26825

مدل‌سازي متابوليسم‌هاي باكتري‌هاي اكسيد‌كننده تركيبات گوگردي و آناليز فلاكس‌هاي متابوليك

كارشناسي ارشد

مهندسي شيمي

1397

1400/9/7

دكتر فرشته نعيم پور

مهندسي شيمي

امروزه استفاده از ميكروارگانيسم‌ها بسيار مورد توجه قرار گرفته است. به همين دليل بررسي رفتار آن‌ها در شرايط مختلف براي رسيدن به اهداف تعيين شده ضروري است و از آنجايي كه باكتري‌هاي اكسنده تركيبات گوگردي در حذف آلاينده‌ها از اهميت ويژه‌اي برخوردار هستند، از اين‌رو دراين پروژه، به بررسي ميزان رشد و توليد محصولات آن‌ها با استفاده از يك مدل متابوليكي پرداخته شده‌است. مدل حاضر حاوي 110 واكنش و 93 متابوليت است، كه شامل مسيرهاي مركزي كربن، سنتز بيومولكول‌ها، واكنش‌هاي تبادلي منابع ورودي، محصولات و واكنش‌هاي اكسيداسيون تركيبات گوگردي مي‌باشد. در اجراي پروژه از نرم افزار متلب و جعبه ابزار كبرا استفاده گرديد. در گام اول، اثر منابع مختلف كربن آلي، سپس اثر منبع نيتروژن و ميزان محدوديت اكسيژن در ميزان توليد بيومس و محصولات بررسي شد. در آخر نيز ميزان توليد بيومس بر حسب اتم كربن در سه متابوليسم كيمواتوتروف، كيموهتروتروف و ميكسوتروف مقايسه گرديد. از سه منبع كربن آلي گلوكز، پيروات و استات به منظور بررسي ميزان رشد استفاده شد كه بيشترين ميزان توليد بيومس مربوط به رشد بر روي منبع كربني گلوكز صورت گرفت. در رابطه با منبع نيتروژن، عملكرد توليد بيومس در آمونياك بهتر از نيترات بوده است. به منظور بررسي اثر ميزان محدوديت اكسيژن بر روي رشد و توليد محصول، از چهار سوبستراي گوگردي شامل هيدروژن‌سولفيد، گوگرد عنصري، تيوسولفات و تتراتيونات استفاده شده و هر بار رشد بر روي هر كدام از آن‌ها صورت گرفت و مشاهده گرديد كه با كاهش ميزان اكسيژن شاهد كمترشدن رشد و تنوع در توليد محصولات مي‌باشيم. طبق نتايج به دست آمده از اين آزمايش، در حالت عدم محدوديت در ميزان اكسيژن، بيش‌ترين ميزان توليد بيومس مربوط به رشد بر روي هيدروژن‌سولفيد (2.9888) و كمترين ميزان آن مربوط به رشد بر روي تتراتيونات بوده (2.9285) و سولفات تنها محصول گوگردي خروجي از شبكه است. اما با كاهش ميزان اكسيژن روند توليد محصولات متفاوت شده و توليد سولفات كاهش مي‌يابد. همچنين هنگام رشد بر روي تتراتيونات، ميزان توليد بيومس بر حسب اتم كربن در متابوليسم ميكسوتروف (gDW cells/(mmol C-atom) )(0.054) از متابوليسم اتوتروف (gDW cells/(mmol C-atom) )(0.056) كمتر و از متابوليسم هتروتروف (gDW cells/ (mmol C-atom) )(0.048) بيشتر مي‌باشد. نتايج حاصل از اين پروژه با نتايج موجود در مقالات تطابق قابل قبولي دارد.

1401/05/26

Modeling metabolisms of sulfur compounds oxidizing bacteria and analysis of metabolic fluxes

11/28/2022 12:00:00 AM

Today, the use of microorganisms has received much attention. For this reason, it is necessary to examine their behavior in different conditions. Since oxidizing bacteria of sulfur compounds are playing a pivotal role in removing pollutants, in this project, the rate of growth and production of their products has been investigated by the help of a metabolic model. The current model contains 110 reactions and 93 metabolites, which include carbon central pathways, synthesis of biomolecules, exchange reactions of input sources, products and oxidation reactions of sulfur compounds. MATLAB software and Cobra toolbox are used in the implementation of the project. In the first step, the effect of different sources of organic carbon, and after that the effect of nitrogen source and the amount of oxygen limitation on the production of biomass and products were examined. Finally, the amount of biomass production in terms of carbon atoms is compared in three metabolisms: chemoautotroph, chemoheterotroph and mixotroph. Three sources of organic carbon, glucose, pyruvate and acetate, are used to check the growth rate. The result indicated that the highest amount of biomass production was related to growth on glucose carbon source. Regarding the nitrogen source, biomass production performance in ammonia has been better than nitrate. In order to investigate the effect of oxygen limitation on crop growth and production, four sulfur substrates including hydrogen sulfide, elemental sulfur, thiosulfate, and tetrathionate were used, and each time growth took place on each of them, and It was observed that by reducing the amount of oxygen, we see less growth and variety in the production of products. According to the results obtained from this experiment, in the case of no limitation in the amount of oxygen, the highest amount of biomass production is related to growth on hydrogen sulfide (2.9888 1/h) and the lowest amount is related to growth on tetrathionate (2/9285 1/h) and sulfate is the only sulfur product coming out of the network. However, by decreasing the amount of oxygen, the process of production of products changes and the production of sulfate decreases. Also, when growing on tetrathionate, the amount of biomass production in terms of carbon atoms in mixotrophic metabolism (0.054 gDW cells/(mmol C-atom) is less than autotrophic metabolism (0.056 gDW cells/(mmol C-atom)) and It is more than heterotrophic metabolism (0.048 gDW cells/(mmol C-atom)). The results of this project are in acceptable agreement with the results found in the articles.

متابوليسم باكتري‌هاي اكسيدكننده گوگردي، آناليز فلاكس‌هاي متابوليكي، مدل متابوليكي

Oxidizing bacteria of sulfur compounds, Metabolism of sulfur oxidizing bacteria, Analysis of metabolic fluxes, Metabolic model

mehrara abedpour

Dr.fereshteh naeimpour