1398/07/28

پایان نامه ارشد:ارزیابی کارایی اوره بعنوان یک منبع نیتروژنی ارزان در تولید اریترومایسین توسط Saccharopolyspora erythraea به روش فرمانتاسیون

عنوان                                               فهرست مطالب                                            صفحه
چکیده فارسی………………………………………………………………………………………………………………………..     1

مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………………………          2

فصل اول: کلیات                                                                               

هدف……………………………………………………………………………………………………………………………. 6
بیوتکنولوژی میکروبی……………………………………………………………………………………………………… 7
1-2-1) روش‌های سنتی…………………………………………………………………………………………………………. 7

1-2-2)میکروبیولوژی صنعتی………………………………………………………………………………………………….. 8

1-2-3)بیوتکنولوژی میکروبی نوین……………………………………………………………………………………………9

1-3)جنبه‌های اقتصادی بیوتکنولوژی میکروبی………………………………………………………………………….. 10

1-4)مقدمه ای بر فرایندهای تخمیری………………………………………………………………………………………. 11

1-5)بیوتکنولوژی صنعتی ……………………………………………………………………………………………………… 16

1-6)نقش مهندسی متابولیک در توسعه سویه‌های صنعتی…………………………………………………………… 18

1-7) متابولیت‌های میکروبی …………………………………………………………………………………………………. 21

1-8)تعریف و تاریخچه آنتی بیوتیک ها………………………………………………………………………………….  24

1-9)گروه های میکروبی تولید آنتی بیوتیکها……………………………………………………………………………. 25

1-9-1)اکتینومایستها…………………………………………………………………………………………………………….. 26

برای دانلود متن کامل پایان نامه ها اینجا کلیک کنید

1-9-1-1) باکتری Saccharopolyspora erythraea  ……………………………………………………………. 30

1-10)تقسیم‌بندی آنتی‌بیوتیک‌ها ……………………………………………………………………………………………. 31

1-10-1) طبقه‌بندی بر مبنای شباهت عمومی ساختار شیمیایی…………………………………………………… 31

1-10-1-1)ماکرولیدها ………………………………………………………………………………………………………… 33

1-10-2) طبقه‌بندی بر اساس مکانیسم عمل……………………………………………………………………………. 35

1-10-3)آنتی‌بیوتیک‌های بازدارنده سنتز پروتئین………………………………………………………………………..35

1-11)عوامل تعیین‌کننده حساسیت و مقاومت میکروارگانیسم ها به آنتی‌بیوتیک‌ها………………………… 36

1-12)انتخاب آنتی‌بیوتیک‌ها……………………………………………………………………………………………………. 37

1-13)موارد کاربرد آنتی‌بیوتیک‌ها……………………………………………………………………………………………. 38

1-14)اریترومایسین………………………………………………………………………………………………………………. 38

1-14-1)تاریخچه و منبع………………………………………………………………………………………………………. 38

1-14-2)ساختمان و ویژگی‌های اریترومایسین…………………………………………………………………………. 40

1-14-3)آنتی‌بیوتیک‌های مشتق‌شده از اریترومایسین…………………………………………………………………. 42

1-14-4)فعالیت ضد‌باکتریایی اریترومایسین…………………………………………………………………………….. 43

1-14-5)مکانیسم عمل اریترومایسین……………………………………………………………………………………… 44

1-14-6)کاربردهای اریترومایسین و مشتقات آن………………………………………………………………………. 45

1-14-7)موارد منع مصرف اریترومایسین………………………………………………………………………………… 48

1-14-8)عوارض جانبی اریترومایسین……………………………………………………………………………………. 48

1-14-9) انواع در دسترس……………………………………………………………………………………………………. 49

1-15)میکروارگانیسم های صنعتی………………………………………………………………………………………….. 49

1-16)جداسازی و نگهداری میکروارگانیسم‌ها…………………………………………………………………………. 50

1-17)جداسازی میکروارگانیسم‌های مناسب از محیط……………………………………………………………….. 51

1-18)کلکسیون‌های کشت…………………………………………………………………………………………………….. 52

1-19)نگهداری میکروارگانیسم‌ها…………………………………………………………………………………………… 53

1-19-1)نگهداری در دمای پایین…………………………………………………………………………………………… 53

1-19-1-1) نگهداری روی محیط‌کشت شیب‌دار حاوی آگار…………………………………………………….. 53

1-19-1-2)نگهداری با استفاده از روش ژرف انجمادی……………………………………………………………. 54

1-19-1-3)نگهداری در نیتروژن مایع…………………………………………………………………………………….. 55

1-19-2)نگهداری در حالت بدون آب……………………………………………………………………………………. 55

1-19-2-1)نگهداری در خاک……………………………………………………………………………………………….. 56

1-19-2-2)نگهداری در سیلیکاژل…………………………………………………………………………………………. 56

1-19-2-3)نگهداری در سلولز……………………………………………………………………………………………… 57

1-19-2-4)نگهداری در آب مقطر…………………………………………………………………………………………. 57

1-19-2-5)نگهداری در روغن……………………………………………………………………………………………… 57

1-19-2-6) لیوفیلیزه کردن…………………………………………………………………………………………………… 58

1-20) محیط کشت تخمیر صنعتی…………………………………………………………………………………………. 59

1-21) نیازهای غذایی میکروارگانیسم‌ها………………………………………………………………………………….. 61

1-21-1) کربن……………………………………………………………………………………………………………………. 62

1-21-1-1) عوامل موثر بر انتخاب منبع کربن…………………………………………………………………………. 62

1-21-2) نیتروژن   ……………………………………………………………………………………………………………. 63

1-21-3) هیدروژن و اکسیژن………………………………………………………………………………………………… 65

1-21-4) مواد معدنی…………………………………………………………………………………………………………… 65

1-22) تنظیم‌کننده‌های متابولیکی…………………………………………………………………………………………… .66

1-23) ضد کف‌ها………………………………………………………………………………………………………………… 66

1-24) طراحی و فرمول‌بندی محیط کشت………………………………………………………………………………. 67

1-25) فرایند تخمیر تولید آنتی‌بیوتیک …………………………………………………………………………………….68

1-25-1) مراحل کلیدی فرایند تولید یک نوع آنتی‌بیوتیک …………………………………………………………68

1-25-2) بخش‌های اصلی فرآیند تخمیری……………………………………………………………………………… 68

1-25-3) تهیه مایع تلقیح و فرایند توسعه آن…………………………………………………………………………… 74

1-25-4) مرحله بذر (Seeding )………………………………………………………………………………………….. 77

1-25-5) مرحله نهایی (مرحله تولید)…………………………………………………………………………………….. 79

1-25-6) تکنولوژی تخمیر آنتی‌بیوتیک………………………………………………………………………………….. 82

1-25-6-1) تخمیر شیک فلاسک………………………………………………………………………………………….. 82

1-25-6-2) فرمانتورهای همزندار…………………………………………………………………………………………. 83

1-25-7) تاثیر دما بر فرایند تخمیر آنتی‌بیوتیک………………………………………………………………………… 84

1-25-7-1) انتقال حرارت و کنترل دما………………………………………………………………………………….. 86

1-25-8) تاثیر pH روی متابولیسم سلول………………………………………………………………………………….87

1-25-9) مرحله شناسایی و استخراج محصول………………………………………………………………………… 89

فصل دوم: مروری بر متون گذشته

پیشینه پژوهش……………………………………………………………………………………………………………………… 91

فصل سوم: مواد و روش‌ها

3-1) میکروارگانیسم مورد استفاده………………………………………………………………………………………….. 97

3-2) معرف‌های رنگی مورد استفاده ……………………………………………………………………………………… 97

3-3) مواد لازم برای سنجش غلظت اریترومایسین……………………………………………………………………. 97

3-3-1) تهیه بافر pH 9.6…………………………………………………………………………………………………….. 97

3-3-2) تهیه بافر pH 4.2…………………………………………………………………………………………………….. 98

3-3-3) تهیه کلرفرم اشباع از بافر pH 9.6 و بافر  pH 9.6اشباع از کلرفرم…………………………………. 98

3-3-4) تهیه محلول برمو فنل بلو…………………………………………………………………………………………… 99

3-4) محیطهای کشت اسپوریزاسیون……………………………………………………………………………………… 100

3-4-1) محیط اسپورزایی…………………………………………………………………………………………………….. 100

3-4-1-1) باز کردن آمپول لیوفیلیزه………………………………………………………………………………………. 103

3-4-2) آزمایش ها با محیط‌کشت صنعتی برای تولید اریتروماسین……………………………………………..103

3-4-2-1) مرحله بذر‌دهی (Seeding)………………………………………………………………………………….. 103

3-4-2-1-1)تعیین pH هر کدام از ارلن‌ها…………………………………………………………………………….. 105

3-4-2-1-2) تعیین وزن تر بیومس (PMW )……………………………………………………………………….. 105

3-4-2-1-3)بررسی محیط‌های کشت از لحاظ آلودگی ( Contamination test )……………………… 106

3-4-2-2) مرحله تخمیر……………………………………………………………………………………………………….108

3-5) میزان اوره اضافه شده به محیط کشت تخمیر……………………………………………………………………109

3-5-1) اوره………………………………………………………………………………………………………………………..109

3-6) تجهیزات مورد استفاده در آزمایش ها …………………………………………………………………………….113

3-7) روش تهیه سوسپانسیون اسپوری…………………………………………………………………………………….113

3-8) روش سنجش غلظت اریترومایسین در نمونه های تخمیری………………………………………………..114

3-8-1) روش HPLC……………………………………………………………………………………………………………114

3-8-1-1) مقدمه ای بر کروماتوگرافی…………………………………………………………………………………….114

3-8-1-2) فاز ساکن و فاز متحرک…………………………………………………………………………………………118

3-8-1-3) اطلاعات حاصل از یک کروماتوگرام……………………………………………………………………….119

3-8-1-4) کاربردهای کیفی…………………………………………………………………………………………………..120

3-8-1-5) آنالیز کمی……………………………………………………………………………………………………………120

3-8-1-5-1) روش استاندارد خارجی(External Standard)……………………………………………………..120

3-8-1-5-2) روش افزایش استاندارد (Standard Addition)………………………………………………….. 121

3-8-1-5-3) استاندارد داخلی(Internal Standard)…………………………………………………………………121

3-8-1-6) نتیجه گیری………………………………………………………………………………………………………….122

3-8-2) روش TLC (Thin Layer Chromatography )…………………………………………………………..122

3-8-2-1) سیر تحولی و رشد……………………………………………………………………………………………….122

3-8-2-2) کوماتوگرافی لایه نازک (TLC )…………………………………………………………………………….123

3-8-2-3) کاربرد کروماتوگرافی لایه نازک……………………………………………………………………………..125

33-8-3) روش Spectrophotometric……………………………………………………………………………………126

3-8-3-1) با اسپکتروفوومتر آشنا شویم…………………………………………………………………………………..127

3-8-3-2) قانون بیر- لامبرت………………………………………………………………………………………………..128

3-8-3-3) استفاده از اسپکتروفوتومتر……………………………………………………………………………………..128

3-8-4) روش Bioassay………………………………………………………………………………………………………129

3-8-4-1) سنجش میکروبیولوژیک اریترومایسین…………………………………………………………………….131

3-8-4-2) محیط کشت پایه سنجش میکروبیولوژیک اریترومایسین……………………………………………131

3-8-4-2-1) محیط کشت مولر هینتون آگار……………………………………………………………………………132

3-8-4-2-2) محیط کشت مولر هینتون براث………………………………………………………………………….132

3-8-4-3) تهیه مایه تلقیح…………………………………………………………………………………………………….133

3-8-4-4) ایجاد چاهک……………………………………………………………………………………………………….134

3-8-4-5) تهیه بافر فسفات با 8 = pH……………………………………………………………………………………134

3-8-4-6) تهیه محلول های استاندارد…………………………………………………………………………………….134

3-8-4-7) افزودن محلول های آنتی بیوتیک در پلیت ها…………………………………………………………..135

3-8-4-8) اندازه گیری قطر هاله مهار شده……………………………………………………………………………..135

3-8-4-9) حذف و جایگزینی داده های گمراه کننده……………………………………………………………….136

3-8-4-10) رسم منحنی استاندارد…………………………………………………………………………………………136

3-8-5) استخراج اریترومایسین……………………………………………………………………………………………..137

3-8-5-1)تهیه محلول های استاندارد اریترومایسین………………………………………………………………….137

3-8-5-2) تهیه رقت های مایع تخمیر……………………………………………………………………………………139

3-8-5-3) استخراج اریترومایسین از مایع تخمیر……………………………………………………………………..139

3-8-5-4) تشکیل کمپلکس رنگی اریترومایسین با برموفنل‌بلو…………………………………………………..140

3-8-5-5) اندازه‌گیری میزان جذب کمپلکس رنگی اریترومایسین- برموفنل‌بلو……………………………140

فصل چهارم: نتایج

4-1 ) بررسی اثر غلظت30 گرم‌درلیتر آرد‌سویا برروی پارامترهای مورد‌نظر در طی تخمیر……………..142

4-1-1 ) بررسی اثرغلظت30 گرم در لیترآرد سویا برروی pH محیط کشت تخمیر……………………….143

4-1-2 ) بررسی اثرغلظت30 گرم‌درلیترآردسویا برروی درصد وزن‌تر‌بیومس درمحیط تخمیر………….143

4-1-3 ) بررسی اثرغلظت30 گرم در لیترآرد سویا در میزان تولید اریترومایسین……………………………144

4-1-4)بررسی‌اثرغلظت30گرم‌درلیترآردسویابرروی‌مورفولوژی‌باکتری erythraea .S……………………..145

4-2)سنجش‌ومقایسه همزمان پارامترهای مورد بررسی درتمام غلظت‌ها درطی‌فرایند تخمیر……………148

4-2-1 ) سنجش و مقایسه pH در حالت‌های مختلف………………………………………………………………148

4-2-2 )سنجش و مقایسه درصد وزن تر بیومس تولید شده در حالت‌های مختلف……………………….149

4-2-3 )سنجش و مقایسه میزان اریترومایسین تولید شده در حالت‌های مختلف ………………………….150

4-2-4 ) تعیین غلظت بهینه اوره و سویا برای محیط کشت تولید اریترومایسین……………………………151

4-2-4-1)بررسی پارامترهای مختلف برای غلظت بهینه(40% اوره) در تولید اریترومایسین…………….151

4-2-4-1-1) بررسی اثر غلظت بهینه (40% اوره) در میزان تولید اریترومایسین………………………….. 151

4-2-4-1-2 ) بررسی اثر غلظت بهینه (40% اوره) بر روی pH محیط کشت ………………………………152

4-2-4-1-3 ) بررسی اثر غلظت بهینه (40% اوره) بر روی درصد وزن تر بیومس…………………………153

4-2-4-1-4 ) بررسی اثر غلظت بهینه (40% اوره) بر روی مورفولوژی باکتری…………………………….153

فصل پنجم: بحث و پیشنهادها

تاثیر ترکیبات به کار رفته در محیط کشت تخمیر در تولید آنتی بیوتیک ها…………………………………….158

5-1) رابطه بین منابع نیتروژنی استفاده شده در محیط کشت تخمیر و تولید اریترومایسین………………159

5-1-1) مقایسه اثر غلظت های مختلف اوره و سویا به عنوان منبع نیتروژنی بر تولید اریترومایسین…160

5-2) رابطه بین منبع نیتروژنی استفاده شده و pH محیط کشت تخمیر…………………………………………162

5-3) رابطه بین رشد باکتری  Saccharopolyspora  erythraea و میزان تولید اریترومایسین………..163

5-4) رابطه بین میزان رشد باکتری  Saccharopolyspora  erythraea وتغییرات بیومس درطی فرایند تخمیر………………………………………………………………………………………………………………………………….165

5-4-1) سینتیک رشد میکروارگانیسم ها………………………………………………………………………………….165

5-5)رابطه بین مورفولوژی سویه Saccharopolyspora erythraea و تولید اریترومایسین…………….169

5-6) برآورد هزینه‌ها…………………………………………………………………………………………………………….171

5-6-1) محاسبه میزان اریترومایسین تولیدی و قیمت تمام شده منبع نیتروژنی سویا دریک bach صنعتی……………………………………………………………………………………………………………………………….172

5-6-1-1) استفاده از 30 گرم در لیتر کنجاله سویا در محیط تخمیر…………………………………………….172

5-6-1-2) استفاده از غلظت بهینه 40% اوره در محیط تخمیر…………………………………………………….173

5-7) پیشنهادها…………………………………………………………………………………………………………………….175


منابع و مراجع……………………………………………………………………………………………………………………..177

چکیده انگلیسی…………………………………………………………………………………………………………………. 184

ضمایم………………………………………………………………………………………………………………………………..185

عنوان                                           فهرست جداول                                             صفحه

جدول (1-1): راهنمای دوزاژ ماکرولیدهای خوراکی…………………………………………………………………..33

جدول (1-2): ویژگی های اریترومایسین…………………………………………………………………………………..40

جدول(1-3): نقش فیزیولوژیکی عناصر غذایی پرمقدار درون سلول و میزان متوسط مورد نیاز………….61

جدول(1-4 ): مهمترین منابع نیتروژن برای تولید تعدادی از متابولیت های ثانویه……………………………65

جدول(1-5): مراحل کلیدی فرایند تولید یک نوع آنتی بیوتیک…………………………………………………….72

جدول (1-6): محدوده بهینه دما برای گروه های باکتریایی………………………………………………………….85

جدول (3-1) : ترکیبات محیط کشت اسپورزایی……………………………………………………………………….101

جدول(3 -2):  ترکیبات محلول میکروالمنت …………………………………………………………………………..101

جدول (3-3): ترکیبات محیط کشت بذردهی ………………………………………………………………………….104

جدول (3-4): محیط کشت مرحله تخمیر………………………………………………………………………………..108

جدول(3-5): خصوصیات اوره……………………………………………………………………………………………….111

جدول(3-6): آنالیز اوره…………………………………………………………………………………………………………112

جدول(3-7): غلظت‌های اریترومایسین در حجم‌های استاندارد اریترومایسین و حجم‌های مورد نیاز برای

تهیه آن‌ها……………………………………………………………………………………………………………………………..139

جدول ( 4-1 ) : غلظت‌های مختلف اوره و سویا استفاده شده در حالت‌های مختلف………………………148

عنوان                                            فهرست نمودارها                                         صفحه

نمودار ( 4-1): تغییرات pH در طی فرایندتولید اریترومایسین در محیط کشت حاوی 30 گرم در لیتر آرد سویا…………………………………………………………………………………………………………………………………….143

نمودار(4-2): تغییرات درصد وزن تر بیومس در طی فرایند تخمیر در محیط حاوی 30گرم در لیتر آرد سویا…………………………………………………………………………………………………………………………………….143

نمودار( 4-3) : میزان اریترومایسین تولید شده در روزهای مختلف تخمیر در غلظت 30 گرم در لیتر آرد سویا…………………………………………………………………………………………………………………………………….144

نمودار(4-4): تغییرات pH محیط کشت در طی فرایند تخمیر در غلظت‌های مختلف……………………..149

نمودار(4-5): درصد وزن تر بیومس تولید شده در غلظت های مختلف طی فرایند تخمیر………………149

نمودار(4-6) : میزان اریترومایسین تولید شده در غلظت های مختلف طی فرایند تخمیر…………………150

نمودار(4-7): میزان اریترومایسین تولید شده را در حضور 40% درطی فرایند تخمیر………………………151

نمودار(4-8): تغییرات  pH در حضور 40% اوره درطی فرایند تخمیر…………………………………………..152

نمودار(4-9): درصد وزن تر بیومس در طی فرایند تخمیر در غلظت 40% اوره………………………………153

عنوان                                              فهرست اشکال                                       صفحه

شکل (3-1): روش تهیه کلروفرم اشباع از بافر و بافر اشباع از کلروفرم………………………………………….99

شکل (3-2): محیط اسپورزایی در روز چهارم انکوباسیون………………………………………………………….102

شکل (3-3): محیط اسپورزایی در روز چهاردهم انکوباسیون………………………………………………………102

شکل (3-4): فرمول شیمیایی و عکسی از اوره………………………………………………………………………….110

شکل (3-5): روش تهیه سوسپانسیون اسپوری………………………………………………………………………….113

شکل ( 3-6): نمونه ای از سرسمپلر فیلتردار…………………………………………………………………………….113

شکل (3-7): نمایی از دستگاه HPLC……………………………………………………………………………………..119


فرم در حال بارگذاری ...