Whole-cell Biocatalysts from Organi

Whole-cell Biocatalysts from Organic Solvent-tolerant Bacteria
Thunyarat Pongtharangkul1 and Alisa S Vangnai2
1Department of Biotechnology, Faculty of Science, Mahidol University,
2Department of Biochemistry, Faculty of Science, Chulalongkorn University.
Abstract
Whole-cell biocatalyst is expected to be one of the most important tools in industrial synthesis of bulk chemicals as well as pharmaceutical and agrochemical intermediates and bioactive compounds. The use of whole cells not only provides a means for cost-effective production and regeneration of enzyme cofactors, such as NAD(P)H, but also allows the utilization of multicomponent and membrane-bound enzymes in biotransformation of chemicals. As several potential substrates and products are, however, sparingly water-soluble or water-immiscible, a second phase of organic solvent is required. Development of effective solvent-tolerant microbial platform is, therefore, a necessary step to make whole-cell biocatalyst applicable for production of waterimmiscible chemicals. Several examples of whole-cell biocatalysts based on organic solvent-tolerant bacteria are presented.
Keywords: biotransformation; organic-aqueous two-liquid phase system
Introduction
Chemical industry not only consumes a tremendous amount of energy and nonrenewable
resources, but also produces toxic wastes and pollutants. Therefore, attempts have been carried out in order to develop more environmentally friendly industrial chemical processes. The implementation of ‘green chemistry’ concept in which a chemical should be synthesized in a safe and energy-efficient
manner with the lowest impact on environment(1) emphasizes the role of biocatalysis processes. The fact that a high stereo- or enantiomerically pure product can be synthesized in a mild condition makes biocatalysts a promising alternative for production of several selective and complex chemicals(35).Comparing to an isolated enzyme system, whole-cell biocatalyst is more cost-effective in
terms of production, especially in systems that require regeneration of co-factors(16) and that
involve multi-component or membrane-bound enzymes. Various potential substrates and products, however, are water-immiscible and thus require the use of solvents for solubilization. Although the solvent phase in organic-aqueous two-phase system can be used as a means to overcome the toxicity of substrates and products as well as to recover products in situ, toxicity of the solvent phase itself has become a major drawback in the applications of whole-cell biocatalysts. Fortunately, recent discovery of solvent-tolerant bacteria has made whole-cell biocatalysis in an organic-aqueous two-phase system more promising.
Organic Solvent-tolerant Bacteria
Organic solvent-tolerant bacteria constitute a unique group of extremophilic microorganisms that can thrive in an environment with high concentrations of solvents(19). These bacteria have been considered
to be potentially useful in many applications of microbial transformation for environmental remediation as well as for production of valuable chemicals(32). Although most of the solvent-tolerant bacteria reported thus far are Gram-negative, a number of Grampositive bacteria, sometimes with even higher solvent tolerance level.

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

เอนไซม์ทั้งเซลล์จากตัวทำละลายอินทรีย์แบคทีเรียทน
thunyarat pongtharangkul1 และ alisa s vangnai2
1 ภาควิชาเทคโนโลยีชีวภาพคณะวิทยาศาสตร์มหาวิทยาลัยมหิดล
2department ชีวเคมีคณะวิทยาศาสตร์จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย.

นามธรรมbiocatalyst ทั้งมือถือที่คาดว่าจะเป็นหนึ่งในเครื่องมือที่สำคัญที่สุดในการสังเคราะห์สารเคมีอุตสาหกรรมจำนวนมากรวมทั้งยาและเคมีเกษตรตัวกลางและสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพ การใช้งานของเซลล์ทั้งหมดไม่เพียง แต่ให้หมายถึงการผลิตที่มีประสิทธิภาพและการฟื้นฟูของปัจจัยเอนไซม์เช่น nad (P) ต่อชั่วโมงแต่ยังช่วยให้การใช้ประโยชน์ของเอนไซม์หลายองค์ประกอบและเยื่อผูกพันในเปลี่ยนรูปทางชีวภาพของสารเคมี เป็นพื้นผิวที่มีศักยภาพหลายและผลิตภัณฑ์ที่มี แต่เท่าที่จำเป็นที่ละลายน้ำหรือไม่รวมกับน้ำเป็นระยะที่สองของตัวทำละลายอินทรีย์ที่จำเป็น การพัฒนาของตัวทำละลายทนแพลตฟอร์มของจุลินทรีย์ที่มีประสิทธิภาพเป็นดังนั้นเป็นขั้นตอนที่จำเป็นเพื่อให้ biocatalyst ทั้งมือถือที่ใช้ในการผลิตสารเคมี waterimmiscible หลายตัวอย่างของเอนไซม์ทั้งมือถือขึ้นอยู่กับตัวทำละลายอินทรีย์แบคทีเรียพลาดจะแสดง
คำหลัก: เปลี่ยนรูปทางชีวภาพ; อินทรีย์น้ำระบบขั้นตอนที่สองของเหลว

แนะนำอุตสาหกรรมเคมีไม่เพียง แต่จะใช้จำนวนมากของพลังงานและทรัพยากร
.แต่ยังก่อให้เกิดของเสียที่เป็นพิษและสารมลพิษ ดังนั้นความพยายามที่จะได้รับการดำเนินการในการพัฒนามากขึ้นเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมกระบวนการทางเคมีอุตสาหกรรม การดำเนินการของเคมีสีเขียว 'แนวคิดในการที่สารเคมีที่ควรได้รับการสังเคราะห์ในลักษณะที่ปลอดภัยและประหยัดพลังงาน
กับผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมน้อยที่สุด (1) เน้นบทบาทของกระบวนการ biocatalysisความจริงที่ว่าผลิตภัณฑ์ที่มีระบบเสียงสเตอริโอหรือบริสุทธิ์ enantiomerically สามารถสังเคราะห์ในสภาพที่อ่อนทำให้เอนไซม์เป็นทางเลือกที่มีแนวโน้มการผลิตของสารเคมีที่เลือกและซับซ้อนหลาย (35). เมื่อเทียบกับระบบเอนไซม์แยก biocatalyst ทั้งมือถือเป็นค่าใช้จ่ายมากขึ้น มีประสิทธิภาพในการ
แง่ของการผลิตโดยเฉพาะอย่างยิ่งในระบบที่ต้องมีการฟื้นฟูของปัจจัยร่วม (16) และที่
เกี่ยวข้องกับหลายองค์ประกอบหรือเอนไซม์เยื่อผูกพัน พื้นผิวที่มีศักยภาพและผลิตภัณฑ์ต่างๆ แต่จะไม่รวมกับน้ำและดังนั้นจึงต้องใช้ตัวทำละลายในการละลาย แม้ว่าขั้นตอนในตัวทำละลายอินทรีย์น้ำระบบสองเฟสสามารถนำมาใช้เป็นวิธีการที่จะเอาชนะความเป็นพิษของสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์รวมทั้งการกู้คืนผลิตภัณฑ์ในแหล่งกำเนิด,ความเป็นพิษของขั้นตอนการทำละลายตัวเองได้กลายเป็นอุปสรรคสำคัญในการใช้งานของเอนไซม์ทั้งมือถือ โชคดีที่ค้นพบล่าสุดของแบคทีเรียตัวทำละลายทนได้ทำ biocatalysis ทั้งเซลล์ในระบบสองเฟสอินทรีย์ในน้ำมีแนวโน้มมากขึ้น.
อินทรีย์แบคทีเรียตัวทำละลายทน
ตัวทำละลายอินทรีย์แบคทีเรียที่ทนต่อความเป็นกลุ่มของจุลินทรีย์ที่ไม่ซ้ำกัน extremophilic ที่สามารถเจริญเติบโตในสภาพแวดล้อมที่มีความเข้มข้นสูงของตัวทำละลาย (19) แบคทีเรียเหล่านี้ได้รับการพิจารณา
จะเป็นประโยชน์ที่อาจเกิดขึ้นในการใช้งานจำนวนมากของการเปลี่ยนแปลงของจุลินทรีย์ในการฟื้นฟูสิ่งแวดล้อมเช่นเดียวกับการผลิตสารเคมีที่มีค่า (32)แม้ว่าส่วนใหญ่ของแบคทีเรียตัวทำละลายทนรายงานป่านนี้เป็นกรัมลบจำนวนของแบคทีเรีย grampositive บางครั้งมีระดับความอดทนสูงกว่าตัวทำละลาย.

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

Biocatalysts เต็มเซลล์จากแบคทีเรียทนกับตัวทำละลายอินทรีย์
Thunyarat Pongtharangkul1 และอลิสา S Vangnai2
1Department า คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล,
2Department ชีวเคมี คณะวิทยาศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย.
นามธรรม
Biocatalyst เซลล์ทั้งหมดคาดว่าจะเป็นเครื่องมือสำคัญในอุตสาหกรรมการสังเคราะห์ของสารเคมีจำนวนมากเป็นตัวกลางทางเภสัชกรรมและเคมีเกษตร และสารกรรมการก ใช้เซลล์ทั้งหมดไม่เพียงแต่แสดงวิธีสำหรับการผลิตมีประสิทธิภาพและฟื้นฟูของใช้โคแฟกเอนไซม์เตอร์ เช่นและ (P) H แต่ยัง ใช้ประโยชน์ของเอนไซม์ multicomponent และผูก กับเมมเบรนใน biotransformation ของสารเคมี เป็นหลายพื้นผิวและผลิตภัณฑ์ อย่างไร ตามขอบที่ละลายในน้ำ immiscible ระยะที่สองของตัวทำละลายอินทรีย์จำเป็น การพัฒนาแพลตฟอร์มจุลินทรีย์ทนกับตัวทำละลายที่มีประสิทธิภาพเป็น ดังนั้น ขั้นตอนที่จำเป็นเพื่อให้เซลล์ทั้งหมด biocatalyst สำหรับการผลิตสารเคมี waterimmiscible มีแสดงหลายอย่างทั้งเซลล์ biocatalysts ตามแบคทีเรียป้องกันตัวทำละลายอินทรีย์
คำสำคัญ: biotransformation ระบบเฟสสองของเหลวอินทรีย์อควี
แนะนำ
เคมีไม่เพียงแต่ใช้จำนวนมหาศาล ของพลังงาน และ nonrenewable
ทรัพยากร แต่ยังผลิตพิษเสียและสารมลพิษ ดังนั้น พยายามมีการดำเนินการพัฒนากับสิ่งแวดล้อมอุตสาหกรรมเคมีกระบวนการอื่น ๆ นำแนวคิดของ "เคมีสีเขียว" ซึ่งเป็นสารเคมีควรสังเคราะห์ในปลอดภัย และ ประหยัดพลังงาน
มีผลกระทบต่ำ environment(1) เน้นบทบาทของกระบวนการ biocatalysis ความจริงที่ว่า ความสูงสเตอริโอหรือผลิตภัณฑ์ enantiomerically บริสุทธิ์สามารถถูกสังเคราะห์ในสภาพอ่อนทำให้ biocatalysts เป็นทางเลือกกำหนดการสำหรับการผลิต chemicals(35) ใช้ และซับซ้อนหลายเทียบกับระบบการแยกเอนไซม์ biocatalyst เซลล์ทั้งหมดจะคุ้มค่ามากใน
เงื่อนไขการผลิต โดยเฉพาะอย่างยิ่งในระบบที่ต้องการการฟื้นฟูของ co-factors(16) และ
เกี่ยวข้องกับเอนไซม์หลายส่วนประกอบ หรือผูก กับเมมเบรน พื้นผิวเป็นไปได้ต่าง ๆ และผลิตภัณฑ์ อย่างไรก็ตาม เป็นน้ำ immiscible และจึง ต้องใช้หรือสารทำละลายสำหรับ solubilization แม้ว่าระยะตัวทำละลายในระบบอินทรีย์อควี two-phase สามารถใช้เป็นวิธีการที่จะเอาชนะความเป็นพิษของพื้นผิวและผลิตภัณฑ์เป็นอย่างดีเป็นผลิตภัณฑ์ใน situ กู้คืน ความเป็นพิษของเฟสตัวทำละลายตัวเองได้กลายเป็น คืนที่สำคัญในการใช้งานของเซลล์ทั้งหมด biocatalysts โชคดี ค้นพบล่าสุดของตัวทำละลายป้องกันแบคทีเรียได้ biocatalysis เซลล์ทั้งหมดในระบบอินทรีย์อควี two-phase สัญญาเพิ่มเติมการ
แบคทีเรียป้องกันตัวทำละลายอินทรีย์
แบคทีเรียป้องกันตัวทำละลายอินทรีย์เป็นกลุ่มเฉพาะของ extremophilic จุลินทรีย์ที่สามารถเจริญเติบโตในสภาพแวดล้อมที่มีความเข้มข้นสูงของ solvents(19) แบคทีเรียเหล่านี้ได้รับการพิจารณา
จะอาจมีประโยชน์ในหลายโปรแกรมประยุกต์เปลี่ยนแปลงจุลินทรีย์เพื่อสิ่งแวดล้อมเช่นของสำหรับผลิต chemicals(32) ที่มีคุณค่า แม้ว่าส่วนใหญ่ของแบคทีเรียทนกับตัวทำละลายที่รายงานฉะนี้เป็นแบคทีเรียแกรมลบ จำนวนแบคทีเรีย Grampositive บางครั้งกับระดับขีดจำกัดที่เป็นตัวทำละลายสูง

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

ทั้งห้องขัง biocatalysts จากอินทรีย์สารทำละลายอย่างต่อเนื่องเมื่อเกิดข้อบกพร่องแบคทีเรีย
thunyarat pongtharangkul 1 และอลิษาขจรไช S vangnai 2 ~ 1 กรมของ เทคโนโลยีชีวภาพ ,คณะวิทยาศาสตร์มหาวิทยาลัยมหิดล,
2 กรมของชีวเคมีคณะวิทยาศาสตร์จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย.

นามธรรมbiocatalyst ทั้งหมด - บริการข้อมูลของสถานีฐานคาดว่าจะเป็นหนึ่งในเครื่องมือที่สำคัญมากที่สุดในการสังเคราะห์ทางอุตสาหกรรมของสารเคมีเป็นจำนวนมากและ intermediates agrochemical และโรงงานอุตสาหกรรมผลิตยาและสารประกอบ bioactive การใช้เซลล์ทั้งหมดไม่เพียงเป็นวิธีการสำหรับการสร้างและการผลิตประหยัดต้นทุนในการเอนไซม์ cofactors เช่น NAD ( P ), Hแต่ยังช่วยให้การใช้กำลังการผลิตของ multicomponent และเอ็นไซม์เยื่อ - ผูกพันใน biotransformation ของสารเคมี เป็นสินค้าและ substrates ไปได้หลายประการอย่างไรก็ตามอย่างประหยัดน้ำละลายน้ำหรือน้ำผสมกันไม่ได้ระยะที่สองของอินทรีย์สารทำละลายเป็นสิ่งจำเป็น การพัฒนาของแพลตฟอร์มตัวทำละลายอย่างต่อเนื่องเมื่อเกิดข้อบกพร่องจุลินทรีย์มีผลบังคับใช้อยู่ดังนั้นขั้นตอนที่จำเป็นที่จะทำให้ biocatalyst ทั้งหมด - บริการข้อมูลของสถานีฐานที่มีผลบังคับใช้สำหรับการผลิตสารเคมี waterimmiscible . ตัวอย่างของหลาย biocatalysts ทั้งหมด - บริการข้อมูลของสถานีฐานที่ใช้แบคทีเรียตัวทำละลาย - ใจกว้างอินทรีย์มีการแสดง.
คีย์เวิร์ด biotransformation อุตสาหกรรมระบบ

ซึ่งจะช่วยแนะนำทางเคมีสอง - ผสมน้ำยาทำความสะอาดประกอบรัฐธรรมนูญว่าขั้นตอน - ที่เกิดจากน้ำไม่เพียงใช้จำนวนมหาศาลของพลังงานและทรัพยากรกำลังร่อยหรอ
แต่ยังมีเชื้อด้วยคลอรีนมลพิษจากโรงงานอุตสาหกรรมและขยะพิษ ดังนั้นจึงมีความพยายามในการดำเนินการในการพัฒนากระบวนการทางเคมีอุตสาหกรรมมากขึ้นเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม การนำไปใช้งานได้ของ'แนวความคิด'เคมีสีเขียวอยู่ในที่ที่ควรจะได้รับสารเคมีสังเคราะห์ความถี่ในลักษณะที่ ปลอดภัย และการใช้พลังงานอย่างมี ประสิทธิภาพ
ซึ่งจะช่วยให้มีผลกระทบต่อ สภาพแวดล้อม ต่ำสุดใน( 1 )เน้นบทบาทหน้าที่ของกระบวนการ biocatalysisข้อเท็จจริงที่ว่าสูงระบบสเตอริโอหรือ enantiomerically บริสุทธิ์ ผลิตภัณฑ์ สามารถสังเคราะห์ความถี่ในที่อ่อนโยน สภาพ ทำให้ biocatalysts ที่มีอนาคตไกลทางเลือกสำหรับการผลิตหลายทางเลือกและคอมเพล็กซ์สารเคมี( 35 )เปรียบเทียบกับที่แยกเอนไซม์ระบบ, - เซลล์ biocatalyst มีค่าใช้จ่ายที่ต่ำกว่ามี ประสิทธิภาพ ใน
ซึ่งจะช่วยด้านการผลิตโดยเฉพาะในระบบที่ต้องใช้การสร้างความร่วมมือของปัจจัยด้าน( 16 )และ
มีส่วนร่วมกับเอ็นไซม์แบบมัลติ - คอมโพเนนต์หรือเยื่อ - ผูกพัน ผลิตภัณฑ์ และ substrates ศักยภาพ ต่างๆแต่ถึงอย่างไรก็ตามมีน้ำผสมกันไม่ได้และต้องมีการใช้สารตัวทำละลายสำหรับ solubilization แม้ว่าช่วงตัวทำละลายในร่างพระราชบัญญัติประกอบรัฐธรรมนูญ - ที่เกิดจากน้ำระบบสองขั้นตอนสามารถใช้เป็นวิธีการที่จะเอาชนะความเป็นพิษของ ผลิตภัณฑ์ และ substrates รวมทั้งเพื่อเป็นการกู้คืนสินค้าในที่เดิมความเป็นพิษของขั้นตอนตัวทำละลายได้ในตัวมันเองได้กลายเป็นอุปสรรคสำคัญที่อยู่ในแอปพลิเคชันของ biocatalysts ทั้งหมด - บริการข้อมูลของสถานีฐาน อย่างไรก็ตามการค้นพบเมื่อไม่นานมานี้ของเชื้อแบคทีเรียสารทำละลายอย่างต่อเนื่องเมื่อเกิดข้อบกพร่องได้ทำ biocatalysis ทั้งหมด - บริการข้อมูลของสถานีฐานในระบบสองขั้นตอนประกอบรัฐธรรมนูญว่าด้วย - ที่เกิดจากน้ำที่มีอนาคตไกลมากขึ้น.เชื้อแบคทีเรียสารทำละลายอย่างต่อเนื่องเมื่อเกิดข้อบกพร่อง

ตามมาตรฐานเกษตรอินทรีย์แบคทีเรียตัวทำละลายอย่างต่อเนื่องเมื่อเกิดข้อบกพร่องประกอบรัฐธรรมนูญถือเป็นกลุ่มที่โดดเด่นของจุลชีพ extremophilic ที่สามารถประสบความสำเร็จได้ใน สภาพแวดล้อม ที่มีความเข้มข้นสูงของตัวทำละลาย( 19 ) แบคทีเรียเหล่านี้ได้รับการพิจารณาให้เป็น
จะเป็นประโยชน์ให้เกิดในแอปพลิเคชันจำนวนมากมีการปฏิรูปจุลินทรีย์สำหรับการแก้ไขปัญหาด้านสิ่งแวดล้อมและการผลิตการใช้สารเคมีอันมีค่า( 32 )แม้ว่าเชื้อแบคทีเรียสารทำละลายอย่างต่อเนื่องเมื่อเกิดข้อบกพร่องที่ได้รับรายงานว่ามีมากที่สุดกรัม - ลบหมายเลขของแบคทีเรีย grampositive บางครั้งแม้จะมีระดับสูงขึ้นตัวทำละลาย Fault Tolerance .