شماره ركورد
25858
شماره راهنما
BIO3 216
عنوان
افزايش مقياس توليد پكتيك اليگوساكاريدها توسط باكتري پروبيوتيك و بررسي خواص ضد سرطاني آنها
مقطع تحصيلي
دكتري
رشته تحصيلي
زيست شناسي -ميكروبيولوژي
دانشكده
علوم و فناوريهاي زيستي
تاريخ دفاع
27/12/1404
صفحه شمار
130 ص.
استاد راهنما
دكتر افروزالسادات حسيني ابري , دكتر محمد جعفر طاهرزاده
استاد مشاور
دكتر اردشير طالبي
كليدواژه فارسي
پكتيك اليگوساكاريد (POS)، , پروبيوتيك , فرمانتور , ضدسرطان , آنتياكسيدان
چكيده فارسي
چكيده
بازيافت ضايعات ميوه به مواد اوليه ارتقا دهنده سلامت، يك چالش مهم در زمينه اقتصاد پايدار است. پكتين يكي از غنيترين منابع موجود در پسماند ميوه است كه با تجزيه آن به زيرواحدهاي اليگوساكاريدي، علاوه بر حذف يك آلاينده زيستي منجر به توليد تركيبات زيست فعال ميشود. به اين منظور در مطالعه حاضر، يك روش تجزيه ميكروبي شرح داده شد كه طي آن پكتين سيب با استفاده از باسيلوس سوبتيليس HA1 (سويهاي جدا شده از ماست سنتي) به پكتيك اليگوساكاريدهاي زيست فعال (POS) تبديل ميكند. از روش تست مقاومت به اسيد و صفرا براي بررسي مقاومت جدايه به مايعات گوارشي استفاده شد و همچنين از تستهاي مقاومت به آنتيبيوتيك و بررسي توانايي توليد انتروتوكسين براي بررسي ايمني اين سويه استفاده شد. از روش TLC، LC-ESI-MS و FTIR براي شناسايي اليگوساكاريدهاي حاصل از تجزيه استفاده شد. همچنين خواص آنتياكسيداني اليگوساكاريدها به روش DPPH بررسي شد و از روشهاي MTT و فلوسايتومتري براي بررسي خواص ضدسرطاني آنها استفاده شد. سويه HA1 γ-هموليتيك، لسيتيناز منفي و عاري از ژنهاي انتروتوكسين nhe/hbl است، اما اسيد و صفرا را تحمل ميكند و به سلولهاي روده ميچسبد كه اين موارد، ايمني و استعداد پروبيوتيكي آن را تأييد ميكند. اين باكتري پكتين را ظرف 6 ساعت انكوباسيون ميشكند و در شرايط بهينه (50 درجه سلسيوس، pH 6)، فعاليت پكتيناز خارج سلولي با حداكثر فعاليت ≈18 IU/mL را نشان ميدهد. نتايج تشكيل مونو تا تري گالاكتورونيك اسيدهاي با درجه متيلاسيون پايين را تأييد ميكنند. POS در غلظت 10 ميليگرم بر ميليليتر تا 90 درصد راديكالهاي DPPH را جذب ميكند كه پنج برابر بيشتر از پكتين تيمار نشده است. POS همچنين به طور انتخابي عليه سلولهاي تومور عمل ميكند، به طوريكه زنده ماني سلولهاي سرطاني سينه MCF-7 به 17%كاهش يافت ولي 95% سلولهاي سالم L-929 و HUVEC زنده ماندند. نتايج فلوسيتومتري و qRT-PCR نشان داد كه آپوپتوز عامل القاي مرگ سلولي در سلولهاي سرطاني است و اين امر از طريق افزايش بيان Bax و سركوب gal-3 القا ميشود. در ادامه به منظور افزايش مقياس توليد POS، از يك كشت فدبچ در رآكتور 5 ليتري استفاده شد و با به كار گيري استرس H2O2 (در غلظت mM 5/0) و گرسنگي نيتروژني (حذف منابع نيتروژن از محيط كشت) 6/3 گرم بر ليتر POS به ازاي 5 گرم بر ليتر پكتين، توليد شد. لازم به ذكر است در اين قسمت به علت پيروي از قوانين كشور سوئد، از سويه جداسازي شده از محصول پروبيوتيك انساني Foods for gut حاوي پروبيوتيك باسيلوس سوبتليس استفاده شد. همچنين، ماهيت باسيلوس بعنوان توليدكننده مخلوطي از آنزيمهاي خارج سلولي، منجر شد تا اين باكتري به خوبي در بخش سفيد رنگ پوملو (Pomelo Albedo) تيمار شده با 5/0% عصاره مخمر خوراكي، رشد كرده و با اضافه كردن آن به ماست، يك محصول پروبيوتيك با فعاليت زيست فعال حاصل شد. در مجموع، B. subtilis مسيري ايمن و سازگار با محيط زيست را براي تجزيه پكتين به POS با خواص فراسودمند فراهم ميكنند و راهي را براي توليد غذاهاي كاربردي، مواد مغذي و ارزشگذاري پايدار پكتين باز ميكنند. در مطالعه حاضر با ارائه يك رويكرد جديد براي افزايش مقياس توليد اليگوساكاريدها حاصل از تجزيه پكتين با استفاده از باكتري پروبيوتيك، يك مسير ايمن و پايدار براي ارزشگذاري پسماند ميوه معرفي شد.
كليدواژهها: پكتيك اليگوساكاريد (POS)، پروبيوتيك، فرمانتور، ضدسرطان، آنتياكسيدان
كليدواژه لاتين
Pectic oligosaccharides (POS) , probiotic , Fermenter , Anticancer , Antioxidant
عنوان لاتين
Scale up of the pectic-oligosaccharides production by a probiotic bacterium and investigation of their anticancer¬ properties
گروه آموزشي
زيست شناسي سلولي مولكولي و ميكروبيولوژي
چكيده لاتين
Abstract
Upcycling fruit waste into health-promoting ingredients is an urgent sustainability challenge. Degradation of pectin, which is abundant in fruit waste, into its oligosaccharide subunits, introduce an approach to eliminate a vast portion of food waste and production of anticancer and antioxidant compounds. In this work, a microbial degradation is described that converts apple pectin into bioactive pectic oligosaccharides (POS) using Bacillus subtilis HA1, a strain isolated from traditional yogurt. Acid and bile tolerance, antibiotic resistance and enterotoxin production of HA1 were examined to evaluate its safety and resistance to digestive fluids. TLC, LC-ESI-MS, and FTIR methods were then performed to detect the resulted oligosaccharides. Moreover, the antioxidant activity of the obtained POS was evaluated using DPPH radical scavenging method. Their anticancer activity was also checked through MTT and flowcytometry tests. HA1 is γ-hemolytic, lecithinase-negative, and free of nhe/hbl enterotoxin genes, yet endures acid/bile and adheres to intestinal cells, confirming its safety and probiotic aptitude. The bacterium cleaves pectin within 6 h of incubation, and under optimum conditions (50 °C, pH 6), the extracellular pectinase showed a maximum activity of ≈18 IU/mL. TLC, LC–ESI–MS, and FTIR verify the formation of low-methylated mono- to tri-galacturonic acids. Crude POS scavenge up to 90 % of DPPH radicals at 10 mg/mL, which is five-fold higher than untreated pectin. POS also act selectively against tumor cells: MCF-7 breast cancer viability drops to 17 %, while healthy L-929 and HUVEC cells remain ≥95 % viable. Flow cytometry and qRT-PCR confirm apoptosis via Bax up-regulation and galectin-3 suppression. To further scale up POS production, a fed-batch culture was carried out in a 5 L bioreactor using a Bacillus subtilis strain isolated from a commercial “Foods for Gut” product that contains this bacterium as its sole probiotic strain. By applying H₂O₂ stress (at a concentration of 0.5 mM) and nitrogen starvation (removal of nitrogen sources from the growth medium), 3.6 g/L of POS was produced from 5 g/L of pectin. In addition, the intrinsic ability of Bacillus to secrete a mixture of extracellular enzymes enabled the bacterium to grow efficiently on the white portion of pomelo (pomelo albedo) treated with 0.5% edible yeast extract. Incorporation of this fermented material into yogurt resulted in a probiotic product with bioactive functionality. Altogether, probiotic candidate strains belonging to the B. subtilis afford a safe, eco-friendly route to high-value POS with potent antioxidant and anticancer activities, opening ways for functional foods, nutraceuticals, and sustainable pectin valorization. We introduce a novel approach to scale-up the production of POS from pectin using a probiotic bacterial strain, which is a safe method for Upcycling fruit waste into value-added compounds.
Keywords: Pectic oligosaccharides (POS); probiotic; Fermenter; Anticancer; Antioxidant
تعداد فصل ها
5
فهرست مطالب pdf
159173
نويسنده