آنالیز ساختاری آنزیم آسپارتات کیناز در کورینه باکتریوم به منظور پیشنهاد بهترین ساختار آنزیم جهت افزایش تولید صنعتی اسید آمینه لیزین

پژوهشهای علوم دامی ایران

مقاله 3، دوره 11، شماره 4 - شماره پیاپی 40، بهمن 1398، صفحه 501-512  

نوع مقاله: علمی پژوهشی- ژنتیک و اصلاح دام و طیور

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/ijasr.v11i4.79758

نویسندگان

مرتضی هاشمی عطار¹؛ محمدرضا نصیری ²؛ علی جوادمنش ²؛ بهار نیری فسایی³

¹گروه علوم دامی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

²گروه علوم دامی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران.

³گروه میکروبیولوژی و ایمونولوژی، دانشکده دامپزشکی، دانشگاه تهران

چکیده

آنزیم آسپارتات کیناز یکی از آنزیم‌های کلیدی و حساس در متابولیسم تولید لیزین در طیف وسیعی از جانوران بخصوص گونه‌های مختلف میکروارگانیسم کورینه باکتریوم می‌باشد. هدف از این تحقیق بررسی بیوانفورماتیکی آنزیم آسپارتات کیناز در گونه‌های مختلف کورینه باکتریوم توسط پایگاه های معتبر می‌باشد تا بهترین ساختار بیوانفورماتیکی آنزیم آسپارتات کیناز به منظور استفاده برای تولید لیزین در مقیاس صنعتی پیشنهاد شود.  ویژگی های تکاملی، فیزیولوژیکی و فیزیکوشیمیایی آنزیم آسپارتات کیناز در 33 گونه مختلف کورینه باکتریوم توسط پایگاه ها و نرم افزارهای MEGA 6.6، ProtScale و ProtParam مورد بررسی قرار گرفت.  سپس ساختار سه بعدی پروتئین‌های مذکور به روش هومولوژی و با استفاده از سرور Swiss-Model مدل سازی شد و ارزیابی کیفیت مدل های بدست آمده پس از بهینه سازی انرژی با استفاده از ابزار Rampage صورت گرفت. نتایج تجزیه و تحلیل درخت تکاملی نشان دادند که زمان اشتقاق پروتئین آسپارتات کیناز در 33 گونه کورینه باکتریوم مورد مطالعه، بسیار بهم نزدیک می‌باشد. نتایج بررسی پایگاه های ProtScale و ProtParam نشان داد که آنزیم آسپارتات کیناز در گونه کورینه باکتریوم گلوتامیکوم با شماره دستیابی CAO00530.1 و SJM57548.1 دارای بهترین خواص فیزیکوشیمیایی و بیشترین پایداری می‌باشند. سپس با بررسی های بیشتر توسط سرور Swiss-Model و ابزار Rampage مشخص شد که دو پروتیئن CAO00530.1 و SJM57548.1 دارای بهترین ساختار سه بعدی می‌باشند. از نتایج آنالیز in silico به دست آمده می‌توان چنین استنباط نمود که احتمالا آنزیم آسپارتات کیناز با شماره های دستیابی بالا دارای بهترین خواص فیزیکو شیمیایی، بیشترین پایداری و همچنین بهترین ساختار سه بعدی نسبت به دیگر پروتئین‌های مورد بررسی در این مطالعه بود. این یافته ها می تواند برای بهترین نوع آنزیم آسپارتات کیناز به منظور تولید نوترکیب در شرایط آزمایشگاهی مفید باشد.

کلیدواژه‌ها

آسپارتات کیناز؛ بیوانفورماتیک؛ کورینه باکتریوم؛ لیزین

مراجع

-Becker, J., C. Klopprogge, O. Zelder, E. Heinzle, and C Wittmann. 2005. Amplified Expression of Fructose 1,6-Bisphosphatase in Corynebacterium glutamicum Increases In Vivo Flux through the Pentose Phosphate Pathway and Lysine Production on Different Carbon Sources. Applied and Environmental Microbiology, 71(12): 8587–8596.

2-Chou P. Y., and G. D. Fasman. 1974. Conformational parameters for amino acids in helical, β-sheet, and random coil regions calculated from proteins. Biochemistry, 13: 211-222.

3-Fallahzadeh Mamaghani V. 2016. Characterization of Conserved Hypothetical Proteins from Proteome of Xanthomonas citri subsp. citri, with Ethylene Induction Activity on Arabidopsis thaliana. Genetic Engineering and Biosafety, 5(1): 31-39.

4-Felsenstein J. 1985. Confidence limits on phylogenies: An approach using the bootstrap. Evolution, 39: 783-791.

5-Gasteiger, E., C. Hoogland, A.Gattiker, S. Duvaud, M. R. Wilkins, R. D. Appel, and A. Bairoch. 2005. Protein identification and analysis tools on the ExPASy server. The Proteomics Protocols Handbook. Humana Press, pp. 571–607.

6-Hermann, T. 2003. Industrial production of amino acids by Coryneform bacteria. Journal of Biotechnology, 104: 155-172.

7-Ikai A. 1980. Thermostability and aliphatic index of globular proteins. Journal of Biochemistry, 88: 1895-1898.

8-Kent, J. T., Mardia, K. V., and C. C. Taylor. 2010. Matching Unlabelled Configurations and Protein Bioinformatics. Research Report STAT10-01, University of Leeds, Leeds, UK.

9-Lovell S. C., I. W. Davis, W. B. Arendall, P. I. W. de Bakker, J. M. Word, M. G. Prisant, J. S. Richardson and D. C. Richardson. 2002. Structure validation by Calpha geometry: phi,psi and Cbeta deviation. Proteins, 50: 437-450.

10-Plachys, J., and S. Ulbert. 1985. Preparation of lysine by mutants of Corynebacterium. Kvasny Prumysl, 31: 159-160.

11-Pramanik, K., P. Rajbhar. 2017. Functional and Phylogenetic Analyses of Corynebacterium Aspartokinase: An Enzyme of Aspartate Family of Amino Acids. Microbiology Laboratory, Department of Botany, The University of Burdwan Burdwan, PIN-713104, West Bengal, India.

12-Rafalski J. A., and S. C. Falco. 2004. Structure of the yeast HOM3 gene which encodes aspartokinase. Journal of Biological Chemistry, 263(5):2146-2151.

13-Rastegari H., M. Chiani, A. Akbarzadeh, S. Cheraghi, Z. Saffari, M. R. Mehrabi. 2013. Improvement in the Production of L-Lysine by Over expression of Aspartokinase (ASK) in C. glutamicum ATCC21799. Tropical Journal of Pharmaceutical Research, 12 (1): 51-56.

14-Saitou N. and M. Nei. 1987. The neighbor-joining method: A new method for reconstructing phylogenetic trees. Molecular Biology and Evolution, 4: 406-425.

15-Seibold, G., M. Auchter, S. Berens, J. Kalinowski, B. J. Eikmanns. 2006. Utilization of soluble starch by a recombinant Corynebacterium glutamicum strain: Growth and lysine production. Journal of Biotechnology, 124(2): 381-391.

16-Tamura K., G. Stecher, D.Peterson, A. Filipski, and S. Kumar. 2013. MEGA6: Molecular Evolutionary Genetics Analysis version 6.0. Molecular Biology and Evolution, 30: 2725-2729.

17-Tryfona, T., and M. T. Bustard. 2005. Fermentative production of lysine by Corynebacterium glutamicum: transmembrane transport and metabolic flux analysis. Process Biochemistry, 40(2): 499-508.

18-Yoshida, A., and T. Tomita. 2010. Mechanism of Concerted Inhibition of 2-type Hetero-oligomeric Aspartate Kinase from Corynebacterium glutamicum. The University of Tokyo, 1-1-1 Yayoi, Bunkyo-ku, Tokyo 113-8657, Japan.

19-Zhu, Z. Y., and T. L. Blundell. 1996. The use of amino acid patterns of classified helices and strands in secondary structure prediction. Journal of Molecular Biology, 260: 261-276.