استرپتوکوکوس ترموفیلوس مهندسی شده برای سنتز وانیلین طبیعی و کاربرد آن در صنعت غذا

محورهای موضوعی : میکروبیولوژی مواد غذایی

مراحم آشنگرف ¹ , ایرج نحوی ²

1 - استادیار میکروبیولوژی گروه علوم زیستی، دانشکده علوم، دانشگاه کردستان، سنندج، ایران
2 - استاد میکروبیولوژی، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ایران

تاریخ دریافت : 1395/06/04 تاریخ پذیرش : 1395/06/04 تاریخ انتشار : 1395/07/01

کلید واژه: اسید فرولیک, استرپتوکوکوس ترموفیلوس, کلون سازی, وانیلین نوترکیب,

چکیده مقاله :

مقدمه: افزایش تقاضا در مصرف فرآورده های غذایی طبیعی ضرورت استفاده از میکروارگانیسم ها بعنوان کاتالیست‌های طبیعی ایمن را در سنتز وانیلین طبیعی از سوبستراهای پروپنیل بنزنی بیان می‌کند.وانیلین با توجه به خواص ضدمیکروبی و آنتی اکسیدانی بعنوان نگهدارنده و چاشنی در صنایع غذایی کاربرد دارد. هدف از این پژوهش، طراحی و ساخت باکتری پروبیوتیک نوترکیب استرپتوکوکوس ترموفیلوس و استفاده از آن بعنوان کاتالیست در تبدیل اسید فرولیک به وانیلین طبیعی بود. مواد و روش‌ها: ژن‌های ساختاری fcs (فرولویل کوآنزیم A سنتتاز) و ech (انویل کوآنزیم A هیدراتاز/آلدولاز) با استفاده از مهندسی ژنتیک کلون سازی و بیان شد. پلاسمید نوترکیب pNZ8048-T5/ech/fcs به استرپتوکوکوس ترموفیلوس به عنوان میزبان جهت سنتز وانیلین طبیعی نوترکیب از اسید فرولیک ترانسفورم و بوسیله تکنیک‌های هضم دو آنزیمی، Nested PCR، Colony PCR و تعیین توالی تایید شد. از تکنیک کروماتوگرافی مایع با عملکرد بالا برای بررسی سطح بیان ژن‌های کلون شده استفاده شد. یافته‌ها: پلاسمید نوترکیب طراحی شده این امکان را فراهم ساخت که دو ژن fcs و ech در وکتور بیانی pNZ8048 تحت کنترل پروموتور فاژی T5 در سیستم میزبانی استرپتوکوکوس ترموفیلوس بطور موفقیت آمیز بیان گردد. براساس نتایج بدست آمده، باکتری نوترکیب استرپتوکوکوس ترموفیلوس قادر به تبدیل اسید فرولیک به وانیلین با راندمان مولی 62 درصد پس از 12 ساعت واکنش و وانیلیل الکل با راندمان مولی 18 درصد، پس از 16 ساعت واکنش زیست تبدیلی بود. نتیجه گیری: مطالعه اخیر نخستین گزارش از کاربرد استرپتوکوکوس ترموفیلوس در تولید وانیلین محسوب می‌شود. با توجه به جایگاه و اهمیت اقتصادی باکتری‌های مولد اسید لاکتیک (ایمن بودن آنها و امکان کاربرد مستقیم در صنایع غذایی) نتایج حاصل از این مطالعه را می توان بعنوان پایه ای برای تولید فرآورده‌های غذایی طبیعی در باکتری‌های پروبیوتیک مهندسی شده استفاده نمود.

چکیده انگلیسی:

Introduction: Increased demand for organic food products has made the application of microorganisms as natural catalysts for the synthesis of natural vanillin from propenylbenzene. Due to the antimicrobial capability and antioxidant activity of vanillin, it can be used as a food preservative and flavoring agent in food industries. The object of this project is to design and construct recombinant Strptococcus thermophilus that can be employed as a catalyst for bioconversion of ferulic acid into natural vanillin. Materials and Methods: Structural fcs (feruloyl-CoA synthetase) and ech (enoyl-CoA hydratase/aldolase) genes were cloned and expressed. Recombinant plasmid pNZ8048-T5/ech/fcs was transformed into S. thermophilus for production of vanillin from ferulic acid and confirmed by double digestion, nested PCR and sequencing.Gene expression levels were evaluated by High-Performance Liquid Chromatography (HPLC). Results: Designed recombinant plasmid makes it possible to use the fcs and ech genes as a source of cloning in the expression vector pNZ8048 under the control of phage T5 promoter in S. thermophilus host system, successfully cloned and expressed. The results indicated that the optimal molar conversion of vanillin (62%) and vanillyl alcohol (18%) was obtained after 12 hours and 16 hours, respectively using recombinant S. thermophilus. Conclusion: The present study provides the first evidence for the synthesis of recombinant vanillin from ferulic acid by S. thermophilus. Given the economic importance of lactic acid bacteria that are Generally Recognized as Safe (GRAS) status and their practical application in the food industries, the results can be used as a base in the production of food-safety products in recombinant probiotics.