توصيفگر ها :
آنزيم ميكروبي , الفا اميلاز , جهش , جهش زايي تصادفي , اتيديوم برومايد , پايداري حرارتي
چكيده فارسي :
آنزيم آلفا آميلاز يكي از مهمترين آنزيمهاي صنعتي است كه بهطور گسترده در حوزههايي مانند صنايع غذايي، شويندهها، نساجي و خوراك دام كاربرد دارد. با توجه به نياز صنعت به آنزيمهاي با كارايي و پايداري بالاتر، اين پژوهش با هدف بهبود فعاليت و پايداري حرارتي آلفا آميلاز از طريق جهشزايي شيميايي با اتيديوم برومايد روي سويهي باكتريايي Bacillus spizizenii S1 انجام شد. در اين راستا، باكتريها با غلظت 1 ميليگرم بر ميليليتر اتيديوم برومايد تيمار شدند و پرگنههاي جهشيافته بر اساس توليد آنزيم برتر و تشكيل هالهي شفاف در محيط كشت نشاسته آگار غربالگري شدند. فعاليت آنزيم با استفاده از روش سنجش DNS و اندازهگيري جذب نوري در طول موج 540 نانومتر، و پايداري حرارتي آن در دماي 90 درجهي سانتيگراد در بازههاي زماني مختلف ارزيابي گرديد. همچنين، به منظور شناسايي تغييرات مولكولي، ژن amyE در پرگنههاي برتر تكثير و توالييابي شد. نتايج حاكي از آن بود كه جهشزايي منجر به افزايش معنيدار فعاليت آنزيمي در چندين پرگنه شد، بهطوري كه پرگنههاي R1، R3 و R6 بيشترين ميزان فعاليت را نشان دادند. پرگنهي R1 با افزايش 120 درصدي فعاليت نسبت به والد، به عنوان برترين پرگنه شناسايي شد. از سوي ديگر، آزمون پايداري حرارتي بهبود چشمگيري را در پرگنههاي جهشيافته نشان داد؛ بهگونهاي كه پرگنهي R3 با 251 درصد افزايش پايداري در دماي 90 درجه سانتيگراد، بالاترين مقاومت حرارتي را دارا بود. تجزيه و تحليل توالي ژن amyE وجود چندين جايگزيني نوكلئوتيدي و تغيير اسيد آمينهاي در نواحي مؤثر بر ساختار و عملكرد آنزيم را تأييد كرد. در مجموع، نتايج اين مطالعه نشان ميدهد كه جهشزايي شيميايي با اتيديوم برومايد روشي كارآمد براي بهبود پرگنهي Bacillus spizizenii ميباشد كه قادر به توليد آنزيم آلفا آميلاز با فعاليت و پايداري بالاترمناسب براي كاربردهاي صنعتي مختلف است.
چكيده انگليسي :
Alpha-amylase is one of the most important industrial enzymes, widely used in sectors such as food, detergents, textiles, and animal feed. Given the industryʹs need for enzymes with higher efficiency and stability, this research was conducted to improve the activity and thermal stability of alpha-amylase through chemical mutagenesis using ethidium bromide on the bacterial strain Bacillus spizizenii S1. For this purpose, bacteria were treated with 1 mg/mL of ethidium bromide, and mutant colonies were screened based on superior enzyme production and the formation of clear halos on starch agar medium. Enzyme activity was assessed using the DNS assay method and measuring optical density at 540 nm, while its thermal stability was evaluated at 90°C over different time intervals. Additionally, to identify molecular changes, the amyE gene in the superior mutants was amplified and sequenced. The results indicated that mutagenesis led to a significant increase in enzymatic activity in several colonies, with strains R1, R3, and R6 showing the highest levels of activity. Strain R1 was identified as the top performer, exhibiting a 120% increase in activity compared to the wild-type. Furthermore, the thermal stability test revealed a remarkable improvement in the mutant strains; strain R3 demonstrated the highest thermal resistance with a 251% increase in stability at 90°C. Sequence analysis of the amyE gene confirmed several nucleotide substitutions and amino acid changes in regions affecting the enzymeʹs structure and function. In conclusion, this study demonstrates that chemical mutagenesis with ethidium bromide is an efficient method for obtaining bacterial strains capable of producing alpha-amylase with higher activity and stability for various industrial applications.