بخشی از مقاله
چکیده
پلیهیدروکسیآلکانواتها - - PHAs، ماکرومولکولهاي پلیاستري هستند که به طور طبیعی توسط بسیاري از میکروارگانیسمها تولید میشوند و میتوانند جایگزین مناسبی براي پلاستیکهاي مرسوم باشند. بر خلاف پلاستیکهاي مشتق شده از مواد نفتی که تجزیه آنها دهها سال به طول میانجامد، PHAها در طول یک سال توسط انواعی از میکروارگانیسمها تجزیه میشوند. نتیجه این تجزیه، دياکسیدکربن و آب است که به طبیعت برمیگردند. هدف از این تحقیق، جداسازي ژن بتاکتوتیولاز - - bktB از باکتري Ralstonia eutropha سویه H16 به منظور اصلاح خصوصیات بیوپلاستیکها بوده است.
این ژن، آنزیمی را کد میکند که این آنزیم با تشکیل سوبستراهاي پنج کربنه، در تولید کوپلیمرهاي زیستتخریبپذیر نقش اصلی را بر عهده دارد. در این تحقیق، طراحی پرایمرهاي اختصاصی به منظور جداسازي این ژن، انجام گرفت و ORF کامل این ژن توسط PCR از ژنوم باکتري Ralstonia eutropha جدا شد. صحت جداسازي توسط Nested PCR با استفاده از پرایمرهاي داخلی به طور اولیه، مورد تأیید قرار گرفت و قطعه حاصل پس از خالصسازي جهت تعیین توالی فرستاده شد. با توجه به ویژگیهاي فیزیکی کوپلیمرها در صنعت، از جمله استحکام، انعطافپذیري و سرعت تجزیه زیستی توسط میکروارگانیسمهاي محیط، جداسازي این ژن میتواند گامی مؤثر در جهت تولید پلاستیکهاي تجزیه پذیر زیستی با خصوصیات مطلوبتر باشد.
مقدمه
با توجه به اینکه عدهاي از میکروارگانسیمها، پلیبتاهیدروکسیبوتیرات - PHB - را به صورت کربن آلی ذخیره میکنند، میتوان از آنها جهت تولید بیوپلیمرها استفاده نمود. مواد بیوپلیمري که توسط میکروارگانیسمها ساخته میشوند، در چرخههاي بیولوژیک قرار گرفته و به سرعت به محیط زیست برمیگردند. پس هیچگاه منابع آنها محدود و تمام شدنی نیست در حالی که مواد پلیمري و پلاستیکی امروزي از سوختهاي فسیلی ساخته میشوند که با توجه به محدود بودن منابع نفتی باید به تدریج با بیوپلیمرهایی که از منابع تجدیدشونده ساخته میشوند، جایگزین گردند. از سوي دیگر با توجه به قیمت بالاي نفت خام و محدود بودن منابع آن، استفاده از منابع نفتی براي تولید مواد پلاستیکی، که هم آلوده کننده محیط زیست هستند و هم در جامعه ارزش چندانی ندارند، کاري غیر اقتصادي است . - 7 -
پلی هیدروکسی بوتیرات - PHB - ، یک پلیهیدروکسیآلکانوات - - PHA است که توسط سه آنزیم مسیر بیوسنتزي شامل بتاکتوتیولاز ، استواستیلCoA ردوکتاز و PHB سنتاز تولید می شود. این سه آنزیم به ترتیب توسط phbA، phbB و phbC کد می شوند که در باکتري Ralstonia eutropha - Alcaligenes eutrophus - ، به صورت یک اپران سه ژنیphaCAB قرار دارند. ابتدا دو مولکول استیلCoA توسط بتاکتوتیولاز با هم ترکیب شده و استواستیلCoA تشکیل میشود. استواستیل CoA توسط استواستیل CoA ردوکتاز به -3- - - - -R هیدروکسی بوتیریل CoA، تبدیل میشود.
مولکول حاصل توسط آنزیم PHB سنتاز، پلیمریزه شده و PHB را تشکیل میدهد 1 - و . - 7 اما هوموپلیمر PHB، به تنهایی یک بیوپلاستیک نسبتاً سفت و کم دوام - شکننده - است که فراوري آن مشکل می باشد. زیرا در 10oC بالاتر از نقطه ذوب - 170oC - تجزیه میشود. کوپلیمرهایی که از هیدروکسی بوتیرات - HB - و یکی از مونومرهاي زنجیره بلند مثل هیدروکسی والرات - HV - تشکیل می شوند، قابلیت انعطاف زیاد و دوام بیشتري دارند. بنابراین پلاستیکهاي متشکل از کوپلیمرهاي P - HB-HV - ، خصوصیات مطلوبتري دارند. خواص فیزیکی این کوپلیمرها نسبت به درصد مولی -3 هیدروکسی والرات - - 3HV، بسیار حساس است. با افزایش درصد مولی 3-HV، درجه حرارت تجزیه، ثابت باقی مانده اما درجه حرارت ذوب به طور فزایندهاي کاهش می یابد.
به همین طریق انعطاف پذیري و استحکام چندین برابر بهبود می یابد 1 - و 3 و . - 5 یک مرحله لازم در تولید این کوپلیمر، تشکیل بتا کتو والریل CoA است. مشخص شده است که نقش اساسی در تولید بتاکتووالریلCoA بر عهده ژن bktB است که خارج از اپران سه ژنی تولید PHB در کروموزوم باکتري R. eutropha قرار دارد. ژن bktB آنزیم کتوتیولازي را کد میکند که با ترکیب استیل CoA و ترکیبات سه کربنهاي مانند پروپیونیلCoA باعث تشکیل والریلCoA میشود.
پروپیونیلCoA میتواند از مسیر سنتز یا اکسیداسیون اسیدهاي چرب، از مسیر سنتز متیلمالونیلCoA و یا از طریق افزودن پروپیونیک اسید در محیط کشت باکتري فراهم شود. سپس آنزیم PHAسنتاز باعث تشکیل هیدروکسی بوتیرات واالرات و پلیمریزه شدن آن به صورت P - HB-HV - میشود. با توجه به این که کوپلیمرPHBV، خصوصیات فیزیکی بهتري نسبت به PHB دارد پس کاربردهاي اقتصادي بیشتري خواهد داشت 2 - و 4 و 5 و. - 7 بنابراین، جداسازي ژن bktB که نقش اصلی را در تولید این کوپلیمر دارد، هدف اصلی این پژوهش بوده است که میتواند مقدمهاي براي استفاده از آن در تحقیقات دیگري براي تولید بیوپلاستیک با خصوصیات مطلوبتر باشد.
