که نشان داد گلیسرول منبع به طور کامل مناسبی برای رشد باکتری اشرشیاکلی است. این نتایج دلایل عدم تطابق پیش بینی های مدل های متابولیکی قبلی که گلیسرول را یک منبع کربن مناسب برای رشد E. coli اعلام کرده بود، ولی در عمل به آن دست نمی یافت، را توضیح می دهد.

در شرایط فیزیولوژیکی نرمال E. coli قادر به رشد بالایی در محیط گلیسرول نیست، حذف ژن فورمات دهیدروژناز در آن سبب تغییرهای اساسی در روند متابولیسمی و افزایش چند برابری رشد در مقایسه با سویه بیانی BL21 گردید که بیانگر نقش این آنزیم در جلوگیری از افزایش راندمان رشد E. coli در حضور گلیسرول است. به علاوه از سویه حاصل می توان در بیان پروتیین های نوترکیب با راندمان بالاتر استفاده نمود.