فهرست مطالب

زیست شناسی میکروارگانیسم ها - پیاپی 43 (پاییز 1401)

فصلنامه زیست شناسی میکروارگانیسم ها
پیاپی 43 (پاییز 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/08/10
  • تعداد عناوین: 6
|
  • سهیلا آقائی درگیری، داود صمصام پور*، مجید عسکری سیاهویی، عبدالنبی باقری صفحات 1-11
    مقدمه

    به نظر می رسد همه گیاهان در اکوسیستم های طبیعی با اندوفیت های قارچی همزیست اند. این گروه بسیار متنوع از قارچ ها می توانند ازطریق کمک به تحمل تنش غیرزیستی و زیستی، افزایش زیست توده و کاهش مصرف آب یا تغییر در تخصیص منابع، تاثیرات عمیقی بر جوامع گیاهی داشته باشند.

    مواد و روش‏‏ها:

     در این پژوهش تنوع زیستی مکانی - زمانی اندوفیت های قارچی Fusarium sp. وThielavia sp.  جداسازی شده از شش گونه گیاه هالوفیت بررسی شد. تنوع زیستی مکانی - زمانی دو اندوفیت قارچی مزبور در بافت های مختلف گونه های گیاهی هالوفیت با استفاد از شاخص های سیمپسون، شانون و غنای مارگالف با نرم افزار PAST ارزیابی شد. برای شناسایی مولکولی قارچ ها از آغازگر اختصاصی ITS استفاده شد.

    نتایج

    نتایج نشان دادند بیشترین فراوانی مربوط به اندوفیت قارچی Thielavia sp. به میزان 75/21 درصد در ساقه بود. با بررسی شاخص های تنوع سیمپسون، شانون و غنای مارگالف مشخص شد بیشترین تنوع اندوفیت قارچی برای شاخص های مزبور به ترتیب 498/0، 691/0 و 445/0 در ساقه گونه گیاهیBienertia cycloptera  بود. همچنین نتایج شاخص تنوع سیمپسون و شانون نشان دادند بیشترین میزان تنوع اندوفیت قارچی به میزان 500/0 و 693/0 در گونه های گیاهی جزیره ابوموسی و برای شاخص غنای مارگالف بیشترین میزان تنوع اندوفیت قارچی 455/0 در بندر سیریک مشاهده شد.

    بحث و نتیجه‏ گیری: 

    نتایج این پژوهش تنوع بالای مکانی - زمانی دو گونه اندوفیت قارچی مدنظر در شش گونه گیاهی شورپسند مطالعه شده را نشان می دهد. براساس این اطلاعات می توان نتیجه گیری کرد تامین اندوفیت از محل های جغرافیایی با تنوع بالای گونه های گیاهی، در موفقیت آمیزبودن برنامه کلونیزاسیون گیاهان موثر است.

    کلیدواژگان: تنوع زیستی، فراوانی نسبی، فنوتیپ، هالوفیت
  • فاطمه شیخی، خسرو رستمی، مهرداد آذین*، محمدعلی اسدالهی، منصور ابراهیمی، پیام غیاثی صفحات 13-28
    مقدمه

    تحمل در برابر اتانول یکی از ویژگی های شاخص ساکارومایسس سرویزیه است. افزایش بیشتر تحمل در برابر اتانول در سویه های صنعتی مخمر می تواند منجر به تخمیر سریعتر، کامل تر و افزایش تولید اتانول گردد. با ماهیت پیچیده صفت تحمل اتانول، به نظر می رسد که افزایش تحمل اتانول به تغییر چندین ژن مخمر بستگی دارد. روش های مختلفی که به تاثیر تغییرات (تصادفی) تولید شده توسط مهندسی تکامل یا جهش زایی تکیه می کنند، با افزایش تحمل اتانول، ایجاد سویه های کارآمد را درپی دارند.

    مواد و روش ها:

    در تحقیق حاضر برای بهبود فنوتیپ تحمل اتانول، سویه Ethanol Red که سویه صنعتی، به روش فیزیکی و شیمیایی جهش داده شد و جدایه های جهش یافته با استفاده محیط حاوی 1- بوتانل غربال شدند. جهش یافته ها همراه با سویه والد اولیه در طی 144 روز با راهبرد مهندسی تکاملی با الکل خو داده شدند و میزان تولید اتانول در سویه های منتخب بررسی شد.

    نتایج

    بعد از آزمون های تکامل تطبیقی، با توجه به افزایش حداکثر نرخ ویژه رشد، 8 سویه شامل سویه والدی و جهش یافته ها انتخاب و میزان تولید اتانول آنها بررسی شد. میزان تولید اتانول دو سویه 103ER و106 ER که قبل از انجام آزمون تکامل تطبیقی با اتیل متان سولفونات جهش یافته و سپس به ترتیب در غلظت 11 و 9 درصد (حجم در حجم) اتانول تکامل یافته بودند، به ترتیب 1±45/112 و9/0± 3/112 گرم در لیتر رسید در حالی که این مقدار برای سویه والد 5/0± 44/103 گرم در لیتر بود.

    بحث و نتیجه گیری

    از راهبرد مهندسی تکاملی در ایجاد سویه های توانمند با هدف افزایش تحمل به اتانول در سویه های صنعتی بدلیل قابلیت های بالای آن استفاده شد. برای افزایش تنوع ژنتیکی جمعیت اولیه، قبل از شروع فرآیند تکامل تطبیقی، از جهش زایی با اتیل متان سولفونات استفاده شد که در سرعت بخشیدن به روند تکامل برای دستیابی به بهبود فنوتیپ مورد نظر کارآمدتر از اشعه فرابنفش عمل کرد.

    کلیدواژگان: تحمل به اتانول، جهش زایی، Ethanol Red، مهندسی تکاملی
  • بهاره بهمنی، زهرا امینی بیات*، محمدمهدی رنجبر، ناهید بختیاری، امیرحسن زرنانی صفحات 31-44
    مقدمه

    سرطان دهانه رحم با حدود 528000 مورد بیمار و 266000 مرگ در سال، یکی از سرطان های رایج در بین زنان جهان به شمار می رود و عفونت پایدار با ویروس پاپیلومای انسانی  HPV عامل اصلی آن است. واکسن های مبتنی بر پپتید مشتق شده از دو پروتیین انکوژن E6 و E7 به علت ایمنی و پایداری بالا و سهولت در تولید، پتانسیل بالایی برای تولید واکسن درمانی HPV نشان داده اند. در این مطالعه اثر سویه های مختلف اشرشیاکلی در کنار پارامترهای محیطی ازجمله دما، زمان القایی و غلظت القاکننده بر میزان بیان پروتیین پلی اپی توپ نوترکیبHPV16-E6  بررسی می شود.

    مواد و روش‏‏ها:

     در این مطالعه ژن بهینه شده پروتیین نوترکیب E6، در درون وکتور دارای پروموتور T7 کلون شد. وکتور نوترکیب به سویه های اشرشیاکلی BL21(DE3)، BL21(DE3)-AI، Rosetta، C41(DE3) و BL21(DE3)-pLysS ترانسفورم شد و توانایی این سویه ها برای بیان پروتیین نوترکیب مدنظر در شرایط مختلف محیطی مقایسه شد. بیان پروتیین نوترکیب E6 در سویه های ذکرشده، در دو دمای 25 و 37 درجه سانتی گراد و غلظت های 0/1 و 1/0 میلی مولار از IPTG و زمان های مختلف انکوباسیون بررسی شدند.

    نتایج

    پس از انجام بهینه سازی بیان، شرایط بهینه برای بیان پروتیین نوترکیب E6 به دست آمد. بیشترین میزان بیان در سویه اشرشیاکلی BL21(DE3)-AI و در شرایط Optical Density (OD)=0.9، غلظت 1/0 میلی مولار IPTG و مدت زمان القای 16 ساعت در دمای 25 درجه سانتی گراد به دست آمد.

    بحث و نتیجه ‏گیری:

     نتایج به دست آمده از این مطالعه می توانند برای تولید پروتیین E6، به عنوان کاندید واکسن درمانی در درمان سرطان های مرتبط با HPV استفاده شوند.

    کلیدواژگان: اشرشیا کلی، پروتئین نوترکیب، پروتئین HPV16-E6، بهینه سازی بیان
  • فاطمه معینی، منیر دودی*، زرین دخت امامی کرونی، مسعود فولادگر صفحات 45-69
    مقدمه

    پسماندهای الکترونیکی به بقایای دستگاه های الکترونیکی گفته می شود که بدون پردازش در خاک دفن می شوند و حاوی مواد سمی مانند فلزات سنگین هستند. سرب، یکی از فلزات سنگین موجود در بسیاری از کالاهای الکترونیکی است که در صورت عدم پردازش صحیح کالاها، در خاک جمع می شود و سمیت ایجاد می کند و ممکن است در غلظت های بسیار کم به موجودات زنده آسیب برساند؛ بنابراین هدف از این مطالعه بررسی جذب زیستی سرب توسط باسیلوس تروپیکوس جداشده از خاک های حاوی پسماندهای الکترونیکی در اصفهان بود.

    مواد و روش‏‏ها: 

    در این مطالعه مقطعی، نمونه گیری از خاک های آلوده چندین منطقه از تپه های گردنه زینل اصفهان انجام شد که محل دفن پسماندهای الکترونیکی است و پس از اندازه گیری دما، pH، TOC و میزان فلزات در نمونه خاک ها، جداسازی باکتری های مقاوم به سرب، انجام و میزان رشد باکتری ها در غلظت های 5 تا 35 میلی مولار سرب بررسی شد. سپس حداقل غلظت ممانعت کننده از رشد (MIC) و حداقل غلظت کشندگی (MBC) تعیین شد. بررسی مورفولوژی، آنتی بیوگرام و شناسایی مولکولی باکتری مدنظر به روش کلنی - واکنش زنجیره ای پلیمراز، انجام و جذب زیستی باکتری با ICP-OES ارزیابی شد؛ درنهایت، به منظور ارزیابی ساخت نانوذرات سرب الگوی XRD، تصاویر SEM و EDS سنجش شدند. داده های خام حاصل با نرم افزار SPSS، آزمون آماری Independent t-test شد.

    نتایج

    براساس یافته های این پژوهش، pH خاک مورد ارزیابی 4/9، دمای آن 8/27 درجه سانتی گراد، TOC نمونه 8/1 درصد و میزان سرب خاک براساس آنالیز ICP-OES برابرppm  4/658 سنجش شد که به طور چشمگیری بالاتر از حد طبیعی بود. سویه باکتریایی جداسازی و شناسایی شده دارای 69/99 درصد قرابت ژنتیکی با باسیلوس تروپیکوس بود که توان بالایی در حذف زیستی سرب (35/56 درصد) داشت. نتایج الگوی XRD، SEM و EDS نشان دهنده تبدیل فلز سرب جذب شده به نانوذره بودند.

    بحث و نتیجه‏ گیری:

     با توجه به اینکه باسیلوس تروپیکوس جداسازی شده در این پژوهش، مقاومت و جذب بالایی را نسبت به سرب از خود نشان داد، در آینده پس از حذف ژن های مقاومت در برابر آنتی بیوتیک ها، می توان از این سویه به عنوان گزینه مناسبی برای حذف زیستی این فلز از پسماندهای الکترونیکی و سایر پسماندهای صنعتی استفاده کرد.

    کلیدواژگان: باکتری مقاوم به سرب، بیوسنتز نانوذره، پسماندهای الکترونیکی، جذب زیستی
  • سارا تولایی، شراره حریرچی*، زهرا اعتمادی فر، محمد طاهرزاده صفحات 71-95
    مقدمه

    سوخت های فسیلی به دلیل ایجاد آلودگی های فراوان در محیط، جان انسان ها و دیگر موجودات کره زمین را تهدید می کنند. باوجود تغییرات اقلیمی و آلودگی های فراوان، تعداد چشمگیری از کشورهای جهان هنوز از این سوخت های آلاینده استفاده می کنند؛ بنابراین، یافتن سوخت های جایگزین و پاک دغدغه بسیاری از پژوهشگران است. یکی از متداول ترین این سوخت ها، اتانول است که به علت گروه های هیدروکسیل بیشتر و نداشتن گوگرد و نیتروژن در ساختار خود، تمیزتر می سوزد که هم به روش شیمیایی و هم به روش زیستی به دست می آید. تاکنون چهار نسل از اتانول زیستی معرفی شده اند که تولید آنها از ترکیبات لیگنوسلولزی با عنوان نسل دوم شناخته می شود. این ترکیبات شامل زیست توده کشاورزی یا صنعتی اند که ازنظر زیست محیطی پایدار و ازنظر اقتصادی مقرون به صرفه هستند.

    مواد و روش‏‏ها:

     رویکرد کلی این مقاله به صورت مقاله مروری روایتی است و تا حد امکان در جستجوی مطالب، رویکرد جستجوی منطقی در پیش گرفته شد. در جمع بندی و تجزیه و تحلیل نهایی اطلاعات سعی شد در هر بخش، از رویکرد مقایسه ای بین روش های مختلف بیان شده استفاده شود.

    نتایج

    از میان چهار نسل موجود، نسل دوم اتانول زیستی، به دلیل عدم رقابت با غذای انسان و قابلیت صنعتی شدن بیشتر نسبت به نسل سوم و چهارم، شایان توجه قرار گرفته است؛ درنتیجه، بررسی دقیق فرایند تولید اتانول زیستی نسل دوم از اهمیت ویژه ای برخوردار است. شناخت درست اجزای ترکیبات لیگنوسلولزی، بهینه سازی روش های پیش تیمار و یافتن روش هیدرولیز و تخمیر با بازده بالا ازجمله مواردی اند که باید به دقت بررسی شوند تا این فرایند را از لحاظ صنعتی مقرون به صرفه کند.

    بحث و نتیجه ‏گیری:

     باوجود پژوهش های گسترده برای انتخاب مناسب ترین میکروارگانیسم در مرحله تخمیر، همچنان ساکارومایسس سرویزیه و زایموموناس موبیلیس در صدر بررسی ها قرار دارند.

    کلیدواژگان: ترکیبات لیگنوسلولزی، اتانول زیستی، پیش تیمار، منابع تجدیدپذیر، سوخت پاک
  • مهلا باقری، گیتی امتیازی، مریم جلیلی* صفحات 97-117
    مقدمه

    گاز هیدروژن به عنوان منبع انرژی تجدیدپذیر، پتانسیل بالایی دارد. گاز هیدروژن از سوخت های فسیلی به دست می آید؛ اما تقاضا برای تولید آن با روش های شیمیایی و الکترولیز آب وجود دارد و امروزه استخراج آن از ماسه های نفتی درحال مطالعه است. تولید آن ازطریق زیستی به دلیل مصرف گازهای گلخانه ای مانند دی اکسید کربن و / یا تخمیر هوازی و بی هوازی پسماندهای کشاورزی یکی از پاک ترین انواع تولید سوخت هیدروژنی است و می توان آن را راه حلی برای تولید همزمان سوخت و رفع آلودگی های زیست محیطی دانست.

    مواد و روش‏‏ها: 

    در این مقاله به طور خلاصه میکروارگانیسم های تولید کننده هیدروژن، مکانیسم های تولید و آنزیم های موثر بررسی شده اند. برای این هدف از اطلاعات موجود در پایگاه داده های اسکوپوس برای رسم نمودارها و از مقالات معتبر منتشرشده در فاصله زمانی 2006 تا 2021 استفاده شده است. علاوه بر این، برخی از محدودیت ها و راه های غلبه بر آنها و افزایش تولید هیدروژن زیستی با استفاده از مقالات به تفصیل شرح داده شده اند.

    نتایج

    تثبیت دی اکسید کربن، تخمیر، تثبیت نیتروژن، فتوسنتز هوازی و بی هوازی از راه های تولید زیستی این سوخت است.

    بحث و نتیجه‏ گیری:

     آنچه در تولید زیستی اهمیت دارد، آنزیم های موثر در این واکنش ها و امکان استفاده از این آنزیم ها در تولید مداوم گاز و تصفیه هیدروژن از گازهای دیگر است. تثبیت این آنزیم ها در شرایط خاص خودشان برای تولید انبوه این گاز از اهمیت خاصی برخوردار است. خالص سازی گاز هیدروژن تولیدشده زیستی به هدف مصرف آن به عنوان سوخت، ضروری است و برخی فناوری ها ازجمله غشاهای نانو مانند پلی سولفونات در خالص سازی این گاز از گازهای تولیدی دیگر مانند اکسیژن، ازت، آمونیوم، هیدروژن سولفید و اکسیژن بسیار کمک کننده است.

    کلیدواژگان: هیدروژن زیستی، تخمیر تاریکی، تخمیر نوری، فتولیز زیستی، انرژی زیستی، الکترولیز میکروبی
|
  • Soheila Aghaei Dargiri, Davood Samsampour *, Majeed Askari Seyahooei, Abdoolnabi Bagheri Pages 1-11
    Introduction

    All plants in natural ecosystems seem to symbiose with fungal endophytes. This highly diverse group of fungi can have profound effects on plant communities by helping to tolerate abiotic and biological stresses, increasing biomass, and reducing water consumption or changing resource allocation.

    Materials and Methods

    In this study, the spatio-temporal biodiversity of fungal endophytes of Fusarium sp. and Thielavia sp. isolated from six species of halophyte plants was examined. The spatio-temporal biodiversity of these two fungal endophytes in different tissues of halophyte plant species was assessed by PAST software using Simpson, Shannon, and Margalf richness indices. The ITS-specific primer was used for the molecular identification of fungi.

    Results

    The results of the study showed that the highest frequency was related to the fungal endophyte Thielavia sp. 21.75% in the stem. Examination of the Simpson, Shannon, and Margalf richness indices showed that the highest fungal endophyte diversity for these indices were 0.498, 0.691, and 0.445 in the stem of Bienertia cycloptera, respectively. Also, the results of the Simpson and Shannon diversity index showed that the highest fungal endophyte diversity of 0.500 and 0.693 was observed in the plant species of Abu Musa Island, and for the Margalf richness index, the highest fungal endophytic diversity of 0.455 was observed in Sirik port.

    Discussion and Conclusion

    The results of this study showed the high spatio-temporal diversity of the two fungal endophyte species in the six saline plant species studied. Based on this information, it can be concluded that the supply of endophytes from geographical areas in which plant species are highly diverse, can be effective in the success of the plant colonization program.

    Keywords: Biodiversity, relative abundance, phenotype, halophyte
  • Fatemeh Sheikhi, Khosrow Rostami, Mehrdad Azin *, MohammadAli Asadollahi, Mansour Ebrahimi, Payam Ghiaci Pages 13-28
    Introduction

    Tolerance to ethanol is a key characteristic of the yeast Saccharomyces cerevisiae. Any increase in ethanol tolerance in the industrial strains could lead to faster and more complete fermentations, and may also allow the production of more alcohol. Due to the complex nature of ethanol tolerance, it appears that a large increase in ethanol tolerance requires several changes in the yeast’s genome. Several approaches that rely on the effect of (random) variation generated by evolutionary engineering or mutagenesis have successfully yielded strains with increased ethanol tolerance.

    Materials and Methods

    In the present study, to improve the ethanol tolerance phenotype in the industrial Ethanol Red strain, the parent strain was mutated physically and chemically. The mutants were screened using 1-butanol containing medium. The primary parent and the mutants were evolved within 144 days with evolutionary engineering strategy, while ethanol production of the selected strains was investigated

    Results

    According to the increase in the maximum growth rate, 8 strains were selected including parental strain and mutants, and the amounts of ethanol production of these strains were evaluated after evolutionary adaptation tests. Ethanol production of ER 103 and ER 106 which were mutated with EMS before the adaptive evolution test and then evolved at 11 and 9% v/v ethanol was improved from 103.44 ± 0.5 g/L to 112.45 ± 1 and 112.3 ± 0.9 g/L, respectively.

    Discussion and Conclusion

    Due to the extensive capabilities of the evolutionary engineering method in creating capable strains in order to increase ethanol tolerance in industrial strains, the evolutionary engineering strategy was used. To increase the genetic diversity of the primary population, before starting the adaptive evolution experiments, mutation with ethyl methane sulfonate was used, which was more efficient than ultraviolet radiation in accelerating the evolution process to achieve the desired phenotype.

    Keywords: Ethanol tolerance, Mutation, Ethanol Red, Evolutionary engineering
  • Bahareh Bahmani, Zahra Aminibayat *, MohammadMehdi Ranjbar, Nahid Bakhtiari, AmirHassan Zarnani Pages 31-44
    Introduction

    Cervical cancer is the leading cause of morbidity and cancer mortality in women throughout the world and persistent infection with human papillomavirus (HPV) is the main etiology for the development of this cancer. Peptide vaccines derived from E6 and E7 oncogenes are promising candidates for HPV vaccine production due to their safety, high stability, and ease of production. In the current study, expression strains such as Escherichia coli BL21 (DE3), BL21 (DE3)-AI, Rosetta, C41 (DE3), and BL21 (DE3)-pLysS were applied for poly epitopic E6 expression and the effects of temperature, induction time, and inducer concentration on the expression level of recombinant HPV16-E6 polypeptide protein were examined in the mentioned strains.

    Materials and Methods

    In the present study, the optimized gene of E6 recombinant protein was cloned into pET28a vector under the control of T7 promoter and the resulting plasmid was successfully transformed into Escherichia coli strains BL21 (DE3), BL21 (DE3)-AI, Rosetta, C41 (DE3), and BL21 (DE3)-pLysS. Then, the ability of these strains to express the desired recombinant protein in different conditions was compared.  Two temperatures of 25 ° C and 37 ° C, IPTG concentrations between 0.1 and 1.0 mM, and different incubation times were selected to examine the expression level of recombinant E6 protein in these strains.

    Results

    The highest level of expression was obtained in Escherichia coli BL21 (DE3) -AI strain inducing at Optical Density (OD) of 0.9, 0.1 mM IPTG, and 16 hours induction at 25 °C.

    Discussion and Conclusion

    The results of this study can be used to produce E6 protein as a vaccine candidate in the treatment of HPV-related cancers.

    Keywords: Escherichia coli, Recombinant protein, HPV16-E6 protein, Expression optimization
  • Fateme Moeini, Monir Doudi *, Zarrindokht Emami Karvani, Masoud Fouladgar Pages 45-69
    Introduction

    Electronic wastes are the remnants of electronic devices buried in the soil without processing and contain toxic substances such as heavy metals. Lead is one of the heavy metals in many electronic goods that, if not properly processed, can cause toxicity in the soil and may harm living things in very low concentrations. Therefore, the aim of the present study was to investigate the biosorption of lead metal by Bacillus tropicus isolated from soils containing electronic wastes in Isfahan.

    Materials and Methods

    In this cross-sectional study, sampling of contaminated soils in several areas of the Zainal Pass hills of Isfahan, which is the landfill of electronic wastes, was performed. After measuring the temperature, pH, TOC, and the amount of metals in the soil sample, lead-resistant bacteria were isolated. The growth rate of bacteria was evaluated at concentrations of 5 to 35 mM of lead. Then, the minimum inhibitory concentration (MIC) and the minimum bactericidal concentration (MBC) were determined. The morphology, antibiogram, and molecular identification of the bacteria were performed by colony-polymerase chain reaction method and bioabsorption of bacteria was evaluated by ICP-OES. Finally, XRD, SEM images, and EDS were evaluated to investigate the fabrication of lead nanoparticles. The raw data were analyzed by SPSS software, using an independent t-test.

    Results

    Based on the findings of this study, the pH of the evaluated soil was 9.4, its temperature was 27.8 ° C, the TOC of the sample was 1.8%, and the amount of soil lead was measured at 658.4 ppm based on ICP-OES analysis. It was significantly higher than normal. The lead-resistant bacterial strain isolated to lead had 99/69% genetic affinity with Bacillus tropicus, which had a high biological removal potential (56.35%) of lead metal.  The XRD, SEM, and EDS results showed the conversion of adsorbed lead metal to nanoparticles.

    Discussion and Conclusion

    Considering that Bacillus tropicus showed high resistance and adsorption to lead metal, it can be a suitable option for the bio-removal of lead from electronic and other industrial wastes in the future after the removal of antibiotic resistance genes.

    Keywords: Lead-resistant bacteria, Nanoparticle biosynthesis, Electronic waste, Biosorption
  • Sara Tavallaei, Sharareh Harirchi *, Zahra Etemadifar, Mohammad Taherzadeh Pages 71-95
    Introduction

    Fossil fuels are the main sources of water, soil, and air pollution that threaten human life and other organisms on Earth. Nowadays, the climate change and pollution are critical issues; however, many countries still use polluting fossil fuels. Therefore, finding alternative and clean fuels is a concern for many environmental activists and scientists. One of these alternative fuels is ethanol, which ignites cleaner due to its higher hydroxyl groups and lack of sulfur and nitrogen in its formula. Ethanol can be produced both chemically and biologically. Till now, four generations of bioethanol have been introduced. In the second generation, lignocellulosic materials are used as the main source for bioethanol production. These materials are frequently found in plant biomasses and agricultural residues, which are inexpensive and environmentally sustainable. Therefore, it is of importance to improve the production process and find novel techniques that increase final yields and process efficacy. In this study, the structural properties of lignocellulosic materials, pretreatment techniques, the second-generation bioethanol production process, and the effective bacterial and fungal strains in this procedure are investigated.

    Materials and Methods

    This review study is a narrative review in which a logical search approach was selected. For data analysis, a comparative approach between the different methods was expressed in each section.

    Results

    Among four bioethanol generations, the second generation has received remarkable attention due to its non-competition with human food and its industrial potential rather than other generations. Therefore, it is of particular significance to improve the production process of bioethanol second generation. A deep understanding of lignocellulosic components, pretreatment methods optimization, and increasing hydrolysis and fermentation processes efficiency make bioethanol production industrially possible and cost-effective.

    Discussion and Conclusion

    However, despite extensive studies to select the most suitable microorganisms during the fermentation stage, Saccharomyces cerevisiae and Zymomonas mobilis are still at the forefront of studies.

    Keywords: Lignocellulosic materials, Bioethanol, Pretreatment, renewable resources, Clean fuel
  • Mahla Bagheri, Giti Emtiazi, Maryam Jalili Tabaii * Pages 97-117
    Introduction

    Hydrogen gas has great potential as a renewable energy source. Although hydrogen gas is obtained from fossil fuels, there is a demand for its production by chemical methods and electrolysis of water, and its extraction from oil sands is currently being studied. Its biological production is one of the cleanest types of hydrogen fuel production due to the consumption of greenhouse gases such as carbon dioxide and/or aerobic and anaerobic fermentation of agricultural wastes, and it can be considered as a solution for simultaneous production of the fuel and elimination of environmental pollutions.

    Materials and Methods

    The present study briefly explains the hydrogen-producing microorganisms, the mechanisms, and the effective enzymes in their production. For this purpose, authoritative articles published between 2006 and 2021 and information in the Scopus database have been used to draw graphs and write this review article. In addition, some limitations and the ways to overcome them for increasing biohydrogen production are described in detail.

    Results

    The results show that carbon dioxide fixation, fermentation, nitrogen fixation, aerobic and anaerobic photosynthesis are some ways of biological production of this fuel.

    Discussion and Conclusion

    Important elements in biological production are the effective enzymes in these reactions and the possibility of using these enzymes in the continuous production of gas, and the purification of hydrogen from other gases. The stabilization of these enzymes under their conditions is of particular importance for the mass production of this gas. Purification of bio-produced hydrogen gas is essential for consumption as fuel, and some technologies, including nanomembranes such as polysulfonate, are very helpful in purifying this gas from other gases such as oxygen, nitrogen, ammonium, hydrogen sulfide, and oxygen.

    Keywords: Biohydrogen, Dark-fermentation, Photo-fermentation, Biophotolysis, Bioenergy, Microbial electrolysis