سامانه مدیریت همایش های علمی


سومین کنفرانس زیست‌شناسی سامانه‌های ایران ؛ 8 و 9 اسفند ماه 1396


عنوان فارسی	مشخص سازی نقش آمینواسیدهای خانواده‌ گلوتامات در متابولیسم انرژی لاکتوکوکوس لاکتیس با استفاده از مدل متابولیکی مقیاس ژنوم

چکیده فارسی مقاله	هدف و پیشینه لاکتوکوکوس لاکتیس یک میکروارگانیسم مدل در میان باکتری های اسید لاکتیک است و در پژوهش های متعددی مورد مطالعه قرار گرفته است. تا کنون دو مدل متابولیکی مقیاس ژنوم برای دو سویه از این باکتری ساخته شده که در مطالعات فراوانی مورد استفاده قرار گرفته اند(Flahaut et al., 2013; Oliveira et al., 2005). در این مطالعه مدل متابولیکی مقیاس ژنوم برای Lactococcus lactis subsp. lactis NCDO 2118 بازسازی شد و با توجه به مطالعات قبلی که نشان دهنده ی تاثیر مثبت گلوتامات و آرژنین بر رشد این باکتری بودند (Laroute et al., 2016) از مدل مقیاس ژنومی و روش آنالیز موازنه شار (FBA) برای آشکار سازی نقش آمینو اسیدهای خانواده ی گلوتامات در متابولیسم انرژی این باکتری استفاده شد. کلمات کلیدی مدل متابولیکی مقیاس ژنوم، لاکتوکوکوس لاکتیس، متابولیسم انرژی، آمینواسیدهای خانواده ی گلوتامات روش بازسازی مدل متابولیک مقیاس ژنومی مدل متابولیک مقیاس ژنومی برای L.lactissubsp.lactis NCDO 2118 بر اساس دستورالعمل (Thiele and Palsson, 2010) ساخته شد. صحت سنجی مدل و بررسی تاثیر آمینو اسیدهای خانواده ی گلوتامات بر متابولیسم انرژی صحت سنجی مدل بر اساس اطلاعات موجود در مقالات و با استفاده از آنالیز FBA[1] صورت گرفت که آنالیزهای صورت گرفته شامل بررسی آمینو اسیدهای ضروری و رشد بر روی منابع کربن مختلف بود. در آنالیزهای صورت گرفته به علت همولاکتیک بودن شرایط کشت حدود بالا و پائین واکنش استات کیناز محدود به صفر شد(Puri et al., 2014) همچنین به علت بی هوازی بودن شرایط حدود بالا و پائین واکنش های سیتوکروم اکسیداز و NADH اکسیداز 1 و 2 و NADH دهیدروژناز به صفر محدود شد(Nordkvist et al., 2003). به منظور شبیه سازی محیط کشت MS14 جهت بررسی توانمدی مدل در مصرف منابع کربن مختلف و بررسی تاثیر آمینواسیدهای خانواده ی گلوتامات بر متابولیسم انرژی حد پائین مصرف ترکیبات محیط محدود به نرخ مصرف آن ها شد(Novak and Loubiere, 2000). همچنین جهت شبیه سازی محیط کشت MCD به منظور بررسی ضررری بودن آمینواسیدها به جز آمینو اسیدهایی که نرخ مصرف آن ها مشخص شده بود حد پائین مصرف سایر آمینو اسیدها محدود به mmol.g -1 .h -10.15 شد. حدود بالا و پائین واکنش های تبادل آمونیوم، پروتون، دی اکسید کربن، فسفات، آب، منیزیم و ویتامین های موجود در محیط های کشت به ترتیب روی 1000 و 1000- تنظیم شد. در انتها با اجرای آنالیز doubleRobustness تاثیر آمینو اسیدهای خانواده ی گلوتامات بر شار عبوری از ATP synthase و نرخ رشد باکتری بررسی شد. همچنین با استفاده از آنالیز FBA شار عبوری از واکنش های مهم دخیل در متابولیسم انرژی محاسبه شد. نتایج مدل بازسازی شده دارای 1095 ژن، 964 واکنش و 864 متابولیت و از مجموع 964 واکنش 52 واکنش فاقد ژن شناخته شده و 35 واکنش برای پر کردن فواصل و 171 واکنش تبادل و 3 واکنش سینک[2] و یک واکنش مطالبه[3] است. ارزیابی ضروری بودن آمینو اسیدها در محیط کشت تعریف شده MCD با حذف انفرادی و گروهی آمینو اسیدها از محیط کشت MCD و اجرای آنالیز FBA مشخص شد که مدل در تمامی موارد به استثنای پیش بینی ضروری بودن والین با داده های تجربی همخوانی داشت (Cocaign-Bousquet et al., 1995) توانایی رشد مدل بر روی منابع کربن مختلف در محیط کشت MS14مدل قادر به رشد بر روی گلوکز، لاکتوز، گالاکتوز، مالتوز، زایلوز و ساکاروز بود که با آزمایش های تجربی همخوانی داشت (Garrigues et al., 1997; Holm, 2013). 3-3بررسی اثر آمینو اسیدهای خانواده ی گلوتامات در متابولیسم انرژی نتایج آنالیز doubleRobustness در شکل1 آورده شده است. همچنین نتایج مربوط به تاثیر آمینواسیدهای خانوداه ی گلوتامات در شار عبوری از واکنش های دخیل در متابولیسم انرژی در جدول 2 آورده شده است. شکل1. آنالیز doubleRobustness برای آرژنین (A)، گلوتامات (B)، پرولین(C) و گلوتامین(D).محورx مربوط به واکنش تبادل آمینو اسیدها، محور y مربوط به شار عبوری از آنزیم ATP synthase و محور z مربوط به نرخ رشد باکتری است. جدول 2 تاثیر آمینو اسیدهای خانوداه ی گلوتامات بر شار عبوری از واکنش های دخیل در متابولیسم انرژی در L.lactis. شار عبوری از واکنش ها بر حسب میلی مول بر گرم وزن خشک سلولی بر ساعت Growth rate H+ exchange Carbamate kinase phosphofructokinase ATP synthase محیط کشت 0.175 26.547 -0.087 -13.237 -0.472 MS14 0.228 0 5.767 -8.393 5.176 MS14 + arginine 0.183 26.523 -0.091 -13.223 -0.400 MS14 + glutamine 0.228 19.196 -0.114 -13.139 2.117 MS14 + glutamate 0.176 26.573 0.088 -13.236 -0.474 MS14 + proline نتیجه گیری نتایج صحت سنجی مدل نشان دهنده ی دقت مدل در پیش بینی رفتار فیزیولوژیک و فنوتیپی باکتری است. عدم توانمندی مدل در پیش بینی ضروری بودن آمینو اسید والین نیز به این علت است که باکتری ژن های مربوط به سنتز والین را داراست اما به دلایل تنظیمی در صورت حضور لوسین در محیط کشت قادر به تولید والین نیست(Goupil-Feuillerat et al., 1997). نتایج آنالیزهای صورت گرفته نشان داد که آمینو اسید آرژنین بیشترین تاثیر را در تولید ATP دارد. مقادیر منفی در جدول 2 نشان دهنده عبور شار از واکنش های مذبور در جهت مصرف ATP و مقادیر مثبت در جهت تولیدATP است. بنابراین آمینو اسید آرژنین با افزایش شار عبوری از واکنش کربامات کیناز مقداری از ATP مورد نیاز سلول را تامین می کند و از طرف دیگر نیز شار عبوری از ATP سنتاز را در جهت تولید ATP تغییر می دهد و به همین دلیل شار عبوری از واکنش های گلیکولیز (فسفوفروکتوکیناز) که اصلی ترین مسیر کسب انرژی در لاکتوکوکوس لاکتیس است کاهش می یابد. همچنین پمپ پروتون به خارج سلول که نیازمند مصرف ATP توسط ATP سنتاز است در حضور آرژنین به صفر می رسد که نشان می دهد وجود آرژنین نتنها منجر به تولید ATP در سلول می شود بلکه موجب کاهش مصرف آن نیز می شود، و بدین ترتیب منجر به افزایش 30 درصدی نرخ رشد باکتری می گردد. گلوتامات نیز از طریق کاهش پمپ پروتون به خارج سلول که نیازمند مصرف انرژی است و همچنین تغییر جهت شار عبوری از ATP synthase به سمت تولید ATP می تواند به متابولیسم انرژی در سلول کمک شایانی کند، نتایج نشان می دهد که این آمینو اسید نیز قادر به افزایش 30 درصدی نرخ رشد باکتری است. همچنین نتایج نشان دهنده ی این است که آمینو اسیدهای پرولین و گلوتامین تاثیر چشمگیری بر متابولیسم انرژی در لاکتوکوکوس ندارند. [1] Flux balance analysis [2] sink [3] demand

کلیدواژه‌های فارسی مقاله

عنوان انگلیسی

چکیده انگلیسی مقاله

کلیدواژه‌های انگلیسی مقاله

نویسندگان مقاله	امید اردلانی \| دانشگاه تهران سازمان اصلی تایید شده: دانشگاه تهران (Tehran university) احسان معتمدیان \| دانشگاه تربیت مدرس سازمان اصلی تایید شده: دانشگاه تربیت مدرس (Tarbiat modares university) جواد حامدی \| دانشگاه تهران سازمان اصلی تایید شده: دانشگاه تهران (Tehran university)

نشانی اینترنتی	http://icsb2018.modares.ac.ir/browse.php?a_code=A-10-117-1&slc_lang=fa&sid=1
فایل مقاله	فایلی برای مقاله ذخیره نشده است
کد مقاله (doi)
زبان مقاله منتشر شده	fa
موضوعات مقاله منتشر شده
نوع مقاله منتشر شده

برگشت به: صفحه اول پایگاه \| دوره مرتبط \| کنفرانس مرتبط \| فهرست کنفرانس ها