Original Title: Effect of culture condition on high-level expression of recombinant β-mannanase from Bacillus circulans NT 6.7 in Escherichia coli and application in mannan hydrolysis
Source: doi.org/10.34044/j.anres.2019.53.3.14
Disclaimer: Summary generated by AI based on the provided document. Please refer to the original paper for full scientific accuracy.

ឥទ្ធិពលនៃលក្ខខណ្ឌបណ្ដុះទៅលើការបញ្ចេញកម្រិតខ្ពស់នៃអង់ស៊ីម recombinant β-mannanase ពី Bacillus circulans NT 6.7 នៅក្នុង Escherichia coli និងការអនុវត្តក្នុងការបំបែក mannan

ចំណងជើងដើម៖ Effect of culture condition on high-level expression of recombinant β-mannanase from Bacillus circulans NT 6.7 in Escherichia coli and application in mannan hydrolysis

អ្នកនិពន្ធ៖ Kwankanit Intaratrakul (Department of Biotechnology, Faculty of Agro-Industry, Kasetsart University), Sunee Nitisinprasert (Department of Biotechnology, Faculty of Agro-Industry, Kasetsart University), Suttipun Keawsompong (Department of Biotechnology, Faculty of Agro-Industry, Kasetsart University)

ឆ្នាំបោះពុម្ព៖ 2019, Agriculture and Natural Resources

វិស័យសិក្សា៖ Biotechnology

១. សេចក្តីសង្ខេបប្រតិបត្តិ (Executive Summary)

បញ្ហា (The Problem)៖ ការសិក្សានេះដោះស្រាយបញ្ហានៃការចំណាយខ្ពស់ និងទិន្នផលទាបក្នុងការផលិតអង់ស៊ីម β-mannanase សម្រាប់បំបែក mannan ទៅជា manno-oligosaccharides (MOS) ដែលជាប្រភព prebiotic ដ៏មានសក្តានុពល។

វិធីសាស្ត្រ (The Methodology)៖ អ្នកស្រាវជ្រាវបានធ្វើការសាកល្បងផ្លាស់ប្តូរលក្ខខណ្ឌនៃការបណ្ដុះបាក់តេរីដើម្បីស្វែងរកចំណុចប្រសើរបំផុតសម្រាប់ការបញ្ចេញអង់ស៊ីម។

លទ្ធផលសំខាន់ៗ (The Verdict)៖

២. ការវិភាគលើប្រសិទ្ធភាព និងដែនកំណត់ (Performance & Constraints)

វិធីសាស្ត្រ (Method) គុណសម្បត្តិ (Pros) គុណវិបត្តិ (Cons) លទ្ធផលគន្លឹះ (Key Result)
Conventional Method (LB medium + IPTG induction at 18°C)
វិធីសាស្ត្រធម្មតា (ការប្រើប្រាស់មជ្ឈដ្ឋាន LB និងការជំរុញដោយ IPTG នៅសីតុណ្ហភាព ១៨°C)
ងាយស្រួលក្នុងការអនុវត្ត និងជាវិធីសាស្ត្រស្តង់ដារទូទៅសម្រាប់ការបណ្ដុះបាក់តេរី E. coli នៅក្នុងមន្ទីរពិសោធន៍។ ទាមទារចំណាយថ្លៃដើមខ្ពស់ដោយសារការប្រើប្រាស់ IPTG ដែលមានតម្លៃថ្លៃ និងទទួលបានទិន្នផលអង់ស៊ីមទាបក្នុងការផលិតទ្រង់ទ្រាយធំ។ សកម្មភាពអង់ស៊ីមទទួលបានត្រឹមតែ ៧១ U/mL ប៉ុណ្ណោះ។
Optimized Method (Modified M9NG + 10 mM Lactose induction at 37°C)
វិធីសាស្ត្រកែច្នៃ (ការប្រើប្រាស់មជ្ឈដ្ឋាន M9NG កែច្នៃ និងការជំរុញដោយ Lactose 10 mM នៅសីតុណ្ហភាព ៣៧°C)
កាត់បន្ថយថ្លៃដើមផលិតកម្មបានយ៉ាងច្រើនដោយប្រើ Lactose ជំនួស IPTG និង peptone ជំនួស N-Z-amine type A ព្រមទាំងផ្តល់ទិន្នផលអង់ស៊ីមកម្រិតខ្ពស់។ ទាមទារការគ្រប់គ្រងបរិស្ថានតឹងរ៉ឹង (ដូចជាកម្រិត pH និងការបញ្ចេញអុកស៊ីសែន) ក្នុងកំឡុងពេលធ្វើមេតេក្នុងធុងចំណុះធំដើម្បីរក្សាស្ថិរភាពទិន្នផល។ សកម្មភាពអង់ស៊ីមកើនឡើងដល់ ១.៣០៩ U/mL (កើន ១៨,៤ ដង) ក្នុងដបក្រឡុក និងឡើងដល់ ២.១១៤ U/mL ក្នុងធុងមេតេ ៥ លីត្រ ព្រមទាំងកាត់បន្ថយចំណាយបាន ៥ ដង។

ការចំណាយលើធនធាន (Resource Cost)៖ ការសិក្សានេះផ្តោតសំខាន់លើការកាត់បន្ថយចំណាយដោយផ្លាស់ប្តូរធាតុផ្សំថ្លៃៗ (ដូចជា IPTG និង N-Z-amine) ចេញពីដំណើរការផលិត ប៉ុន្តែនៅតែទាមទារឧបករណ៍មន្ទីរពិសោធន៍ជីវបច្ចេកវិទ្យាស្តង់ដារសម្រាប់ការបណ្ដុះកោសិកា និងវិភាគ។

៣. ការពិនិត្យសម្រាប់បរិបទកម្ពុជា/អាស៊ីអាគ្នេយ៍

ភាពលំអៀងនៃទិន្នន័យ (Data Bias)៖

ការសិក្សានេះប្រើប្រាស់ហ្សែនបាក់តេរី Bacillus circulans NT 6.7 ដែលបានញែកចេញពីរោងចក្រកែច្នៃដូងនៅក្នុងប្រទេសថៃ និងប្រើប្រាស់កាកដូង (Copra meal) ជាវត្ថុធាតុដើមក្នុងការធ្វើតេស្តបំបែក។ សម្រាប់ប្រទេសកម្ពុជា ដែលមានធនធានដំណាំដូងច្រើន ជាពិសេសនៅខេត្តកំពត កែប និងបាត់ដំបង ទិន្នន័យនេះមានសារៈសំខាន់ខ្លាំងណាស់ ព្រោះវាបង្ហាញពីលទ្ធភាពនៃការកែច្នៃកាកសំណល់កសិកម្មក្នុងស្រុកឱ្យទៅជាផលិតផលមានតម្លៃខ្ពស់។

លទ្ធភាពនៃការអនុវត្ត (Applicability)៖

វិធីសាស្ត្រកាត់បន្ថយថ្លៃដើមក្នុងការផលិតអង់ស៊ីមនេះ មានសក្តានុពលខ្ពស់សម្រាប់ការអនុវត្តនៅក្នុងវិស័យកសិ-ឧស្សាហកម្ម និងបសុពេទ្យនៅកម្ពុជា។

ការទាញយកបច្ចេកវិទ្យានេះមកអនុវត្តនៅកម្ពុជា អាចជួយបំប្លែងកាកសំណល់កសិកម្មដែលគ្មានតម្លៃ ទៅជាផលិតផលជីវសាស្ត្រដែលមានតម្លៃសេដ្ឋកិច្ចខ្ពស់ ព្រមទាំងលើកកម្ពស់សុខភាពសាធារណៈ និងសត្វចិញ្ចឹមតាមរយៈសារធាតុ Prebiotics។

៤. ផែនការសកម្មភាពសម្រាប់និស្សិត (Actionable Roadmap)

ដើម្បីអនុវត្តតាមការសិក្សានេះ និស្សិតគួរអនុវត្តតាមជំហានខាងក្រោម៖

  1. សិក្សាមូលដ្ឋានគ្រឹះពីបច្ចេកវិទ្យាបញ្ចេញប្រូតេអ៊ីន: ចាប់ផ្តើមស្វែងយល់ពីប្រព័ន្ធ pET Expression System នៅក្នុង E. coli BL21(DE3) និងយន្តការនៃការប្រើប្រាស់ Lactose operon ដើម្បីជំរុញការបញ្ចេញប្រូតេអ៊ីនជំនួសឱ្យសារធាតុ IPTG ដែលមានតម្លៃថ្លៃ។
  2. រៀបចំការបណ្ដុះបាក់តេរីក្នុងទំហំមន្ទីរពិសោធន៍តូច: សាកល្បងបណ្ដុះបាក់តេរីនៅក្នុងដបក្រឡុក (Shake flask) ដោយប្រើប្រាស់មជ្ឈដ្ឋាន Modified M9NG រួចធ្វើការសាកល្បងកម្រិតកំហាប់ Lactose ផ្សេងៗគ្នា (ពី ១ ដល់ ២០ mM) នៅសីតុណ្ហភាព ៣៧°C ដើម្បីរកចំណុចដែលផ្តល់ទិន្នផលខ្ពស់បំផុត។
  3. អនុវត្តការធ្វើមេតេក្នុងកម្រិតធំសម្រាប់ផលិតកម្ម: ពង្រីកការផលិតដោយប្រើប្រាស់ធុង 5-L Bioreactor/Fermenter ដោយត្រូវផ្តោតសំខាន់លើការគ្រប់គ្រងកម្រិត pH ឱ្យនៅថេរ (pH 7) អត្រាបញ្ចេញអុកស៊ីសែន (2 vvm) និងល្បឿនកូរ (300 rpm) ដើម្បីធានាបាននូវការលូតលាស់ល្អរបស់កោសិកា។
  4. ការវិភាគ និងទាញយកផលិតផល Prebiotics: ប្រើប្រាស់អង់ស៊ីមដែលផលិតបានទៅធ្វើការបំបែកកាកដូង (Defatted copra meal) នៅសីតុណ្ហភាព ៥០°C និងកំណត់អត្តសញ្ញាណផលិតផល manno-oligosaccharides (MOS) ដោយប្រើប្រាស់បច្ចេកទេស Thin-Layer Chromatography (TLC) ជាមួយសូលុយស្យុង 1-butanol:acetic acid:water

៥. វាក្យសព្ទបច្ចេកទេស (Technical Glossary)

ពាក្យបច្ចេកទេស ការពន្យល់ជាខេមរភាសា (Khmer Explanation) និយមន័យសាមញ្ញ (Simple Definition)
Recombinant protein (ប្រូតេអ៊ីនរៀបចំឡើងវិញ) ជាប្រូតេអ៊ីនដែលត្រូវបានផលិតឡើងដោយការបញ្ចូលហ្សែនពីសារពាង្គកាយមួយ (ឧទាហរណ៍ Bacillus circulans) ទៅក្នុងកោសិកាម្ចាស់ផ្ទះផ្សេងទៀត (ឧទាហរណ៍ E. coli) ដើម្បីឱ្យម្ចាស់ផ្ទះនោះផលិតប្រូតេអ៊ីនគោលដៅក្នុងបរិមាណច្រើនសម្រាប់ការប្រើប្រាស់ក្នុងឧស្សាហកម្ម។ ដូចជាការយកប្លង់សាងសង់ផ្ទះពីកន្លែងមួយ ទៅឱ្យជាងនៅកន្លែងមួយទៀតសាងសង់តាម ដើម្បីចំណេញពេល និងអាចផលិតបានចំនួនច្រើនក្នុងពេលតែមួយ។
β-mannanase (អង់ស៊ីមបេតា-ម៉ាណាណេស) ជាប្រភេទអង់ស៊ីមដែលអាចកាត់ផ្តាច់ចំណងគីមី β-1,4-mannosidic នៅក្នុងប៉ូលីសាការីតប្រភេទ mannan (ដែលមានច្រើនក្នុងកាកដូង) ឱ្យទៅជាម៉ូលេគុលស្ករតូចៗហៅថា manno-oligosaccharides ។ ប្រៀបបាននឹងកន្រ្តៃដ៏មុតស្រួចមួយដែលជំនាញខាងកាត់ខ្សែពួរវែងៗ (mannan) ឱ្យទៅជាកង់ខ្លីៗ (ស្ករអូលីហ្គោសាការីត)។
Manno-oligosaccharides / MOS (ម៉ាណូអូលីហ្គោសាការីត) ជាកាបូអ៊ីដ្រាតខ្សែខ្លីដែលកើតចេញពីការបំបែករចនាសម្ព័ន្ធ mannan ដែលរាងកាយមនុស្សឬសត្វមិនអាចរំលាយបាន ប៉ុន្តែវាដើរតួជាចំណីដ៏ល្អសម្រាប់បាក់តេរីមានប្រយោជន៍នៅក្នុងប្រព័ន្ធរំលាយអាហារ។ ដូចជាជីសរីរាង្គដែលយើងដាក់ក្នុងដី វាមិនមែនជាចំណីផ្ទាល់របស់រុក្ខជាតិទេ តែវាចិញ្ចឹមមេរោគល្អៗក្នុងដីឱ្យជួយដល់ការលូតលាស់របស់រុក្ខជាតិ។
Lactose induction (ការជំរុញដោយប្រើឡាក់តូស) ជាយន្តការមួយនៅក្នុងបច្ចេកវិទ្យាជីវសាស្ត្រ ដែលគេប្រើប្រាស់ស្ករឡាក់តូស (Lactose) ដើម្បីទៅដាស់ ឬបើកកុងតាក់ហ្សែននៅក្នុងកោសិកាបាក់តេរី ឱ្យចាប់ផ្តើមផលិតប្រូតេអ៊ីនដែលយើងចង់បាន ជំនួសឱ្យការប្រើប្រាស់សារធាតុគីមីថ្លៃៗដូចជា IPTG ។ ដូចជាការចុចកុងតាក់បញ្ឆេះម៉ាស៊ីនរោងចក្រអញ្ចឹងដែរ ដោយនៅទីនេះស្ករឡាក់តូសគឺជាកូនសោរដ៏ថោកសម្រាប់បញ្ឆេះការផលិតប្រូតេអ៊ីនអង់ស៊ីម។
Prebiotics (ព្រីបាយអូទិក / អាហារបំប៉នបាក់តេរីល្អ) ជាសារធាតុចិញ្ចឹមដែលរាងកាយមិនអាចរំលាយបាន (ច្រើនតែជាប្រភេទសរសៃហ្វៃបឺ ឬអូលីហ្គោសាការីត) ដែលមានតួនាទីជួយជំរុញការលូតលាស់និងសកម្មភាពរបស់បាក់តេរីល្អៗនៅក្នុងពោះវៀន ដើម្បីពង្រឹងប្រព័ន្ធភាពស៊ាំការពាររាងកាយ។ ប្រសិនបើពោះវៀនជាសួនច្បារ ហើយបាក់តេរីល្អជារុក្ខជាតិ នោះ Prebiotics គឺជាជីដ៏ពិសេសដែលជួយឱ្យរុក្ខជាតិទាំងនោះលូតលាស់បានល្អនិងរឹងមាំ។
Copra meal (កាកដូង) ជាកាកសំណល់កសិ-ឧស្សាហកម្មដែលនៅសេសសល់បន្ទាប់ពីការចម្រាញ់យកប្រេង ឬខ្ទិះចេញពីសាច់ដូង ដែលវាសំបូរទៅដោយសារធាតុ galactomannan និងស័ក្តិសមបំផុតសម្រាប់យកមកផលិតជាចំណីអាហារសុខភាពមានតម្លៃខ្ពស់។ ដូចជាកាកអំពៅដែលនៅសល់ក្រោយពេលគាបយកទឹកអស់ ដែលគេអាចយកទៅច្នៃធ្វើជាក្រដាស ឬប្រេងឥន្ធនៈបានទៀត មិនបោះចោលឥតប្រយោជន៍។
Catabolic repression (ការគាបសង្កត់កាតាបូលីក) ជាបាតុភូតដែលបាក់តេរីជ្រើសរើសប្រើប្រាស់ប្រភពថាមពលដែលងាយស្រួលបំផុត (ដូចជាគ្លុយកូស) ជាមុនសិន ហើយបញ្ឈប់យន្តការផលិតអង់ស៊ីមសម្រាប់បំបែកប្រភពថាមពលផ្សេងទៀត រហូតទាល់តែគ្លុយកូសនោះអស់។ ដូចជាក្មេងដែលរើសចំណី ដោយសុខចិត្តញ៉ាំតែស្ករគ្រាប់ដែលមានស្រាប់ ហើយបដិសេធមិនព្រមញ៉ាំបាយដែលត្រូវទំពារទាល់តែអស់ស្ករគ្រាប់សិន។
Thin-layer chromatography / TLC (ក្រូម៉ាតូក្រាហ្វីបន្ទះស្តើង) ជាបច្ចេកទេសមន្ទីរពិសោធន៍សម្រាប់បំបែកនិងកំណត់អត្តសញ្ញាណសមាសធាតុផ្សេងៗនៅក្នុងល្បាយមួយ (ឧទាហរណ៍ ប្រភេទស្ករផ្សេងៗគ្នា) ដោយពឹងផ្អែកលើល្បឿននៃការរំកិលរបស់វានៅលើបន្ទះជែលនៅពេលជ្រលក់ក្នុងសូលុយស្យុង។ ដូចជាការប្រកួតរត់ប្រណាំងអញ្ចឹងដែរ អ្នករត់លឿន (ម៉ូលេគុលស្រាល) និងអ្នករត់យឺត (ម៉ូលេគុលធ្ងន់) នឹងទៅដល់ចំណុចខុសៗគ្នា ដែលធ្វើឱ្យយើងដឹងថាមានអ្នកណាខ្លះកំពុងចូលរួម។

៦. ប្រធានបទពាក់ព័ន្ធ (Further Reading)

អត្ថបទដែលបានបោះពុម្ពនៅលើ KhmerResearch ដែលទាក់ទងនឹងប្រធានបទនេះ៖

ប្រធានបទ និងសំណួរស្រាវជ្រាវដែលទាក់ទងនឹងឯកសារនេះ ដែលអ្នកអាចស្វែងរកបន្ថែម៖