آگهی دفاع از رساله دکتری
پردیس علوم
دانشکده زیست شناسی

عنوان: بررسی تولید نایسین و رشد در Lactococcus lactis subsp. lactis IO-1 با رویکرد سامانه‌ای

دانشجو: نغمه پورین محمد
رشته:  زیست فناوری میکروبی

استادان راهنما: دکتر جواد حامدی، دکتر علی مسعودی نژاد

زمان: روز دوشنبه 28/11/1398 ساعت 16:00
مکان: آمفی تئاترساختمان بخش میکروبیولوژی، کوچه شفیعی

چکیده:
باکتری‌های اسید لاکتیک شامل تنوعی از میکروارگانیزم‌های مهم صنعتی هستند که به عنوان کشت آغازگر در تولید فرآورده‌های غذایی تخمیری مورد استفاده قرار می‌گیرند. Lactococcus lactis در این میان، یکی از مهم‌ترین اعضای این خانواده است. اخیراً مطالعات حوزه غذایی و سلامت، کارآمدی این باکتری در تولید انواع متابولیت‌های ارزشمند و بنابراین توانایی آن به عنوان یک کارخانه سلولی را نشان داده‌اند. تولید متابولیت‌های شیمیایی، پروتئین‌های نوترکیب و پپتیدهای ضد میکروبی مانند نایسین از جمله تولیدات سویه‌های متفاوت L. lactis هستند. در این میان،L. lactis subsp. lactis IO-1 یک سویه تولید کننده نایسین Z است که ویژگی‌های مطلوب دیگری مانند توانایی مصرف زایلوز را دارد. در مطالعه حاضر، رویکردی سامانه‌ای به منظور فهم فیزیولوژی و تولید نایسین در این سویه به کار گرفته شد. زیست‌شناسی سامانه‌ای با استفاده از مفهوم شبکه، دیدی کل‌نگر را در جهت درک و کنترل سامانه‌های پیچیده زیستی ارائه می‌دهد. بر این اساس، در این پژوهش مدل متابولیک ژنوم مقیاس و شبکه تنظیم در سطح رونویسی برای این سویه بازسازی و با روش‌های آزمایشگاهی صحت‌سنجی شدند. روش مبتنی بر قید و روشی مبتنی بر ردپایابی فیلوژنیک به ترتیب برای بازسازی مدل متابولیک و شبکه تنظیمی به کار گرفته شد. در نتیجه، مدل متابولیکی شامل 827 واکنش که بیش از %26 ژن‌ها را پوشش داد معرفی و در صورت لزوم توسط داده‌های حاصل از کشت پیوسته تصحیح شد. با مدل‌سازی و اضافه کردن واکنش فرضی تولید نایسین Z، اهداف حذف ژن برای بهبود بهره‌وری این پپتید توسط الگوریتم OptGene و با استفاده از مفهوم MOMA به عنوان تابع هدف شناسایی شدند. در این زمینه سویه‌ای جهش‌دار با سه جهش که منجر به افزایش %50 درصدی بهره‌وری خواهد شد و نقش متابولیسم سرین معرفی گشت. شبکه تنظیمی شامل 321 رگولون که بیش از %90 اپرون‌ها را پوشش داد نیز معرفی و با داده‌های موجود صحت‌سنجی شد. با تحلیل شبکه، ژن‌های جدیدی مانند arsC و mtlA و اپرون mtl به ترتیب برای رگولون‌های BusR و MtlR و XylR معرفی شدند. هم‌چنین برای اولین بار ارتباط بیوسنتز نایسین با ریبوفلاوین و به صورت یک رابطه عکس توصیف شد. به طور کلی، فهم زیستی برآمده از مدل‌های دقیق از شبکه‌های زیستی نه تنها در مطالعه فیزیولوژی ارگانیزم هدف، بلکه برای طراحی دقیق آن به منظور تولیدات زیست‌فناوری کمک‌کننده‌اند. در همین راستا، دو مدل دقیق بازسازی و تحلیل شده در طول این پژوهش، علاوه بر نتایج جدیدی که در حوزه رشد و تولید نایسین در این سویه فراهم کردند، می‌توانند چارچوبی برای فراهم کردن راه‌کارهای مهندسی متابولیک و تنظیم در سطح رونویسی به منظور بهبود این کارخانه سلولی نوپا باشند.