بررسی تولید پلی بتاهیدروکسی بوتیرات از سیانوباکترها جهت تولید پلاستیک های زیستی A review on production of poly β hydroxybutyrates from cyanobacteria for the production of bio plastics
- نوع فایل : کتاب
- زبان : فارسی
- ناشر : الزویر Elsevier
- چاپ و سال / کشور: 2013
توضیحات
رشته های مرتبط: زیست شناسی، محیط زیست و شیمی، شیمی تجزیه، شیمی محیط زیست، آلودگی محیط زیست، مهندسی بهداشت محیط و بیوشیمی
افزایش تاثیر پسماندهای غیر قابل تجزیه پلاستیک یک نگرانی رو به رشد است. به عنوان یک روش جایگزین، محققین در تلاش برای پیدا کردن منابع طبیعی جهت تولید پلاستیک های زیستی براساس مبنای تجزیه زیستی هستند و به دلیل هزینه های تاثیر طبیعی امروزه دانشمندان در جستجوی منابع جایگزین مانند سیانوباکترهای فیتواتوتروف هستند. در این بررسی اهمیت نویدبخش و آگاهی های رو به رشد استفاده از سیانوباکترها به عنوان منبع PHB گزارش شده است. بسیاری از مقالات چاپ شده بر این موضوع گواهی می دهند که گونه های مختلف سیانوباکترها، پلی بتاهیدروکسی بوتیرات درون سلولی گرانولی را به عنوان منبع انرژی و کربن درون سلول های خود در زمانیکه در شرایط استرس قرار می گیرند جمع می کنند. PHB، قابل تجزیه زیستی ، دوستدار محیط زیست و سازگار با پلاستیک های گرمادوست است. تغییر در ضخامت و انعطاف بسته به فرمولاسیون آن ها، همچون بسیاری از پلاستیک های پتروشیمی غیر قابل تجزیه زیستی به طور رایج استفاده می شود. استراتژی های نوید بخش مهندسی ژنتیک، میکروارگانیسم ها را جهت تولید در دو دهه گذشته مورد بررسی قرار داده است. برخی از تحقیقات در رابطه با استفاده از مواد اولیه جایگزین، استخراج روش های جدید، افزایش گونه های ژنتیکی و ترکیب روش های کشت جهت تهیه PHB از سیانوباکترها (جلبک سبز-آبی) بیشتر به صورت تجاری ارایه و بحث شده است. مقدمه پلی بتاهیدروکسی بوتیرات یک ترکیب عظیم ذخیره شده درون سلولی در ارگانیسم های پروکاریوت است. ویژگی های پلی بتاهیدروکسی بوتیرات خالص شامل توانایی تولید پلاستیک های گرمادوست، مقاومت کامل نسبت به آب و تجزیه زیستی کامل استدلال می کند که PHB می تواند جهت تهیه پلاستیک های معمولی استفاده شود و به خوبی با استراتژی های جدید مدیریت پسماند سازگار شود. استفاده از PHB تولید شده توسط تخمیر باکتری به عنوان یک کالای پلی مر، به دلیل هزینه های بالای تولید آن در مقایسه با برخی پلاستیک های مشتق از نفت خام محدود می شود. تعداد ، انواع و کیفیت های ذاتی آنها به طور متوسط تولید برخی مواد را مانند اپوکسایدهاو پلی سولفون ها را افزایش می دهد و یکی از وسیع ترین محصولات استفاده شده در سراسر دنیا می شود. دوام و مقاومت نسبت به تجزیه شدن در زمان کاربرد پلاستیک ها ویژگی های مطلوبی هستند اما زمانیکه غیر قابل مصرف می شوند سبب بروز مشکلاتی می شوند. این پلاستیک های غیر قابل تجزیه در محیط به میزان ۲۵× ۱۰۶ تن در هر سال جمع می شود که به برنامه مدیریت پسماند خاک آسیب های جدی وارد می کنند. امروزه در علوم و تکنولوژی جدید، پلاستیک ها یکی از گسترده ترین مواد مورد استفاده در سراسر دنیا هستند و این کاربردها در جابجایی ها، موارد خانگی، تجهیزات کامپیوتری و دارویی مهم هستند. کیفیت پلاستیک ها و استفاده روزانه آنها به دلیل عدم سازگاری آنها با محیط زیست و عدم تجزیه پذیری آنها مورد پسند نمی باشد. بنابراین امروزه تقاضای پلاستیک های با قابلیت تجزیه پذیری زیستی یکی از مهم ترین اهداف جهت تحقیقات پایه و کاربردی می باشد. اوایل ۱۹۲۰ لیمونگینه که یک میکروب شناس در موسسه پاستور در پاریس بود یک پلیمر از Bacillus megaterium را توسط کلروفرم جدا کرد و تعیین نمود که این یک پلی استراز ۳- هیدروکسی بوتیریک اسیداست. از زمانیکه لیمونگینه PHB را کشف کرد، پلیمر چالش های زیادی برای میکروب شناسان و شیمی دانانی ایجاد کرد که در مورد عملکردهای فیزیولوژیکی و متابولیسم تحقیق می کردند. دانش عمومی میکروبی PHB، ابتدا در یک بررسی مذاکره ای توسط داوز و سینور در سال ۱۹۷۳ خلاصه شد. بعدها مشخص شد که PHB فقط یک نوع در خانواده بزرگ پلی مرها هستند که در مجموع به عنوان پلی هیدروکسیال کانوات (PHA) می شوند. در سال ۱۹۷۴ PHB توسط کلروفرم از لجن های فعال جدا شد. مونومرهای جدا شده با کلروفرم در لجن گنداب، ۳- هیدروکسی والریت (HV3) و ۳- هیدروکسی هگزانوات (HH3) به ترتیب اجزای اصلی و فرعی بودند. تقریبا یک دهه بعد به دنبال شناسایی هتروپلیمرها آنالیز ته نشین های دریایی توسط کروماتوگرافی گازی حضور HV3 و HH3 را به عنوان اجزای اصلی در میان ۱۱ زنجیره کوتاه دیگر مونومرهای ۳- هیدروکسی آلکانوات نشان داد. همچنین تحقیق روی کشف PHB های جدید ادامه دارد. در حدود ۱۵۰ نوع مختلف از پلی هیدروکسی آلکانوییدها که قبلا شناخته شدند هوموپلیمر هیدروکسی بوتیرات مانند PHB در گروه های مختلف تاکسونومیکی پروکاریوت ها شامل سیانوباکترهای شایع بودند. ویژگی های PHB خالص شامل فرایند تولید پلاستیک های گرمادوست، آب گریز، تجزیه پذیری زیستی کامل و سازگاری های زیستی با خلوص دید به طور فزاینده ای جهت تهیه پلاستیک های قابل تجزیه مورد توجه قرار گرفته است. سیانوباکترها می توانند به عنوان یک سیستم میزبان جایگزین به دلیل نیاز غذایی اندک و فتواتوتروف بودن مورد توجه قرار گیرند. گونه های مختلف سیانوباکترها مقادیر قابل توجهی از PHB را جمع می کنند. براساس مقالات در دسترس در رابطه با تولید PHB سیانوباکترها این بررسی با یک دید و روش روی موقعیت کنونی، پیشگویی آینده و نیازهای اصلاحی در این زمینه گردآوری و گزارش شد.
افزایش تاثیر پسماندهای غیر قابل تجزیه پلاستیک یک نگرانی رو به رشد است. به عنوان یک روش جایگزین، محققین در تلاش برای پیدا کردن منابع طبیعی جهت تولید پلاستیک های زیستی براساس مبنای تجزیه زیستی هستند و به دلیل هزینه های تاثیر طبیعی امروزه دانشمندان در جستجوی منابع جایگزین مانند سیانوباکترهای فیتواتوتروف هستند. در این بررسی اهمیت نویدبخش و آگاهی های رو به رشد استفاده از سیانوباکترها به عنوان منبع PHB گزارش شده است. بسیاری از مقالات چاپ شده بر این موضوع گواهی می دهند که گونه های مختلف سیانوباکترها، پلی بتاهیدروکسی بوتیرات درون سلولی گرانولی را به عنوان منبع انرژی و کربن درون سلول های خود در زمانیکه در شرایط استرس قرار می گیرند جمع می کنند. PHB، قابل تجزیه زیستی ، دوستدار محیط زیست و سازگار با پلاستیک های گرمادوست است. تغییر در ضخامت و انعطاف بسته به فرمولاسیون آن ها، همچون بسیاری از پلاستیک های پتروشیمی غیر قابل تجزیه زیستی به طور رایج استفاده می شود. استراتژی های نوید بخش مهندسی ژنتیک، میکروارگانیسم ها را جهت تولید در دو دهه گذشته مورد بررسی قرار داده است. برخی از تحقیقات در رابطه با استفاده از مواد اولیه جایگزین، استخراج روش های جدید، افزایش گونه های ژنتیکی و ترکیب روش های کشت جهت تهیه PHB از سیانوباکترها (جلبک سبز-آبی) بیشتر به صورت تجاری ارایه و بحث شده است. مقدمه پلی بتاهیدروکسی بوتیرات یک ترکیب عظیم ذخیره شده درون سلولی در ارگانیسم های پروکاریوت است. ویژگی های پلی بتاهیدروکسی بوتیرات خالص شامل توانایی تولید پلاستیک های گرمادوست، مقاومت کامل نسبت به آب و تجزیه زیستی کامل استدلال می کند که PHB می تواند جهت تهیه پلاستیک های معمولی استفاده شود و به خوبی با استراتژی های جدید مدیریت پسماند سازگار شود. استفاده از PHB تولید شده توسط تخمیر باکتری به عنوان یک کالای پلی مر، به دلیل هزینه های بالای تولید آن در مقایسه با برخی پلاستیک های مشتق از نفت خام محدود می شود. تعداد ، انواع و کیفیت های ذاتی آنها به طور متوسط تولید برخی مواد را مانند اپوکسایدهاو پلی سولفون ها را افزایش می دهد و یکی از وسیع ترین محصولات استفاده شده در سراسر دنیا می شود. دوام و مقاومت نسبت به تجزیه شدن در زمان کاربرد پلاستیک ها ویژگی های مطلوبی هستند اما زمانیکه غیر قابل مصرف می شوند سبب بروز مشکلاتی می شوند. این پلاستیک های غیر قابل تجزیه در محیط به میزان ۲۵× ۱۰۶ تن در هر سال جمع می شود که به برنامه مدیریت پسماند خاک آسیب های جدی وارد می کنند. امروزه در علوم و تکنولوژی جدید، پلاستیک ها یکی از گسترده ترین مواد مورد استفاده در سراسر دنیا هستند و این کاربردها در جابجایی ها، موارد خانگی، تجهیزات کامپیوتری و دارویی مهم هستند. کیفیت پلاستیک ها و استفاده روزانه آنها به دلیل عدم سازگاری آنها با محیط زیست و عدم تجزیه پذیری آنها مورد پسند نمی باشد. بنابراین امروزه تقاضای پلاستیک های با قابلیت تجزیه پذیری زیستی یکی از مهم ترین اهداف جهت تحقیقات پایه و کاربردی می باشد. اوایل ۱۹۲۰ لیمونگینه که یک میکروب شناس در موسسه پاستور در پاریس بود یک پلیمر از Bacillus megaterium را توسط کلروفرم جدا کرد و تعیین نمود که این یک پلی استراز ۳- هیدروکسی بوتیریک اسیداست. از زمانیکه لیمونگینه PHB را کشف کرد، پلیمر چالش های زیادی برای میکروب شناسان و شیمی دانانی ایجاد کرد که در مورد عملکردهای فیزیولوژیکی و متابولیسم تحقیق می کردند. دانش عمومی میکروبی PHB، ابتدا در یک بررسی مذاکره ای توسط داوز و سینور در سال ۱۹۷۳ خلاصه شد. بعدها مشخص شد که PHB فقط یک نوع در خانواده بزرگ پلی مرها هستند که در مجموع به عنوان پلی هیدروکسیال کانوات (PHA) می شوند. در سال ۱۹۷۴ PHB توسط کلروفرم از لجن های فعال جدا شد. مونومرهای جدا شده با کلروفرم در لجن گنداب، ۳- هیدروکسی والریت (HV3) و ۳- هیدروکسی هگزانوات (HH3) به ترتیب اجزای اصلی و فرعی بودند. تقریبا یک دهه بعد به دنبال شناسایی هتروپلیمرها آنالیز ته نشین های دریایی توسط کروماتوگرافی گازی حضور HV3 و HH3 را به عنوان اجزای اصلی در میان ۱۱ زنجیره کوتاه دیگر مونومرهای ۳- هیدروکسی آلکانوات نشان داد. همچنین تحقیق روی کشف PHB های جدید ادامه دارد. در حدود ۱۵۰ نوع مختلف از پلی هیدروکسی آلکانوییدها که قبلا شناخته شدند هوموپلیمر هیدروکسی بوتیرات مانند PHB در گروه های مختلف تاکسونومیکی پروکاریوت ها شامل سیانوباکترهای شایع بودند. ویژگی های PHB خالص شامل فرایند تولید پلاستیک های گرمادوست، آب گریز، تجزیه پذیری زیستی کامل و سازگاری های زیستی با خلوص دید به طور فزاینده ای جهت تهیه پلاستیک های قابل تجزیه مورد توجه قرار گرفته است. سیانوباکترها می توانند به عنوان یک سیستم میزبان جایگزین به دلیل نیاز غذایی اندک و فتواتوتروف بودن مورد توجه قرار گیرند. گونه های مختلف سیانوباکترها مقادیر قابل توجهی از PHB را جمع می کنند. براساس مقالات در دسترس در رابطه با تولید PHB سیانوباکترها این بررسی با یک دید و روش روی موقعیت کنونی، پیشگویی آینده و نیازهای اصلاحی در این زمینه گردآوری و گزارش شد.
Description
The increasing effect of non-degradable plastic wastes is a growing concern. As an alternative, researches are being attempted from living resource to produce bio plastics on the basis of their biodegradability. Due to their cost effect nature, now the scientists are searching an alternative resource like photoautotrophic cyanobacteria. In this review the promising importance and growing awareness of using cyanobacteria as PHB resource are being reported. Many publications evidenced that various cyanobacterial species accumulate intracellular poly-β-hydroxybutyrate granules as energy and carbon reserves inside their cells when they are in stress conditions. PHB is biodegradable, environmental friendly and biocompatible thermoplastics. Varying in toughness and flexibility, depending on their formulation, they can be used in various ways similar to many non-biodegradable petrochemical plastics currently in use. Promising strategies involve genetic engineering of microorganisms to introduce production pathways are being investigated for the past two decades. Such kind of researches focusing on the use of alternative substrates, novel extraction methods, genetically enhanced species and mixed cultures with a view to make PHB from cyanobacteria (blue green algae) more commercially attractive are presented and discussed.
