استفاده از سلول هاي در حال استراحت سويه ي بومي غربال گري شده Rhodotorula sp. CW03 در بيوترانسفورماسيون كافيين به تيوفيلين و پاراگزانتين

Use of Resting Cells of Native Screened Rhodotorula sp. CW03 in Biotransformation of Caffeine to Theophylline and Paraxanthine

مقدمه و هدف: در سال هاي اخير كاربرد ميكروارگانيسم ها به عنوان كاتاليست هاي زيستي امكان توليد فرآورده هاي طبيعي با ارزش، با كاربرد درماني را تسهيل نموده است. فرآيند بيوترانسفورماسيون ميكروبي كافيين علاوه بر حذف زيستي كافيين سمي از محيط هاي آلوده، امكان توليد تركيبات دي متيل گزانتيني ارزشمند مورد استفاده در صنايع پزشكي و دارويي را فراهم كرده است. در اين مطالعه سعي بر شناسايي مخمرهاي بومي است كه بتوانند به عنوان كاتاليست واكنش تبديل زيستي كافيين را به تيوفيلين و پاراگزانتين انجام دهند. روش كار: در اين مطالعه تجربي 14 سويه مخمري تجزيه كننده ي كافيين كه براساس تفاوت هاي مورفولوژيك از هم تفكيك شده بودند، به عنوان بيوكاتاليست براي تبديل زيستي سوبستراي ارزان قيمت كافيين به دي متيل گزانتين هاي با ارزش افزوده بالا مانند تيوفيلين و پاراگزانتين برگزيده شدند. سويه منتخب مورد شناسايي فنوتيپي و ژنتيكي قرار داده شد. غربال گري با استفاده از آناليزهاي كروماتوگرافي لايه نازك (TLC) و كروماتوگرافي مايع با عملكرد بالا (HPLC) انجام شد. نتايج: بررسي همزمان آناليزهاي UV و HPLC تحت شرايط سلولهاي در حال استراحت سويه مخمري Rhodotorula sp. CW03 (با شماره دسترسي KF414531 در بانك ژن) منجر به شناسايي دو متابوليت اصلي (تيوفيلين و پاراگزانتين) حاصل از بيوترانسفورماسيون كافيين شد. در اين واكنش بيوترانسفورماسيون، بيشترين مقادير تيوفيلين (380 ميلي گرم در ليتر) با راندمان مولي 4/16درصد و پاراگزانتين (880 ميلي گرم در ليتر) با راندمان مولي 9/37 درصد پس از به ترتيب 72 و 120 ساعت واكنش بيوترانسفورماسيون حاصل شد. نتيجه نهايي: اين مطالعه جداسازي و شناسايي مخمرهاي تجزيه كننده كافيين را به عنوان كاتاليست هاي ايمن و ارزان قيمت در توليد دي متيل گزانتين هاي طبيعي با ارزش را از سوبستراي ارزان قيمت كافيين پيشنهاد مي نمايد.

Introduction & Objective: In recent years, microorganisms have been applied as biocatalysts for making pharmaceutically natural products. Microbial biotransformation of caffeine suggests a dual approach for biodegradation of toxic caffeine from polluted environments and a method for the production of medically and pharmaceutically valuable dimethylxanthines. The present work describes the identification of native yeasts capable of biotransformation of caffeine into theophylline and paraxanthine. Materials & Methods: In this experimental study fourteen yeast strains which were able to de-grade caffeine isolated based on their morphology were selected as biocatalysts for biotrans-formation of caffeine as a low-cost substrate to high value added dimethylxanthines such as theophylline and theobromine. The selected strains were characterized based on phenotypic and genetic tests. Screening was performed by Thin Layer Chromatography (TLC) and High Performance Liquid Chromatography (HPLC) analyses. Results: The results obtained using TLC and HPLC analyses suggest formation of two main metabolites of theophylline and paraxanthine from biotransformation of caffeine under resting cells of Rhodotorula sp. CW03 (GenBank accession number KF414531). The results showed that under resting cell conditions a maximum concentration of theophylline 380 mg/l (molar yield of 16.4%) and paraxanthine 880 mg/l (molar yield of 37.9%) were obtained after 72 h and 120 h of conversion time, respectively. Conclusion: In the current investigation, done for the first time in Iran, we describe the isola-tion and identification of yeast strains with caffeine degradation ability which can be proposed as safe and cost-effective biocatalysts in production of value added dimethylxanthines from caffeine as a low-cost substrate.(Sci J Hamadan Univ Med Sci 2015; 22 (2): 83-92)