30670

آناليز فلاكس هاي متابوليكي باكتري هاي گوگردي نوري

كارشناسي ارشد

مهندسي شيمي

1399

1402/4/31

فرشته نعيم پور

پانته آ پيريه

مهندسي شيمي

پساب‌هاي حاصل از فعاليت‌هاي متعدد صنعتي حاوي تركيبات گوگردي است كه به دليل سميت و مخاطرات زيست‌محيطي لازم است مورد تصفيه قرار گيرند. اگرچه روش‌هاي مختلفي براي اين منظور به كار گرفته مي‌شود، روش زيستي با استفاده از باكتري‌هاي گوگردي بدليل مزاياي آن مورد توجه قرار گرفته است. روش متداول زيستي استفاده از باكتري‌هاي گوگردي كيموليتوتروف است در حاليكه باكتري‌هاي گوگردي نوري نيز قادر به اكسيداسيون تركيبات گوگردي مي‌باشند ولي تحقيقات كمي در اين زمينه انجام گرفته است. در اين پژوهش ابتدا دو شبكه واكنش بيوشيميايي براي رشد/توليد محصول باكتري‌هاي اكسنده گوگردي نوري سبز (89 واكنش و 90 متابوليت) و بنفش (91 واكنش و 91 متابوليت) شامل مسيرهاي مركزي كربن، اكسيداسيون تركيبات گوگردي، نوري و توليد انرژي، سنتز بيومولكول‌ها و واكنش‌هاي تبادلي مربوط به منابع مختلف گوگردي و محصولات خروجي بازسازي گرديد و سپس آناليز فلاكس‌هاي متابوليك با استفاده از اين شبكه‌ها در شرايط مختلف انجام شد. رفتار اين باكتري‌ها (توزيع فلاكس‌ها) در فلاكس ورودي ثابت منابع مختلف گوگردي با و بدون محدوديت در فلاكس‌هاي ورودي نور و ماده الكترون¬پذيرنده با روش آناليز فلاكس‌هاي متابوليك با استفاده از جعبه ابزار كبرا در نرم افزار متلب مورد بررسي قرار گرفت. هيدروژن‌سولفيد، گوگرد يا تيوسولفات به ميزاني كه حاوي 1 ميلي‌مول گوگرد باشد به عنوان تركيب گوگردي ورودي و همچنين سولفات و گوگرد به عنوان محصولات خروجي در نظر گرفته شدند. نتايج نشان داد كه بدون محدوديت نوري بالاترين مقادير رشد برابر h-1 0422/0 و h-1 0512/0 با استفاده از منبع هيدروژن سولفيد و كمترين رشد برابر h-1 0211/0 و h-10256/0 در حضور تيوسولفات به ترتيب براي باكتري‌هاي گوگردي بنفش و سبز حاصل ميشود. همانطور كه ملاحظه مي‌شود رشد باكتري‌هاي سبز با سوبستراي گوگردي يكسان بيشتر از باكتري‌هاي بنفش مي‌باشد. محدوديت فلاكس نوري نسبت به مقادير حداكثري mmol/gDW.h 0403/5 و mmol/gDW.h 5602/7 به ترتيب براي باكتري‌هاي گوگردي سبز و بنفش در فلاكس ثابت منبع گوگردي منجر به افزايش توليد گوگرد عنصري و كاهش سولفات مي‌شود. بيشينه‌سازي توليد گوگرد عنصري در رشد معين نشان داد كه در فلاكس يكسان منابع مختلف گوگردي، باكتري بنفش با منبع هيدروژن‌سولفيد منجر به بالاترين مقدار گوگرد عنصري با مقدار mmol/gDW.h9824/0 مي‌گردد.

1403/01/16

Metabolic flux analysis of phototrophic sulfur bacteria

7/21/2024 12:00:00 AM

Wastewater resulting from various industrial activities containing sulfur compounds needs treatment due to their toxicity and environmental hazards. Although various methods are used for this purpose, biological method (using sulfur bacteria) has received attention due to its advantages. Although chemolithotrophic sulfur bacteria are commonly used, little work has been done with phototrophic sulfur bacteria which are also capable of oxidizing sulfur. In this study, two biochemical reaction networks were firstly constructed for the growth/production of green sulfur bacteria (91 reactions and 91 metabolites) and purple sulfur bacteria (89 reactions and 90 metabolites), including central carbon pathways, sulfur compound oxidation, light and energy production, biomolecule synthesis, and exchange reactions related to various sulfur sources and output products. Then, metabolic flux analysis was performed using these networks under different conditions. The behavior of these bacteria (flux distribution) was investigated under constant input fluxes of various sulfur sources with and without restrictions on input fluxes of light and electron acceptor using metabolic flux analysis with COBRA toolbox in MATLAB software. Hydrogen sulfide, sulfur, or thiosulfate were considered as input sulfur compounds (at a fixed flux of 1 millimole of sulfur) as well as sulfate and sulfur as products. Results showed the highest growth values of 0.0422 and 0.0512 h-1 using hydrogen sulfide and the lowest growth values of 0.0211 and 0.0256 h-1 using thiosulfate for purple and green sulfur bacteria, respectively. This showed higher growth rate of green sulfur bacteria compared to the purple one. Under no light limitation, light fluxes of 5.0403 and 7.5602 mmol/gDW.h were obtained for green and purple sulfur bacteria, respectively. By limiting light fluxes, increases were obtained in elemental sulfur alongside decreases in sulfate production. Maximization of elemental sulfur production at a specific growth resulted in the showed that under the same flux of various sulfur sources, purple bacteria with hydrogen sulfide as the sulfur source resulted in the highest amount of elemental sulfur production with a value of 0.9824 mmol/gDW.h.

باكتري‌هاي اكسنده گوگردي نوري , متابوليسم گوگرد , توزيع فلاكس درون سلولي , رشد و توليد محصولات

Sulfur oxidizing bacteria , sulfur metabolism , distribution of intracellular flux , growth and production of products

mohaddese astaraki

fereshteh naeimpour