بخشی از مقاله
چکیده
ال فنیل استیل کاربینول ترکیب پیشساز داروهای مختلفی نظیر افدرین و سودوافدرین است. در این پژوهش از نانوذرات مغناطیسی اکسید آهن جهت تثبیت سلولهای مخمر ساکارومایسس سرویسیه برای تولید زیستی ال فنیل استیل کاربینول استفاده شد. هدف از از انجام تحقیق حاضر، افزایش بازدهی تولیدال فنیل استیل کاربینول توسط سلولهای مخمر و نیز بازیابی سلولهای مخمر و استفاده از آنها در چرخههای متعدد بود. نانوذرات مورد استفاده در این تحقیق به روش همرسوبی سنتز شد. این ذرات سپس توسط اسید اولئیک پوشش داده شده و از آنها برای تثبیت سلولهای مخمر استفاده شد. طبق نتایج بهدستآمده میزان تولید محصول توسط سلولهای تثبیت شده به بیش از / برابر میزان تولید توسط سلولهای آزاد افزایش یافت.
-1 مقدمه
فنیل استیل کاربینول که ساختار شیمیایی آن در شکل - 1 - نشان داده شده است، یک ترکیب غیر قطبی است که دارای دو انانتیومر یکی با آرایش فضایی R و دیگری با آرایش فضایی S است. انانتیومر دارای شکل فضایی R این ترکیب - R-PAC - ، که عموما با نام L-PAC شناخته میشود پیشساز اصلی داروهای مختلف خانواده افدرین مانند افدرین، سودوافدرین و نورسودوافدرین است. افدرین یکی از پرکاربردترین و شناختهشدهترین داروهای درمان سرماخوردگیها و انواع آلرژیهاست. این دارو همچنین برای بهبود عوارض بیماریهایی نظیر فشار خون پایین و اختلالات خواب به کار میرود. همچنین بررسیهای که روی تاثیر ترکیب این دارو با کافئین انجام شده است، تاثیر مثبت آن در درمان چاقی را اثبات کرده است . - et al., 1992Astrup -
شکل - - 1 ساختار شیمیایی فنیل استیل کاربینول
اگرچه ترکیب افدرین ابتدا از گیاهان گونه افدرا استخراج شد ولی تولید صنعتی این ترکیب به روش استخراج از گیاه به علت غلظت پایین، وجود ناخالصیهای زیاد، وابستگی به شرایط اقلیمی برای رشد گیاه و نیز هزینههای بالای جداسازی و خالصسازی، روش مناسبی نیست. از طرفی سنتز شیمیایی نیز به علت بازده پایین واکنش، تولید محصولات جانبی و ناسازگاری با محیط زیست برای تولید صنعتی این ترکیب استفاده نمیشود. نزدیک به یکصد سال است که دانشمندان دریافتهاند که برخی گونههای مخمر توانایی تبدیل بنزآلدئید به ال-فنیلاستیلکاربینول را دارا میباشند - Neubergand Welde, 1914 - نمونههای مختلفی از تبدیل زیستی انواع مشتقات بنزآلدئید به ال فنیل استیل کاربینول توسط مخمر ساکارومایسس سرویزیه گزارش شده است - Long and . - Ward,1989 ترکیب ال-فنیل استیل کاربینول سپس از طریق یک واکنش شیمیایی ساده قابل تبدیل به افدرین است. بنابراین در حال حاضر، روش عمده برای تولید صنعتی افدرین و مشتقات آن یک روش نیمهسنتزی است که در آن ابتدا بنزآلدئید توسط گونههای میکربی مانند مخمر ساکارومایسس سرویزیه در یک فرایند تبدیل زیستی به ال-فنیل استیل کاربینول تبدیل شده و در مرحله بعد، ال-فنیل استیل کاربینول از طریق یک واکنش شیمیایی به افدرین و سپس مشتقات وابسته تبدیل میشود.
در زیستفناوری تثبیت کردن به مجموعه روشهایی گفته میشود که برای محدود کردن و یا به دام انداختن فیزیکی و یا شیمیایی سلولها، اندامکها، آنزیمها و یا دیگر پروتئینها - نظیر پادتنها - ، بر روی پایه و یا یک یک ماتریس جامد انجام میشود . هدف از انجام عمل تثبیت، افزایش پایداری و یا ایجاد امکان بهکارگیری مجدد و یا پیوسته سلول، آنزیم و ...... است. تحقیقات مختلف نشان داده است که تثبیت سلولها آنها را در برابر غلظتهای بالای محصولات دیگر و همچنین سوبسترا محافظت میکند - . - Ivanova et al., 1996 علاوه بر این تثبیت سلولها باعث می شود که زمان و اندازه تجهیزات مورد نیاز برای تولید محصولات مختلف کاهش یابد که این امر خود منجر به کاهش هزینههای تولید میگردد . - Willaert and Nedovic,2006 - اما شاید مهمترین مزیت تثبیت سلولهای مخمر این است که امکان فعالیت سیستم در غلظتهای رقیق را همراه با میزان تولید بالا فراهم میاورد . - Lin and Tanaka, 2006 - علاوه بر این تثبیت سلولها باعث آسان شدن نسبی و کاهش هزینههای فرآیندهای پایین دستی نظیر جداسازی میگردد.
یکی از راهکارهای مناسب جهت تثبیت سلول ها، استفاده از حامل های مغناطیسی است. حامل های مغناطیسی این امکان را فراهم میکنند که بتوان با استفاده از یک میدان مغناطیسی خارجی سلولهای متصل به آنها را از محیط جدا کرد - Safarik and . - Safarikova, 1999 تا کنون نانوذرات مختلفی همچون اکسید کبالت، نیکل، آهن و .. برای این منظور به کار گرفته شدهاند و کارایی آنها به خصوص در ترکیب مخمر ها و جلبک ها بررسی شده است. استفاده ار نانوذرات مغناطیسی برای اولین بار توسط رابینسون و همکاران1 در سال 1973 میلادی انجام شد . - Halling and Dunnill 1980 - آنها در این بررسی با استفاد از نانوذزات مغناطیسی اکسید آهن موفق به تثبیت دو آنزیم بتاگالاکتوسیداز2 و آلفاکیموتریپسین3 شدند . - Robinson et al., 1973 - از آن زمان تاکنون بررسیهای مختلفی بر روی کاربردهای احتمالی این ترکیبات صورت گرفته است. در میان انواع مختلف نانو ذرات مغناطیسی، نانو ذرات اکسید آهن از اهمیت بیشتری برخورارند. زیرا این نانو ذرات علاوه بر قدرت مغناطیسی بالا داری زیستسازگاری بالا و همچنین سمیت پایینی میباشند . - Lia and Chen, 2001 - تا کنون بررسیهای گوناگونی در جهت تثبیت ترکیبات زیستفعال گوناگون مانند سلولها، آنزیمها، پروتئینها و پادتنها روی این نانوذرات انجام پذیرفته است . - Löster et al., 1992 ; Schütt et al., 1997 -
روش های مختلفی برای تولید نانوذرات مغناطیسی اکسید آهن وجود دارند که از میان آن ها می توان به روش هیدروترمال و روش سلژل اشاره کرد. اما یکی از مهمترین این روشها روش سنتز همرسوبی است. در سال 1925 گروهی از پژوهشگران - Gupta and - Gupta, 2005 نانوذرات مغناطیسی اکسید آهن را به کمک یونهای Fe2+ وFe+3 در محیط آبی سنتز کردند. واکنش همرسوبی نانوذرات مغناطیسی اکسید آهن نیازمند pH بین 8 تا 14 برای کامل شدن واکنش است. همچنین نسبت بهینه Fe3+/Fe2+،نسبت 2:1 است - Laurent, 2008 - .نانو ذرات Fe3O4 دارای مغناطش پذیری بالاتری نسبت به نانوذرات Fe2O3 هستند در حالیکه نانوذرات
