طراحی بیوانفورماتیکی و بهینه سازی تولید آنزیم گلوکزاکسیداز نوترکیب بیان شده در مخمر یارروویا لیپولیتیکا

سابقه و هدف: آنزیم گلوکزاکسیداز کاربرد فراوانی در صنایع پزشکی، دارویی، غذایی، نساجی و محیطی دارد. بیان هترولوگ این آنزیم در میزبان های مخمری به دلیل برخی از محدودیت های تولید صنعتی این آنزیم توسط آسپرژیلوس نایجر بررسی شده است. این مطالعه با هدف بررسی ویژگی های بیوانفورماتیکی گلوکزاکسیداز در سویه نوترکیب مخمر یارروویا لیپولیتیکا po1g-gox و بهینه سازی شرایط تولید این آنزیم به روش تاگوچی صورت گرفت.مواد و روش ها: توالی پروتئین، ساختارهای اول، دوم، سوم و میزان گلیکوزیلاسیون آنزیم نوترکیب گلوکزاکسیداز با نرم افزارهای بیوانفورماتیکی بررسی شد. بهینه سازی تولید آنزیم نوترکیب برای گلوکز، پپتون، عصاره مخمر و ph در محیط ypd دارای تیامین در 4 سطح برای نرم افزار qualitek-4 تعریف شد. میزان تولید آنزیم سنجش و با نرم افزار تجزیه و تحلیل شد.یافته ها: گلوکزاکسیداز نوترکیب دارای 605 اسیدآمینه بوده که ساختار دوم آن دارای 29 درصد مارپیچ آلفا، 16 درصد صفحه بتا و 54 درصد کویلاست که با ساختار دوم توالی اسیدآمینه گلوکزاکسیداز طبیعی آسپرژیلوس نایجر تشابه زیادی را نشان داد. 8 جایگاه گلیکوزیلاسیون در این پروتئین نوترکیب قرار دارد و ساختار سوم دارای یک دومین است و تشابه بالایی با گلوکزاکسیداز طبیعی دارد. بیشترین تولید آنزیم گلوکزاکسیداز نوترکیب در شرایط بهینه در محیط کشت حاوی 30 گرم در لیتر گلوکز، 5 گرم در لیتر عصاره مخمر، 15 گرم در لیتر پپتون و ph حدود 7 به دست آمد.نتیجه گیری: گلوکز اکسیداز نوترکیب یارروویا به دلیل شباهت بالا با گلوکزاکسیداز طبیعی پتانسیل مناسبی به منظور کاربرد در صنایع دارویی و غذایی دارد.

Bioinformatics study of recombinant glucose oxidase expressed in Yarrowia lipolytica and optimization of its production by Taguchi experiment design method

Background Objectives: Glucose oxidase has a wide range of application in medical, pharmaceutical, food, textile, and environmental industries. Heterologous expression of the enzyme has been investigated in yeast hosts due to several industrial-scale limitations in enzyme production by Aspergillus niger. The present study aimed to investigate bioinformatics characteristics of recombinant glucose oxidase in Yarrowia lipolytica Po1g-GOX and to optimize the production conditions of the enzyme by Taguchi experimental design method. Materials Methods: Protein sequence, primary, secondary and tertiary structures and glycosylation rate of recombinant glucose oxidase enzyme were studied via bioinformatics tools. Optimization of recombinant glucose oxidase for glucose, peptone, yeast extract and pH at four levels in YPD media with thiamine were defined to Qualitek-4 software. The level of enzyme production was measured and analyzed by the software.Results: Recombinant glucose oxidase had 605 amino acids, with 29% α-helix, 16% β sheet and 54% coil in its secondary structure showing similarity to that of native glucose oxidase of A. niger. Eight glycosylation sites have been located in this recombinant protein, and the tertiary structure had one domain showing high similarity to native glucose oxidase. The highest level of recombinant glucose oxidase production was obtained in medium containing 30 g/L glucose, 5 g/L yeast extract, 15 g/L peptone, and pH 7.Conclusion: Recombinant glucose oxidase produced in Yarrowia has a suitable potential to be used in pharmaceutical and food industries due to high similarity to native glucose oxidase.