تجزیه زیستی نیکوتین توسط باکتری نمک دوست نسبی Halomonas sp. strain ND9، جدا شده از دریاچه نمکی بختگان فارس

الموضوعات :

مراحم آشنگرف ¹ (دانشیار میکروبیولوژی صنعتی، عضو هیات علمی دانشگاه کردستان، دانشکده علوم پایه، گروه علوم زیستی، سنندج، ایران*(مسوول مکاتبات).)
محمد مجدی ² (دانشیار بیوتکنولوژی گیاهی، عضو هیات علمی دانشگاه کردستان، دانشکده کشاورزی، گروه زراعت و اصلاح نباتات، سنندج، ایران)

تاريخ الإرسال : 27 الخميس , رمضان, 1435 تاريخ التأكيد : 08 الخميس , رمضان, 1436 تاريخ الإصدار : 04 الأربعاء , رجب, 1439

الکلمات المفتاحية: تحمل پذیری, حذف زیستی, نیکوتین, .Halomonas sp. strain ND9,

ملخص المقالة :

زمینه و هدف: نیکوتین از سمی ترین آلکالوئیدهای مرتبط با صنایع توتون است که با توجه به مشکلات درمانی و زیست محیطی ناشی از حضور آن در محیط های طبیعی، تجزیه زیستی آن با استفاده از میکروارگانیسم ها توجه زیادی را به خود جلب کرده است. هدف از مطالعه اخیر، غربال گری باکتریهای بومی نمک دوست نسبی با فابلیت تجزیه کنندگی نیکوتین و بررسی امکان استفاده از این باکتریها به عنوان کاتالیست در جهت پالایش نیکوتین از محیط های آلوده است. روش بررسی: انتخاب باکتری های نمک دوست با قابلیت تجزیه کنندگی نیکوتین در سه مرحله غنی سازی، توانایی در مصرف نیکوتین به عنوان تنها منبع کربن و ازت و براساس الگوی تحمل پذیری انجام شد. جدایه نمک دوست ND9 که دارای بالاترین قابلیت در حذف زیستی نیکوتین بود، براساس تست های ریخت شناسی، بیوشیمایی و تکثیر نواحی حفاظت شده 16s rRNA شناسایی شد. سنتتیک رشد و میزان حذف نیکوتین با استفاده از اسپکتروفتومتری و کروماتوگرافی مایع با عملکرد بالا (HPLC) مورد ارزیابی قرار گرفت. یافته‌ها: Halomonas sp. strain ND9 (با کد شناسایی KM077028 در بانک ژنی)، به عنوان قوی ترین باکتری در تحمل پذیری و مصرف نیکوتین برگزیده شد. فعالیت متابولیکی بالا در کشت های رویشی سویه ND9 منجر به حذف 92 درصدی نیکوتین در محیط های پایه نمکی با غلظت 2 گرم در لیتر نیکوتین، به عنوان تنها منبع کربن و ازت، در طی 96 ساعت گرماگذاری شد. بحث و نتیجه گیری: در این پژوهش، برای اولین بار پتانسیل باکتری های نمک دوست در فرآیند نیکوتین زدایی بررسی شد. با توجه به پتانسیل سویه باکتری نمک دوست نسبیHalomonas sp. strain ND9 در حذف زیستی نیکوتین، جداسازی و شناسایی باکتری‌های نمک دوست نسبی به‌عنوان زیست کاتالیزگر طبیعی ایمن در جهت پاکسازی زیستی نیکوتین پیشنهاد می‌شود.

المصادر:

 

1. Doolittle, DJ., Winegar, R., Lee, CK., Caldwell, WS., Hayes, AW., Bethizy, JD., 1995. The genotoxic potential of nicotine and its major metabolites. Mutation Research, Vol. 344, No. 3, pp. 95–102


2. Siegmund, B., Leitner, E., Pfannhauser, W., 1999. Development of simple sample preparation technique for gas chromatographic - mass spectrometric determination of nicotine in edible nightshades (Solanaceae). Journal of Chromatography A, Vol. 840, No. 2, pp. 249-260


3. Samuelsson, G., 1999. Drugs of Natural Origin. A textbook of pharmacognosy, Swedish Pharmaceutical Society, Stockholm, pp. 551


4. Soloway, SB., 1976. Naturally occurring insecticides. Environmental Health Perspectives, Vol. 14, No.2, pp. 109-117


5. Sabha, M., Tanus-Santos, JE., Toledo, JC., Cittadino, M., Rocha, JC., Moreno, H., 2000. Transdermal nicotine mimics the smoking-induced endothelial dysfunction. Clinical Pharmacology Therapeutics, Vol. 68, No. 2, pp. 167–174


6. Civilini, M., Domenis, C., Sebastianutto, N., Bertoldi, M., 1997. Nicotine decontamination of tobacco agro-industrial waste and its degradation by microorganisms. Waste Management Research, Vol. 15, No. 4, pp. 349–358


7. Zheng, KL., Yu, DM., 2004. A status of the comprehensive utilization of discarded tobacco leaves. Journal of Chongqing Jianzhu University,Vol. 3, No. 2, pp. 61–64


8. Lenkey, AA., 1989. Nicotine removal process and product produced thereby; mixing with alkaline agent in aerobic environment. United States Patent No. 4, pp. 848-373


9. Liu, Y., Wang, L., Huang, K., Wang, W., Nie, X., Jiang, Y., Li, P., Liu, S., Xu, P., Tang, H., 2014. Physiological and biochemical characterization of a novel nicotine-degrading bacterium Pseudomonas geniculata N1. PLOS ONE, Vol. 9, No.1, pp. e84399


10. Gherna, RL., Richardson, SH., Rittenberg, SC., 1965. The bacterial oxidation of nicotine.VI. Themetabolism of 2, 6-dihydroxypseudooxynicotine. Journal of Biological Chemistry, Vol. 240, No. 9, pp. 3669–3674


11. Ruan, AD., Min, H., Peng, X., Huang, Z., 2005. Isolation and characterization of Pseudomonas sp. strain HF-1, capable of degrading nicotine. Research in Microbiology, Vol. 156, No. 5, pp. 700–706


12. Ruan, A., Min, H., Zhu, W., 2006. Studies on biodegradation of nicotine by Arthrobacter sp. strain HF-2. Journal of Environmental Science and Health B, Vol. 41, No. 7, pp. 1159-1170


13. Wang, SN., Liu, Z., Tang, HZ., Meng, J., Xu, P., 2007. Characterization of environmentally friendly nicotine degradation by Pseudomonas putida biotype A strain S16. Microbiology, Vol. 153, No. 5, pp. 1556-1565


14. Yuan, YJ., Lu, ZX., Huang, LJ., Li, Y., Lu, FX., Bie, XM., Teng, YQ., Lin, Q., 2007. Biodegradation of nicotine from tobacco waste extract by Ochrobactrum intermedium DN2. Journal of Industrial Microbiology and Biotechnology Vol. 34, No. 8, pp. 567-570


15. Chen, CM., Li, XM., Yang, JK., Gong, XW., Li, B., Zhang, KQ., 2008. Isolation of nicotine-degrading bacterium Pseudomonas sp. nic22, and its potential application in tobacco processing. International Biodeterioration and Biodegradation, Vol. 62, No. 3, pp. 226–231


16. Wei, HL., Lei, LP., Xia, ZY., Liu, XZ., 2008. Characterization of a novel aerobic nicotine-biodegrading strain of Pseudomonas putida. Annals of Microbiology, Vol. 58, No. 1, pp. 41-45


17. Gong, XW., Yang, JK., Duan, YQ., Dong, JY., Zhe, W., Wang, L., Li, QH., Zhang, KQ., 2009. Isolation and characterization of Rhodococcus sp. Y22 and its potential application to tobacco processing. Research in Microbiology, Vol. 160, No. 3, pp. 200–204


18. Wang, SN., Liu, Z., Xu, P., 2009. Biodegradation of nicotine by a newly isolated Agrobacterium sp. strain S33. Journal of Applied Microbiology, Vol. 107, No. 3, pp. 838-847


19. Zhong, W., Zhu, C., Shu, M., Sun, K., Zhao, L., Wang, C., Ye, Z., Chen, J., 2010. Degradation of nicotine in tobacco waste extract by newly isolated Pseudomonas sp. ZUTSKD. Bioresource Technology. Vol. 101, No. 18, pp. 6935–6941


20. Li, HJ., Duan, YQ., Ma, GH., Lei, LP., Zhang, KQ., Yang, JK., 2011. Isolation and characterization of Acinetobacter sp. ND12 capable of degrading nicotine. African Journal of Microbiology Research, Vol. 5, No. 11, pp. 1335–1341


21. Ventosa, A., Nieto, JJ., Oren, A., 1998. Biology of moderately halophilic aerobic bacteria. Microbiol.


22. Molecular Biology Reviews, Vol. 62, No. 2, pp. 504–544


23. Nieto, JJ., Fernandez-Castillo, R., Marquez, MC., Ventosa, A., Quesada, E., Ruiz-Berraquero, F., 1989. Survey of metal tolerance in moderately halophilic eubacteria. Applied Environmental Microbiology, Vol. 55, No. 9, pp. 2385–2390


24. Sambrook, J., Fritsch, EF., Maniatis, T., 1989. Molecular cloning: a laboratory manual, 2nd ed. Cold Springs Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor, NY.


25. Al-Bayati, FA., 2008. Synergistic antibacterial activity between Thymus vulgaris and Pimpinella anisum essential oils and methanol extracts. Journal of Ethnopharmacology, Vol. 116, No. 3, pp. 403-406


26. Smibert, RM., Krieg, NR., 1994. Phenotypic characterization. In: Gerhardt, P., Murray, R.G.E., Wood, W.A., Krieg, N.R. (Eds.), Methods for General and Molecular Bacteriology. American Society for Microbiology, Washington, DC, pp. 607–654


27. Leong, DU., Greisen, KS., 1993.  PCR detection of bacteria found in cerebrospinal fluid. In: Persing DH, Smith TF, Tenover FC and White TJ. (eds.) Diagnostic Molecular Microbiology: Principles and Applications. Mayo Foundation, Rochester, pp. 300–309


28. Ashengroph, M., Nahvi, I., Zarkesh-Esfahani, H., Momenbeik, F., 2011. Use of growing cells of Pseudomonas aeruginosa for synthesis of the natural vanillin via conversion of isoeugenol. Iranian Journal of Pharmaceutical Research, Vol. 10, No. 4, pp. 749-757


29. Tamura, K., Stecher, G., Peterson, D., Filipski, A., Kumar, S., 2013. MEGA6: Molecular Evolutionary Genetics Analysis version 6.0. Molecular Biology and Evolution, Vol. 30, No. 12, pp.  2725-2729


30. Oren, A., 2010. Industrial and environmental applications of halophilic microorganisms. Environmental Technology, Vol. 31, No. 8, pp. 825-834