بررسی توان تولید مناکوئینون 7 (ویتامین K) و ناتوکیناز در دو سویه وحشی و کلکسیونی باسیلوس سوبتیلیس ناتو
محورهای موضوعی : میکروب شناسی مولکولی
عبدالرضا کرمی
1
,
محمد کارگر
2
,
فرشید کفیل زاده
3
,
سید احمد واعظ
4
,
علیرضا ابراهیمی نژاد
5
1 - دانشجوی دکتری، گروه میکروب شناسی، واحد جهرم، دانشگاه آزاد اسلامی، جهرم، ایران.
2 - استاد، گروه میکروب شناسی، موسسه آموزش عالی زند، شیراز، ایران.
3 - استاد، گروه میکروب شناسی، واحد جهرم، دانشگاه آزاد اسلامی، جهرم، ایران.
4 - استادیار، گروه مهندسی بافت، دانشکده علوم و فناوری‌های نوین پزشکی و مرکز تحقیقات بیوتکنولوژی، دانشگاه علوم پزشکی شیراز، شیراز، ایران.
5 - دانشیار، مرکز تحقیقات بیوتکنولوژی، دانشگاه علوم پزشکی شیراز، شیراز، ایران.
کلید واژه: باسیلوس سوبتیلیس ناتو, مناکوئینون 7, ناتوکیناز,
چکیده مقاله :
سابقه و هدف: باسیلوس سوبتیلیس ناتو به واسطه قدرت بالا در تولید مناکوئینون 7 و آنزیم ناتوکیناز یک سویه میکروبی ارزشمند در زیست فناوری دارویی است. در ایران یک سویه کلکسیونی از این باکتری در دسترس است که ممکن است نگهداری طولانی مدت بر ویژگی‌های فیزیولوژیک آن تاثیر منفی داشته باشد. تصمیم گرفتیم توان این سویه در تولید محصولات زیستی با سویه وحشی(جداسازی شده از استارتر ناتو) مقایسه نماییم.
مواد و روش‌ها: کلنی‌های مشکوک به باسیلوس سوبتیلیس بر اساس ریخت‌شناسی کلنی و رنگ‌آمیزی جداسازی و خالص‌سازی شدند. روی جدایه‌ها آزمون‌های بیوشیمیایی و همچنین شناسایی مولکولی به روش توالی‌یابی ژن rRNA 16s انجام شد. توانایی سویه وحشی و کلکسیونی (خریداری شده از مرکز ذخایر زیستی) برای تولید مناکوئینون 7 و ناتوکیناز مقایسه گردید.
یافته‌ها: نتایج نشان داد که سویه جداسازی شده، باسیلوس سوبتیلیس ناتو می‌باشد. میزان تولید مناکوئینون 7 توسط این سویه و سویه کلکسیونی تفاوت معنی‌داری نشان نداد. قدرت تولید ناتوکیناز در سویه وحشی نسبت به سویه کلکسیونی به‌طور معنی‌داری بیشتر بود.
نتیجه‌گیری: نگهداری طولانی مدت سویه کلکسیونی ممکن است موجب کاهش توان این سویه در تولید محصولات دارویی شده باشد یا اینکه سویه کلکسیونی از ابتدا یک سویه ضعیف از نظر تولیدات دارویی بوده است. تلاش می‌شود تا سویه وحشی جداسازی شده که دارای توان قابل توجهی در تولید مناکوئینون 7 و ناتوکیناز می‌باشد در کلکسیون‌های میکروبی داخلی سپرده‌گذاری و در اختیار پژوهشگران قرار گیرد.
Background and objectives: Bacillus subtilis natto is a valuable microbial strain in pharmaceutical biotechnology due to its high potential in producing menaquinone 7 and the enzyme nattokinase. A collection strain of this bacterium is available in Iran, but long-term storage may have a negative effect on its physiological properties. We decided to compare the ability of this strain to produce biological products with the wild strain (isolated from the natto starter).
Materials and Methods: Japanese Natto fermented food was prepared by purchasing Natto starter from international companies. By diluting the Natto suspension and culturing it, colonies suspected of being Bacillus subtilis were isolated and purified based on colony morphology and staining. Biochemical tests were performed on the isolates as well as molecular identification by 16S rRNA gene sequencing. The ability of the wild and collection strains (purchased from the Bioresources Center) to produce menaquinone 7 and nattokinase was compared..
Results: The results showed that the isolated strain was Bacillus subtilis natto. The amount of menaquinone 7 production by this strain and the collection strain did not show a significant difference. The ability to produce nattokinase in the wild strain was significantly higher than in the collection strain.
Conclusion: Long-term storage of the collection strain may have reduced its ability to produce pharmaceutical products, or the collection strain may have been a weak strain from the beginning in terms of pharmaceutical production. Efforts are being made to deposit the isolated wild strain, which has significant ability to produce menaquinone 7 and nattokinase, in domestic microbial collections and make it available to researchers.
1. Nagata C, Takatsuka N, Kawakami N, Shimizu H. A prospective cohort study of soy product intake and stomach cancer death. British journal of cancer. 2002 Jul;87(1):31-6..
2. Afzaal M, Saeed F, Islam F, Ateeq H, Asghar A, Shah YA, Ofoedu CE, Chacha JS. Nutritional health perspective of natto: A critical review. Biochemistry Research International. 2022;2022(1):5863887.
3. Berenjian A, Mahanama R, Talbot A, Biffin R, Regtop H, Valtchev P, Kavanagh J, Dehghani F. Efficient media for high menaquinone-7 production: response surface methodology approach. New Biotechnology. 2011 Oct 1;28(6):665-72.
4. Ebrahiminezhad A, Varma V, Yang S, Berenjian A. Magnetic immobilization of Bacillus subtilis natto cells for menaquinone-7 fermentation. Applied Microbiology and Biotechnology. 2016 Jan;100:173-80.
5. Ebrahiminezhad A, Varma V, Yang S, Ghasemi Y, Berenjian A. Synthesis and application of amine functionalized iron oxide nanoparticles on menaquinone-7 fermentation: a step towards process intensification. Nanomaterials. 2015 Dec 25;6(1):1.
6. Weng Y, Yao J, Sparks S, Wang KY. Nattokinase: an oral antithrombotic agent for the prevention of cardiovascular disease. International journal of molecular sciences. 2017 Feb 28;18(3):523.
7. Fujita M, Hong K, Ito Y, Fujii R, Kariya K, Nishimuro S. Thrombolytic effect of nattokinase on a chemically induced thrombosis model in rat. Biological and Pharmaceutical Bulletin. 1995 Oct 15;18(10):1387-91.
8. Chen H, McGowan EM, Ren N, Lal S, Nassif N, Shad-Kaneez F, Qu X, Lin Y. Nattokinase: a promising alternative in prevention and treatment of cardiovascular diseases. Biomarker insights. 2018 Jul 3;13:1177271918785130.
9. Zhang B, Chai J, He L, Dusanbieke M, Gong A. Nattokinase produced by natto fermentation with Bacillus subtilis inhibits breast cancer growth. Int. J. Clin. Exp. Med. 2019 Jan 1;12(12):13380-7.
10. Kou Y, Feng R, Chen J, Duan L, Wang S, Hu Y, Zhang N, Wang T, Deng Y, Song Y. Development of a nattokinase–polysialic acid complex for advanced tumor treatment. European Journal of Pharmaceutical Sciences. 2020 Mar 30;145:105241.
11. Tuan NA, Huong NT. Optimization of the fermentation medium to receive the highest biomass yield by Bacillus subtilis natto and the initial test of nattokinase yield. Optimization. 2014 Dec;4(12).
12. Wei Q, Wolf‐Hall C, Chang KC. Natto characteristics as affected by steaming time, Bacillus strain, and fermentation time. Journal of food Science. 2001 Jan;66(1):167-73.
13. Mohammadi A, AKHAVAN SA, Hosseinidoost R. Evaluation of antifungal activity of iturin producing Bacillus subtilis strains.
14. Garrity G. Bergey's manual® of systematic bacteriology: volume 2: the Proteobacteria, part B: the Gammaproteobacteria. Springer Science & Business Media; 2007 Dec 14.
15. Parhamfar M, Abtahi H, Parhamfar M. Optimization of culture conditions for the production of phytase enzyme by Bacillus subtilis soil isolates. Journal of Microbial World. 2017 Jan 1;9(4):315-25.
16. Shavali M, Doosti A. Construction of glucanase gene of Bacillus subtilis in Escherichia coli. Journal of Microbial World. 2016 Jan 1;8(4): 264-70.
17. Fukuda M, Qianjun L, Kishikawa N, Ohyama K, Kuroda N. Development of ultrafast colorimetric microplate assay method for uسbiquinone utilizing the redox cycle of the quinone. Microchemical Journal. 2019 Nov 1;150:104104.
18. Chandrasekaran SD, Vaithilingam M, Shanker R, Kumar S, Thiyur S, Babu V, Selvakumar JN, Prakash S. Exploring the in vitro thrombolytic activity of nattokinase from a new strain Pseudomonas aeruginosa CMSS. Jundishapur journal of microbiology. 2015 Oct;8(10).
19. Pandav PV, Ahire RS, Patil SR, Pawar SB. Process development for high density cultivation yield for Bacillus subtilis. Int J Rec Adv Multidiscip Top. 2021;6(7):2582-7839.
20. Ribes S, Ruiz‐Rico M, Barat JM. Efficient reduction in vegetative cells and spores of Bacillus subtilis by essential oil components‐coated silica filtering materials. Journal of Food Science. 2021 Jun;86(6):2590-603.
21. Ikeda H, DOI Y. A vitamin‐K2‐binding factor secreted from Bacillus subtilis. European journal of biochemistry. 1990 Aug;192(1):219-24.
22. Li M, Zhang Z, Li S, Tian Z, Ma X. Study on the mechanism of production of γ-PGA and nattokinase in Bacillus subtilis natto based on RNA-seq analysis. Microbial Cell Factories. 2021 Apr 9;20(1):83.
