بهينه سازي توليد پلي فسفات توسط باسيلوس مگاتريوم سويه G11

Optimization of polyphosphate production by Bacillus megaterium strain G11

مقدمه: پلي فسفات ها ‏كه دانه هاي ولوتين نيز ناميده مي شوند، بسپارهاي خطي از ارتوفسفات هاي اتصال يافته با پيوندهاي پرانرژي فسفوانهيدريدي هستند كه در باكتري‏ها، مخمرها، قارچ‏ها، گياهان و جانوران مشاهده مي-شوند. اين بسپار به طور كامل ايمن و غيرسمي است و كاربردهاي متعددي در صنايع غذايي و دارويي دارد. مواد و روش‏‏ها: در اين تحقيق به علت اهميت بالاي اين بسپارها در صنايع مختلف، چندين عامل مانند نوع منبع كربن، غلظت منبع كربن و غلظت فسفر براي افزايش توليد پلي فسفات در باسيلوس مگاتريوم سويه G11 مطالعه و بهينه شدند. اين كار با تعيين مقدار فسفر حذف شده از محيط و ميزان پلي فسفات ذخيره شده در سلول انجام شد. براي اثبات معني دار بودن نتايج به دست آمده، از آزمون هاي آماري تحليل واريانس يك طرفه و توكي ‏استفاده شد. نتايج: رشد باسيلوس مگاتريوم در حضور سوكروز (جذب نوري 026/3) بهتر از گلوكز (جذب نوري 616/2) بود ولي فعاليت سلولي از لحاظ توليد پلي فسفات و حذف فسفر، در محيط گلوكز بيشتر و به ترتيب برابر با 033/0 گرم بر گرم وزن خشك توده سلولي و 61/1 گرم بر ليتر بود. به علاوه توليد پلي فسفات و حذف فسفر در راستاي هم، با افزايش غلظت گلوكز محيط، كاهش يافتند. در بررسي اثر فسفر دو مرحله بالارونده و پايين رونده مشاهده شد. افزايش غلظت فسفر از 25/0 تا يك گرم بر ليتر موجب افزايش توليد پلي‏فسفات و حذف فسفر از محيط شد درحالي‏كه افزايش بيشتر غلظت فسفر، يعني از يك تا چهار گرم بر ليتر موجب كاهش آن‏ها شد. براساس اطلاعات به دست آمده از تحليل واريانس يك طرفه و توكي، در كل اختلاف آماري معني داري (01/0P < ) در توليد پلي فسفات و حذف فسفر از محيط در هر مرحله از بهينه سازي وجود داشت. در نهايت مي توان گفت براي اين سويه بهترين غلظت گلوكز و نمك دي پتاسيم فسفات براي توليد پلي فسفات به ترتيب برابر با 5 و 5/0 گرم بر ليتر است. بحث و نتيجه‏گيري: مطابق با داده هاي به دست آمده، بهترين منبع كربن براي رشد و تكثير سلول، بهترين منبع كربن براي توليد پلي فسفات و حذف فسفر از محيط نيست. از آنجايي كه براي توليد پلي فسفات بين غلظت هاي 1، 2 و 5/0 گرم بر ليتر فسفر اختلاف آماري معني داري وجود نداشت در نتيجه براي صرفه جويي در مقدار مصرف فسفر و صنعتي بودن آن، 5/0 گرم بر ليتر بهترين غلظت فسفر براي توليد پلي فسفات است.

Introduction: Polyphosphates, also called volutin granules, are linear polymers from orthophosphates linked by energy-rich phosphoanhydride bands that have been seen in bacteria, yeasts, fungi, plants and animals. These polymers are completely safe and nontoxic, and have numerous applications in food and drug industries. Materials and methods: Due to the great importance and wide range of the utilization of these polymers in various industries, several factors such as various carbon sources, carbon source concentration and phosphorus concentration were studied and optimized. In order to increase polyphosphate production in Bacillus megaterium strain G11. The optimization process was carried out with determination of the amount of polyphosphate accumulated in cell and phosphorus removed from the medium. One-way ANOVA and Tukey tests were used in order to determine whether there was a significant difference between data obtained in this research. Results: Growth of B. megaterium in the presence of sucrose (OD=3.026) was better than glucose (OD=2.616) whereas polyphosphate production and phosphorus removal from medium were higher in the presence of glucose (0.033 g g-1 dry cell weight and 1.61 g l-1, respectively). On the other hand, polyphosphate production and phosphorus removal from medium coordinately were decreased with increasing glucose concentration. Furthermore, in studying the effects of phosphorus, we faced two phases of rising and falling. Actually, the increase of phosphorus concentration (0.25-1 g l-1) in medium caused an increase in polyphosphate production and phosphorus removal from medium whereas both of them were decreased with a more increase in amount of phosphorus (1-4 g l-1). One-way ANOVA and Tukey tests showed that there was a significant difference (P < 0.01) between data obtained at each optimization step and the best glucose and dipotassium phosphate concentrations for polyphosphate production were 5 and 0.5 g l-1 respectively. Discussion and conclusion: According to data obtained in this study, the best carbon source for cell growth and proliferation was not the best source for polyphosphate production and phosphorus removal from medium. Since there was no statically significant difference between 1, 2, and 0.5 g l-1 concentrations for polyphosphate production, therefore, for industrialization and economization in the level of phosphorus consumption, 0.5 g l-1 was the best phosphorus concentration. Key words: Bacillus megaterium, Polyphosphate, Optimization