بررسی مقایسه‌ای ویژگی‌های ساختاری، عملکردی و دامنۀ میزبانی آنزیم‌ها و پروتئین‌های موثر در تولید و تجمع لیپید در منابع بیودیزلی

مقدمه: بیودیزل، سوختی زیستی با قابلیت اشتقاق از اسیدهای چرب انباشته‌شده در سلول‌های جانوری، گیاهی، جلبک‌ها، قارچ‌ها و باکتری‌ها، ضمن تجدیدپذیری، زیست‌تخریب‌پذیر است  که گوگرد و ترکیبات آروماتیک ندارد.  بنابراین راهکارهای گسترده‌ای به‌منظور توسعه و افزایش راندمان تولید چربی در منابع بیودیزلی در دستور کار است که در این میان فناوری‌های نوین زیستی مبتنی بر کاربری مکانیسم‌های مولکولی مرتبط می‌تواند راهگشا باشد.‏‏مواد و روش‏‏ها: در این پژوهش بررسی مکانیسم‌های مولکولی و آنزیم‌های کلیدی دخیل در تولید و تجمع لیپید در منابع بیودیزلی مبتنی بر مرور منابع و داده‌پردازی‌های رایانه‌ای در دستور کار قرار گرفت. بررسی ویژگی‌های ساختاری، عملکردی و دامنۀ میزبانی با استفاده از برنامه‌های interproscan 5، motif scan،conserved domain، protparam،tmhmm،gc content calculator،netnglyc، netphos،sulfinator، protein blast و mega6 انجام شد.‏‏نتایج: تجزیه و تحلیل مکانیسم‌های مولکولی مرتبط منجر به آشکارسازی دی‌آسیل‌گلیسرول‌آسیل‌ترانسفراز (dgat)، واکس‌استرسنتتاز/ دی‌آسیل‌گلیسرول‌آسیل‌ترانسفراز (ws/dgat)، اولئوسین، mldp و tada به‌عنوان آنزیم‌ها و پروتئین‌های موثر در تولید و تجمع لیپید در جانداران مطرح بیودیزلی شد. بررسی ویژگی‌های ساختاری ژن‌های مسئول، ضمن آشکارسازی طول و محتوی cg متفاوت، پیوسته‌بودن ساختاری برخی از آنها را نشان داد؛ از سوی دیگر بررسی ویژگی‌های ساختاری آنزیم‌ها و پروتئین‌های ذکرشده با تعیین موقعیت سلولی آنها، حضور دمین‌های عملکردی oleosin، upf0089، dagat،mboat و آپولیپوپروتئین را در این آنزیم‌ها نشان داد. همچنین، قابلیت تاثیرپذیری تمامی آنزیم‌های انتخابی از تغییرات پس از ترجمه در این پژوهش مشخص شد؛ علاوه بر این، آشکارسازی دامنۀ میزبانی آنزیم‌ها و پروتئین‌های ذکرشده، منجر به معرفی گونه‌هایvernicia fordii،ricinus communis،dunaliella parva، thalassiosira pseudonana، saitoella complicata، rhodococcus imtechensis و rhodococcus wratislaviensis با قابلیت احتمالی تولید بالای چربی، به‌عنوان منابع نوین بیودیزلی شد.بحث و نتیجه‏گیری: نتایج حاصل از این پژوهش ضمن معرفی دمین‌ها و موتیف‌های عملکردی موثر در مسیر سنتز بیودیزل، منجر به آشکارسازی جانداران توانا با قابلیت احتمالی تولید این نوع از سوخت زیستی شد که باید در شرایط آزمایشگاهی مورد آزمون‌های بیشتری قرار گیرند.‏‏

An insilico investigation on the structure, function and homologous sequences of the enzymes and proteins involved in the production and accumulation of the lipids in biodiesel resources

Introduction:Biodiesel as a biofuel, with renewable, biodegradable and free of polycyclic aromatic hydrocarbons properties, could be derived from fatty acids of the cells of the animals, plants, algae and bacteria. So, a wide range of approaches have been considered to increase the oil production in biodiesel resources. In this regard, biotechnology approaches can provide new solutions based on application of molecular mechanisms.Materials and methods: A comprehensive survey on molecular mechanisms and key enzymes which are involved in the production and accumulation of the lipids in biodiesel resources have been considered based on literature study and insilico investigation. Insilico investigation has been performed via InterProScan 5، Motif scan، Conserved Domain، ProtParam، TMHMM، GC content calculator، NetNGlyc، NetPhos، Sulfinator، Protein Blastand MEGA6 programs for characterizing the structure, functions and homology survey of the selected sequences.Results: Our survey led to the introduced diacyl glycerol acyl transferase (DGAT), waxester synthase/diacyl glycerol acyltransferase (WS/DGAT), oleosin, MLDP and TadA as the effective enzymes and proteins in lipid production and accumulation in selected biodiesel organisms. An investigation on the structure of the corresponding genes of the selected enzymes, led to reveal their various features in the length, GC content as well as in intronic properties. On the other hand, this characterizing on the selected enzymes and proteins disclosed posttranslational modifications in all of them, as well as their localization in the cells. Moreover MBOAT, DAGAT, UPF0089, Oleosin and apolipo protein have been revealed in their context as critical domains. On the other hand, homology survey of the selected enzymes and proteins led to introduce the Verniciafordii, Ricinuscommunis, Dunaliella parva , Thalassiosira pseudonana,  Saitoella complicata, Rhodococcus imtechensis and Rhodococcus wratislaviensis species, as new sources of biodiesel with possible capability for lipid production.Discussion and conclusion: Overall, this survey provides a series of motifs and domains in biodiesel process, as well as introducing several organisms with potency in biodiesel production, which could be more examined in an experimental condition.