بیان نوترکیب آنزیم هموسرین دهیدروژناز در میزبان اشرشیا کولی جهت تولید خارج سلولی ترئونین

در میان آمینواسیدهای ضروری، ال-ترئونین به عنوان یک مولکول زیستی موثر بر تقویت سیستم ایمنی و مورفولوژی روده عمل می­کند و در صنایع مختلف به­ویژه دام و طیور کاربرد دارد. لذا تولید کارآمد ال-ترئونین با تکیه بر شناخت مسیر متابولیک آن که شامل 5 مرحله­ی آنزیمی­ست مورد توجه می باشد. نظر به اینکه هموسرین دهیدروژناز (ec:1.1.1.3) اولین آنزیم کلیدی مسیر اختصاصی بیوسنتز ترئونین است در این پژوهش اثر افزایش بیان نوترکیب این آنزیم در بالا بردن تولید ال-ترئونین بررسی شد. در همین راستا طی مطالعات بیوانفورماتیکی پرایمرهای اختصاصی ژن thra طراحی شد. پس از انجام pcr و هضم آنزیمی محصول حاصله و پلاسمید pet-21b(+)، پلاسمید نوترکیب حاوی ژن thra در سلول­های مستعد سویه­ی αdh5 و سپس سلول­های bl21(de3) وارد شد. در مرحله بعد سلول­های تراریخت و شاهد در محیط کشت پایه m9 حاوی گلوکز یا گلیسرول به­عنوان منبع کربن کشت شدند. میزان ترئونین موجود در محیط کشت پس از جداسازی سلول­ها به روش نین­هیدرین اندازه­گیری شدند. نتایج از طریق خوانش جذب نوری بیان پروتئین در محیط کشت مذکور بدست آمد که بیانگر افزایش بیان ترئونین تولیدی است. به این صورت که پس از گذشت 12 ساعت غلظت در مقایسه با گروه کنترل از 22/0 به 47/1mg/ml رسید که افزایش غلظت 25/1 mg/ml را شاهد هستیم. با توجه به پژوهش­های محققین، استفاده از کلونینگ ترکیبی و توسعه مدل­های هیبرید توسط تکنولوژی دیپ لرنینگ میزان تیتر ترئونین را بالاتر می­برد. در ادامه، مهندسی ژنتیک ژن­های مولد سایر آنزیم­های مسیر یا مهندسی پروتئین آنزیم­های فوق در راستای افزایش فعالیتشان پیشنهاد می­شود.

recombinant expression of homoserine dehydrogenase enzyme in escherichia coli for extracellular production of threonine

among essential amino acids, l-threonine is recognized as a bioactive molecule that enhances immune function and intestinal morphology, with significant applications in various industries, particularly in poultry feed industry. consequently, the efficient production of l-threonine is of considerable interest, hinging on an understanding of its metabolic pathway, which encompasses five enzymatic steps. homoserine dehydrogenase (ec:1.1.1.3) serves as the first key enzyme in the specific biosynthetic pathway for threonine. this study investigates the impact of enhancing the recombinant expression of this enzyme on l-threonine production. so, specific primers for the thra gene were designed through bioinformatics analyses. following polymerase chain reaction amplification and enzymatic digestion of the resulting product and the pet-21b(+) plasmid, a recombinant plasmid containing the thra gene was introduced into the competent cells of the dh5α strain and subsequently into bl21(de3) cells. the recombinant and control cells were cultured in m9 minimal medium supplemented with glucose or glycerol as carbon sources. the concentration of threonine in the culture medium was quantified post-cell separation using ninhydrin assay and compared across samples. results indicated an increase in threonine production, evidenced by a rise in concentration from 0.22 to 1.47 mg/ ml after 12 hours which was compared to the control group, resulting in an increase of 1.25 mg/ml. according to prior research, employing combinatorial cloning and developing hybrid models through deep learning has been shown to enhance threonine titers. furthermore, genetic engineering of genes encoding additional pathway enzymes or protein engineering of these enzymes is recommended to augment their activity.