مبتدی (مناسب برای درک مفهوم کلی مطلب)

F1826

نوکلئاز انگشت روی (ZFN) به سرعت تبدیل به ابزار کارآمد برای ویرایش ژن شد که برای ایجاد پستانداران ترانسژن استفاده شد. همانطور که قبلا ذکر شد، اولین مورد از این گزارشات، در مورد تولید رت های knockout (Geurts و همکاران، 2009) بود. رت ها گونه های پستاندارانی هستند که در آن روش رویکرد کلاسیک هدف قرار دادن ژن به علت عدم وجود سلول های معادل ES رت امکان پذیر نبود. در واقع، سلول های ES رت چند ماه قبل از انتشار مطالعه رت knockout جدا شده بودند (Buehr و همکاران 2008). استفاده از ZFN برای تولید پستانداران ترانس ژنیک به سرعت در میان آزمایشگاه های متعدد منتشر شد (Remy و همکاران، 2010) و به زودی نشان داده شد که ZFN در آزمایشات ویرایش ژنوم در موش (Carbery و همکاران، 2010؛ Meyer و همکاران، 2010)، احشام ( یو و همکاران، 2011؛ لیو و همکاران 2013؛ Wei و همکاران، 2015) و خوک ها (Hauschild و همکاران، 2011؛ Carlson و همکاران، 2012؛ Kwon و همکاران 2013؛ چیان و همکاران 2015) با موفقیت همراه بوده است .
بزرگترین تأثیر ZFN احتمالا در گونه های دام بود، زیرا عدم وجود سلول های ES واجد شرایط خاص گونه، تغییرات ژنومی را که نیازمند رویدادهای HR بود را محدود می کرد (Petersen and Niemann 2015). نمونه های خوبی از ZFN برای برنامه های کاربردی دام، با گاوهای اصلاح شده ژنومی با افزایش مقاومت به ماستیت(التهاب پستان) نشان داده شده است (لیو و همکاران، 2014a، b) و یا خوک های اهلی که ژنوم آنها ویرایش شده و حامل یک واریانت ژن RELA مشتق از گراز با هدف انتقال خاصیت بهبودی مرتبط با تب خوک آفریقایی (Lillico et al 2016) هستند.
برنامه های کاربردی ژن درمانی با ZFN همچنین در کشت بافت (مثلا Overlack و همکاران 2012) بکار برده شدند و مورد بررسی قرار گرفتند . این برنامه ها شامل انتقال ساختارهای بیانی برای این نوکلئازهای کایمریک از طریق ذرات مرتبط با ویروس آدنو( (AAV بود (Ellis et al. 2013). به موازات همین، با این حال، برخی از پیامدهای ناخواسته کشف شد. به عنوان مثال، مشاهده شد که اختصاصیت توالی ZFN دقیق نیست و توالی های ژنومی مشابه (که off-targets نامیده می شود) نیز می تواند مورد هدف قرار گیرند و در نهایت با مولکول DNA اهدا کننده ترمیم شود،که این یکی از محدودیت های فعلی نوکلئاز ویرایش ژنوم را برجسته می کند (Radecke و غیره 2010). با این وجود، برخی از مطالعات پری کلینیک استفاده کننده از ZFN در سلول های انسانی تا مرحله آزمایشات بالینی پیشرفت کرده اند؛ همانطور که این مسئله با غیر فعال شدن CCR5 که کو رسپتور اچ آی وی است نشان داده است و توسط مقامات نظارتی ایالات متحده تصویب شده است (Maier et al 2013، Tebas et al.، 2014) .
به عنوان یک نکته نهایی برای این بخش، مشخص شد که متدولوژی ZFN برای آزمایشگاه های زیست شناسی استاندارد به راحتی قابل دسترس نیست و همچنین مقرون به صرفه نیست و این واقعیت ممکن است موفقیت و تاثیر ZFN را در ترانسژنزیس پستانداران محدود کند. در واقع، اگر چه برخی از پلتفرم ها باز برای تولید ZFN (Hermann و همکاران، 2012) ایجاد شد، اکثر آنها توسط شرکت هایی که دارای حق ثبت اختراع برای این فناوری بودند، تجاری شدند (Swarthout و همکاران، 2011).
افکتور نوکلئاز شبه فعال کننده رونویسی (TALEN)
در سال 2011، نوع جدیدی از نوکلئاز ویرایش کننده ژنوم ، که به عنوان افکتور نوکلئاز شبه فعال کننده رونویسی( (TALEN شناخته می شود، در این زمینه گزارش شده است، که نشان دهنده یک جایگزین بالقوه برای ZFN است. مشابه آنچه که برای ZFN ذکر شد، TALEN اولین بار برای تولید موش های knockout ، استفاده شد (Tesson et al.، 2011). با وجود اینکه برای هدفگیری ژن در موش ها از سال 1987 پرتکل استاندارد تعریف شد، ویرایش دقیق ژنوم در رت دهه ها امکان پذیر نبود و این مسئله به احتمال زیاد توضیح می دهد که چرا این فن آوری های جدید برای اولین بار در رت استفاده شد و در نهایت به موش منتقل شد. در واقع، به زودی پس از آن، استفاده از TALEN برای ویرایش ژنوم در موشها گسترش یافت، بطوری که تعداد زیادی از مدل های جدیدی knockout به سرعت ایجاد شد (Panda et al. 2013؛ Sung et al. 2013؛ Wang et al. 2013a؛ Wefers et al. 2013) . TALEN نیز برای تولید گونه های حیوانی که ژنوم آنها ویرایش شده (Carlson et al. 2012)، از جمله خوک ها (Xin et al. 2013)، بز (Cui و همکاران، 2015)، گوسفند و گاو (Proudfoot et al. 2015؛ Wei و همکاران 2015) و پریمت های غیر انسانی (Liu et al 2014a، b) استفاده شد. باز هم همانند آنچه که برای ZFN مشاهده شد، TALEN به عنوان ابزار قوی و قابل اعتماد برای چندین کاربرد بیوتکنولوژی و زیست پزشکی در دام ها شناخته شده است و به ویژه به عنوان یک استراتژی کارآمد برای تولید مدل های بزرگ حیوانات از بیماری های انسانی به کار گرفته شده است(Whitelaw et al 2016 ). برنامه های کاربردی کشاورزی با استفاده از TALEN شامل تولید گاوهای اصلاح شده ژنومی بدون شاخ ، مطابق با یک آلل جهش یافته طبیعی (Tan و همکاران 2013) و یا تولید گاو اصلاح شده ژنومی با افزایش مقاومت به سل است (Wu et al. 2015).
در حالی که TALEN دارای شباهت هایی با ZFN است، برخی تفاوت های جذاب نیز وجود دارد. هر دو ZFN و TALEN پروتئین های کایمریکی هستند که بوسیله اتصال یک DNA-binding domain با دمین اندونوکلئاز مشابه ، از رستریکشن آنزیم FokI ایجاد شده اند. آنها همچنین به عنوان دایمر عمل می کنند، بدین ترتیب یک جفت از ZFN یا TALEN همیشه باید در نظر گرفته شود تا مکان ژنومی مورد نظر را هدف قرار داهند. این به طور معمول از طریق الگوریتم های مبتنی بر وب به دست می آید که به محققان کمک می کند تا بهترین توالی های DNA هدف را در هر دو رشته در لوکوس هدف پیدا کنند. (Periwal 2016). با این حال، در حالی که ZFN به طور کامل در آزمایشگاه ، با اختصاصیت اتصال به DNA مشخص، بر اساس یک کد احتمالی که گروه های سه اسید آمینه ای را با سه نوکلئوتید لینک می کند، مهندسی شده است ؛ TALEN حاصل از پروتئین TALE است که در طبیعت وجود دارد و توسط برخی از پاتوژن های آلوده کننده گیاهی استفاده می شود تا آنها بتوانند دستگاه های سلولی را برای حمایت از چرخه زندگی پاتوژن به کار گیرند (موسولینیو و کاتومان 2012). از طریق بررسی سیستماتیک پروتئین های متعدد TALE، رمزگشایی یک کد مرتبط با دو آمینو اسید دقیق موجود در درون پروتئین با ظرفیت آن برای اتصال به یک نوکلئوتید مشخص، امکان پذیر بود (Bochtler 2012). بر خلاف ZFN، که به یک شرکت اختصاص داده شده بود و باید از طریق آن سفارش داده می شد، تولید TALEN مهندسی شده بصورت لوکال راحت بود. در واقع هر آزمایشگاه بیولوژی مولکولی می تواند به راحتی یک مجموعه بزرگ از عوامل واسطه ای را که به صورت پلاسمید در دسترس هستند، خریداری کند، که می تواند برای تولید TALEN سفارشی با استفاده از پروتکل کلونینگ گام به گام گلدن گیت بر اساس کاربرد ابتکاری از آنزیم های محدود الاثر نوع II برای سرهم بندی قطعات DNA مورد استفاده قرار گیرد ( DNA Cermak et al 2015، Sakuma و Yamamoto 2016). از لحاظ تئوری، کیت مونتاژ گلدن گیت و پروتکل آن، امکان طراحی و تولید آسان هر TALEN ای را مطابق با توالی DNA هدف فراهم می کند. در واقع، با این وجود، این فرایند می تواند طولانی و پر زحمت باشد زیرا پلاسمید های متعددی برای تولید یکی از این نوکلئازهای مهندسی شده مورد نیاز است. علاوه بر این، اینکه آیا TALEN نهایی، در نهایت می تواند توالی DNA مورد نظر را مورد هدف قرار دهد و آنرا برش دهد یا خیر ، متاسفانه غیر قابل پیش بینی باقی می ماند و تنها با تایید هر TALEN جدید تولید شده در آزمایشگاه و in vivo ( (Seruggia and Montoliu 2014) حل و فصل می شود.
افکتور نوکلئاز شبه فعال کننده رونویسی (TALEN) همچنین برای برنامه های ژن درمانی کاربرد دارد که در آن تعدادی از راهبردهای پری کلینیکال، از جمله سلول های بنیادی پرتوان انسانی القا شده (iPSC)، با موفقیت مورد بررسی قرار گرفته اند (به عنوان مثال Osborn et al. 2013؛ Ramalingam et al. 2014؛ Biffi 2015؛ Garate et al. 2015).
در زمینه ژنتیک موش، TALEN به عنوان یک ابزار ویرایش ژنوم امکان کاربردهای بزرگی را فراهم کرده است . بعنوان مثال یک مطالعه با هدف اصلاح جهش موثر بر عملکرد شبکیه ای که در ارتباط با موش های C57BL / 6N دیده می شود، انجام شد .این نوع موش ها یکی از شایع ترین گونه های موشی inbred هستند که در حال حاضر توسط کنسرسیوم بین المللی فنوتایپینگ موش مورد استفاده قرار می گیرد (IMPC؛ http: //www.mousefhenotype. org). این جهش غیر منتظره می تواند تفسیر فنوتیپ چشم موتاسیون های موشی اضافی تولید شده در پس زمینه ژنتیکی مشابه را مختل کند (Mattapallil et al.، 2012). محققان از TALEN برای اصلاح جهش های اختصاصی C57BL / 6 N در لوکوس Crb1 (آلل جهش یافته rd8) استفاده کردند و موشهای C57BL / 6N با ژنوم ویرایش شده بدون دژنراسیون شبکیه را تولید کردند (Low et al.، 2014).

تناوب‌هایِ کوتاهِ پالیندرومِ فاصله‌دارِ منظمِ خوشه‌ای( کریسپر) و پروتئین های مرتبط با کریسپر (Cas)
در سال 2013، جامعه علمی یک ابزار جدید ویرایش ژنوم با توانایی قابل ملاحظه ای برای ایجاد تغییرات ژنومی دقیق با راندمان بالا را کشف کرد و این سیستم در عین حال در هر آزمایشگاه بیولوژی مولکولی بسیار کاربردی بود. این تکنولوژی مخرب در سال 2012 توسط حداقل دو گروه مختلف (Jinek و همکاران 2012؛ Gasiunas و همکاران 2012) پیش بینی شده بود، اما تا سال 2013، زمانی که ظرفیت آن به عنوان یک ابزار قدرتمند ویرایش ژنوم قابل اثبات بود، خیلی مورد توجه نبود. تناوب‌هایِ کوتاهِ پالیندرومِ فاصله‌دارِ منظمِ خوشه‌ای( کریسپر) و پروتئین های مرتبط با کریسپر (Cas) اجزای یک سیستم ایمنی اکتسابی هستند که بیش از دو دهه پیش در پروکاریوتها کشف و بررسی شده است (Mojica and Montoliu 2016). سیستم CRISPR-CAS و یا ساده تر ابزار CRISPR، اولین بار برای آزمایش ژنوم در سلول های پستانداران در کشت مورد بررسی و استفاده قرار گرفت (Cong و همکاران 2013؛ مال و همکاران 2013) و کمی بعد از آن در موش مورد بررسی قرار گرفت (Wang et al. 2013b) . بلافاصله مشخص شد که این ابزار ویرایش ژنوم نسل سوم ساده ترین، قوی ترین و کارآمدتر از هر چهار روش نوکلئاز گزارش شده، یعنی meganucleases، ZFN، TALEN و CRISPR خواهد بود.
ابزار CRISPR از یک سیستم دفاعی اکتسابی که در بسیاری از آرکی ها و باکتری یافت می شود، مشتق شده است. به طور خلاصه، سیستم CRISPR نیاز به دو جزء اساسی دارد: یک مولکول کوچک RNA، که مسئول جفت شدن با توالی همولوگ DNA در سایت هدف است و یک Endonuclease DNA ، که DNA را برش می دهد و DSB منحصر به فرد را در محدوده انتخابی که توسط مولکول کوتاه RNA هدایت می شود، را تولید می کند. مولكول RNA کوچک ذکر شده در واقع معادل مولكول اصلی RNA كه توسط پروكاریوتها مورد استفاده قرار می گیرد یعنی crRNA و tracrRNA است و این RNA ها به ترتیب مسئول جفت شدن با توالی هدف و تعامل با Cas endonuclease هستند. دو مولکول کوچک RNA به صورت سنتتیک برای ایجاد یک RNA راهنما (sgRNA) و یا به اختصار gRNA توسط آزمایشگاههای جنیفر دوند و امانوئل چارپینتر در مقاله آنها در سال 2012 با هم ادغام شدند ، به این ترتیب این سیستم را که قبلا خودش نسبتا ساده بود، ساده تر می کند (Jinek et al.، 2012). شایع ترین ابزار CRISPR از سیستم CRISPR-CAS موجود در Streptococcus pyogenes مشتق شده است ، که در آن Cas endonuclease مربوطه، Cas9 است . به همین دلیل، ابزار CRISPR اغلب به عنوان CRISPR-Cas9 گزارش می شود. با این حال، از آنجایی که در حال حاضر ما می دانیم که انواع مختلفی از سیستم CRISPR در پروکاریوت ها وجود دارد، هر یک از آنها با مجموعه ای متفاوت از پروتئین های Cas (Makarova و همکاران 2015) همراه است، توصیه می شود به این ابزار ها به عنوان CRISPR-CAS یا حتی سادهتر، ابزارهای CRISPR اشاره شود (Mojica و Montoliu 2016).

مقالات انگلیسی و ترجمه های فارسی رایگان با فرمت PDF آماده دانلود رایگان میباشند

همچنین ترجمه مقاله با فرمت ورد نیز قابل خریداری و دانلود میباشد

مقاله انگلیسی رایگان (PDF)

ترجمه فارسی رایگان (PDF)

خرید ترجمه با فرمت ورد

فهرست مقاله:

چکیده
1- مقدمه
2- نتایج و بحث
2-1 داده های ترکیب هولوترین A MALDI-MS/MS در حالت یون مثبت
2-2 قطعات کلیدی و تشریح ساختاری ساپونین های جدید
2-3 آنالیز ساپونین ها با ESI-MS
2-3-1 جرم مولکولی ساپونین ها با ESI
2-3-2 تشریح ساختار ساپونین ها با ESI-MS/MS
3- بخش ازمایشی
3-1 نمونه خیار دریایی
3-2 پروتکل عصاره گیری
عصاره گیری ساپونین ها
3-3 تخلیص عصاره
3-4 کروماتوگرافی لایه نازک(TLC)
3-5 کروماتوگرافی جدایش گریز از مرکز با کارایی بالا HPCPC یا CPC 
3-6 طیف سنج جرمی
3-6-1 MALDI-MS
3-6-3 ESI-MS
4- نتیجه گیری

بخشی از ترجمه فارسی مقاله:

1- مقدمه
راب دریایی، بی مهره های دریایی غیر متحرک می باشند که عموما موسوم به خیار های دریایی، جنیسینگ دریایی، بک دی مر یا گامات(1-2) بوده و متعلق به رده هولوتوریده از راسته اکینودرماتا می باشد. خیار های دریایی تولید ترکیبات متعدد با کارکرد های متنوع کرده و منابع بالقوه محصولات کشاورزی یا کشاورزی- شیمیایی، افزودنی های غذایی، دارویی و آرایشی بهداشتی(3-5) می باشند. به همین دلیل است که در زبان چینی موسوم به جینسینگ دریایی است.
اگرچه خیار های دریایی حاوی انواع مختلفی از ترکیبات طبیعی می باشند، ساپونین ها مهم ترین و فراوان ترین متابولیت های ثانویه می باشند(6-12). ساپونین ها به عنوان یک ترکیب زیست فعال اصلی در دارو های گیاهی هند و چین گزارش شده است.
ساپونین های خیار دریایی دارای طیف وسیعی از خواص دارویی به دلیل خواص و فعالیت های قلبی و عروقی، سیستم ایمنی، سیتوتوکسیک، ضد آسم، ضد اگزما، ضد التهاب، ضد آرتریت، ضد اکسیدان، ضد دیابت، ضد باکتری، ضد ویروسی، ضد سرطان، ضد رگ زایی، ضد قارچ، همولیتیک، سیتو استاتیک، پایین آورنده کلسترول خون، کاهش قند خون و ضد دمانس و فراموشی می باشند( 4-7-13-24).
ساپونین ها، ترکیبات آمفی پاتیک هستند که عموما دارای یک ساختار تری ترپنی یا استروییدی یا اگلیکونی می باشند. ساپونین های تری ترپنویید دارای آگلیکون هایی هستند که متشکل از 30 کربن می باشند، و این در حالی است که ساپونین های استروییدی دارای آگلیکون های با 27 کربن بوده و در طبعیت به ندرت یافت می شوند(4).
ساپونین های تری ترپن متعلق به یکی از رایج ترین و متنوع ترین گروه های محصولات و فراورده های طبیعی می باشند که به فراوانی تولید می شوند. آن ها معمولا موسوم به متابولیت های طبیعی گیاهان خشکی می باشند(25). تعداد کمی از گونه های دریایی متعلق به راسته اکینودرم(26) موسوم به هولوتروید ها( خیار های دریایی)(7، 10، 13، 27-33)، استرویید ها و اسفنج ها از راسته پوریفرا(13، 34-35) تولید ساپونین می کنند.
اکثریت ساپونین های خیار دریایی، که عموما موسوم به هولو تورین ها هستند، گلیکوزید های تری ترپن بوده و متعلق به گروه نوع هولوستان می باشد تا گروه غیر هولوستان(36-37) که متشکل از یک آگلیکون نوع لانوستان-3B- اول حاوی لاکتون در حلقه D تری ترپن تتراسایکلیک ( 3B-20S- دی هیدروکسی-5 الفا- لانوستانو-18-20 لاکتون)(25) می باشد که حاوی زنجیره های جانبی کوتاه و یک قطب کربوهیدرات متشکل از شش واحد مونو ساکاریدی می باشد که با C-3 اگلیکون(7-8-13-37-42) پیوند برقرار می کند.
واحد قند ساپونین های خیار دریایی عمدتا متشکل از D- زایلوز ، D- کوینواز، 3-O-متیل-D- گلوکز، 3-O-متیل-D- زایلوز و D- گلوکز و گاهی اوقات 3-O-متیل- D- کوینواز ، 3-O-متیل-D -گلوکورنیک اسید و 6-O-استیل-D- گلوکز می باشند( 40-41، 43-48). در زنجیره الیگو ساکارید، اولین واحد مونوساکاریدی معمولا زایلوز می باشد، در حالی که 3-O- متیلو کلوگز یا 3-O- متیل زایلور معمولا قند انتهایی است.
اگرچه های تحقیقاتی مختلف به برخی از ساپونین های مشابه نام های متفاوتی(6) را داده اند زیرا آن ها می توانند شامل ترکیبات ایزومری باشند، مرور منابع جامع ما نشان داده است که بیش از 250 گلیکوزید تری ترپن از گونه های مختلف خیار دریایی گزارش شده اند([7،13،18،25،29،41،44،49،50]. آنها به چهار دسته ساختاری اصلی بر اساس قطب های آگلیکون خود طبقه بندی می شوند: ساپونین های گروه کلیکوزید نوع هولوستان حاوی 1- 3-بتا هیدروکسی هولست-9 (11)- اسکلت آگلیکون 2- ساپونین های با اسکلت 3-بتا- هیدروکسی هولوست-7- و 3-ساپونین های با قطب اگلیکون متفاوت با د دو آگلیکون دیگر هولوستان( سایر اگلیکون های نوع هولوستان) و 4- یک آگلیکون غیر هولوستان(25، 38، 46، 51،52).
یکی از ارزشمند ترین ویژگی های بسیاری از ساپونین ها از موجودات دریایی،سولفاسیون آگلیکون ها یا قطب های قند می باشد(4). در ساپونین های خیار دریایی، سولفاسیون زنجیره الیگو ساکارید در بقایای Xyl, Glc و MeGlc گزارش شده اند[38،40،46،53،54]. بیشتر آن ها، گلیکوزید های مونوسولفات می باشند که دارای تعداد کمی از گلیکوزید های دی و تری سولفات هستند. تنوع ساپونین با موقعیت پیوند های مضاعف و گروه های جانبی در آگلیکون بهبود می یابد.
گلیکوزید های تری ترپن یک مکانیسم دفاعی می باشند زیرا آن ها برای بسیاری از موجودات کشنده و مضر هستند(6-10، 12، 55-57). بر عکس، مطالعه اخیر نشان داده است که این مواد شیمیایی دافع ، کایرومون هایی هستند که همزیست ها را جذب کرده و به عنوان سیگنال های شیمیایی استفاده می شوند(58). با این حال، در خیار دریایی، گزارش شده است که ساپونین ها دارای دو نقش تنظیم کننده در طی تولید مثل می باشند 1- پیش گیری از بلوغ اوسیت 2- به عنوان یک واسطه گامتوژنز عمل می کند(18-59).
طیف وسیعی از ویژگی های زیستی و کارکرد های فیزیولوژیکی مختلف عصاره های خیار دریایی با تنوع ساختار شیمیایی بالا و فراوانی متابولیت های آن ها موجب شده اند تا محققان به مطالعه پتانسیل استفاده از خیار دریایی به عنوان یک منبع جایگزین موثر برای دارو های آینده بپردازند. با این حال، تعداد زیادی از ساختار های بسیار مشابه گلیکوزید های ساپونین موجب بروز مشکلاتی در تخلیص آن ها شده و تشریح ساختاری کامل این مولکول ها به خصوص ایزومر ها موجب گردیده است تا انجام آزمون هایی برای تعیین روابط ساختار- فعالیت سخت باشد که این مسئله منجر به توسعه ترکیبات جدید با کاربرد های تجاری شده است(16). به این ترتیب، برای غلبه بر این مسئله، ما از کروماتوگرافی جدایشی گریز از مرکز با کارایی بالا HPCPC برای تخلیص موفق ساپونین ها در این مطالعه استفاده می کنیم. کروماتوگرافی جدایشی گریز از مرکز با کارایی بالا HPCPC در تخلیص حجم زیادی از یک نمونه معین کارامد تر بوده و در عین حال موجب کاهش مصرف حلال با عملکرد بالا در مقایسه با سایر روش های کروماتوگرافی سنتی دیگر می شود.
هدف این پروژه، شناسایی ترکیبات زیست فعال جدید از احشاء( همه اندام های درونی به جز دیواره بدن) خیار دریایی استرالیایی Holothuria lesson ( ماسین و همکاران 2009)( ماسه ماهی طلایی) با تاکید بر ساپونین ها می باشد. خیار دریایی Holothuria lesson به این دلیل انتخاب شد که یک گونه جدید شناسایی شده هولوترین بوده و در آب های استرالیا فراوان است. اگرچه تنها تعداد کمی از مطالعات به مقایسه محتویات و مقادیر ساپونین دیواره بدن با لوله های اسفنجی در سایر گونه ها(50، 60-62) پرداخته اند، با این حال تا آن جا که می دانیم، هیچ مطالعه ای به بررسی میزان ساپونین های دیواره بدن یا احشاء Holothuria lesson نپرداخته است. خیار های دریایی اندام های درونی خود را به عنوان یک مکانیسم دفاعی موسوم به تخلیه شکم بیرون می ریزند، یک واکنشی که شامل آزاد سازی اندام های تنفسی، روده، و غدد جنسی از طریق مقعد می باشد(50، 59، 61، 63-68).فرضیه ما این است که دلیل این فرم از دفاع به این دلیل است که دارای سطوح بالایی از ترکیبات می باشد که شکارچیان را دفاع می کند(60، 61، 69، 70). به علاوه، نتایج این پروژه به شناسایی مزایای اقتصادی تبدیل احشاء خیار دریایی به محصولات و فراورده های مهم و با ارزش برای صنعت و سلامت انسان کمک می کند.
طیف سنج جرمی زمان پرواز یونشی/ واجذبی لیزر به کمک ماتریس (MALDI-ToF/MS) و روش های طیف سنجی جرمی یونشی الکتروسپری (ESI-MS) امکان یونیزاسیون نرم مولکول های زیستی بزرگ را می دهد که یک یک چالش اصلی بوده است(71). از این روی MALDI و ESI-MS و MS/MS برای تشخیص ساپونین ها و تشریح ساختار آن ها انجام شد.

بخشی از مقاله انگلیسی:

1. Introduction

Holothurians are sedentary marine invertebrates, commonly known as sea cucumbers, trepang, bêche-de-mer, or gamat [1,2], belonging to the class Holothuroidea of the Echinodermata phylum. Sea cucumbers produce numerous compounds with diverse functions and are potential sources of agricultural or agrochemical, nutraceutical, pharmaceutical and cosmeceutical products [3–5]. It is for this reason they are called ―marine ginseng‖ in Mandarin. Even though sea cucumbers contain different types of natural compounds, saponins are their most important and abundant secondary metabolites [6–12]. Saponins are reported as the major bioactive compound in many effective traditional Chinese and Indian herbal medicines. Sea cucumber saponins are known to have a wide range of medicinal properties due to their cardiovascular, immunomodulator, cytotoxic, anti-asthma, anti-eczema, anti-inflammatory, anti-arthritis, anti-oxidant, anti-diabetics, anti-bacterial, anti-viral, anti-cancer, anti-angiogenesis, anti-fungal, hemolytic, cytostatic, cholesterol-lowering, hypoglycemia and anti-dementia activities [4,7,13–24]. Saponins are amphipathic compounds that generally possess a triterpene or steroid backbone or aglycone. Triterpenoid saponins have aglycones that consist of 30 carbons, whereas steroidal saponins possess aglycones with 27 carbons, which are rare in nature [4]. Triterpene saponins belong to one of the most numerous and diverse groups of natural occurring products, which are produced in relatively high abundance. They are reported primarily as typical metabolites of terrestrial plants [25]. A few marine species belonging to the phylum Echinodermata [26] namely holothuroids (sea cucumbers) [7,10,13,27–33] and asteroids, and sponges from the phylum Porifera [13,34,35] produce saponins. The majority of sea cucumber saponins, generally known as Holothurins, are usually triterpene glycosides, belonging to the holostane type group rather than nonholostane [36,37], which is comprised of a lanostane-3β-ol type aglycone containing a γ-18 (20)-lactone in the D-ring of tetracyclic triterpene (3β,20S-dihydroxy-5α-lanostano-18,20-lactone) [25] sometimes containing shortened side chains, and a carbohydrate moiety consisting of up to six monosaccharide units covalently connected to C-3 of the aglycone [7,8,13,37–42]. The sugar moiety of the sea cucumber saponins consists mainly of D-xylose, D-quinovose, 3-O-methyl-D-glucose, 3-O-methyl-D-xylose and D-glucose and sometimes 3-O-methyl-D-quinovose, 3-O-methyl-D-glucuronic acid and 6-O-acetyl-D-glucose [40,41,43–48]. In the oligosaccharide chain, the first monosaccharide unit is always a xylose, whereas either 3-O-methylglucose or 3-O-methylxylose is always the terminal sugar. Although some identical saponins have been given different names by independent research groups [6] as they could be isomeric compounds, our comprehensive literature review showed that more than 250 triterpene glycosides have been reported from various species of sea cucumbers [7,13,18,25,29,41,44,49,50]. They are classified into four main structural categories based on their aglycone moieties; three holostane type glycoside group saponins containing a (1) 3β-hydroxyholost-9 (11)-ene aglycone skeleton; (2) saponins with a 3β-hydroxyholost-7-ene skeleton and (3) saponins with an aglycone moiety different to the other two holostane type aglycones (other holostane type aglycones); and (4) a nonholostane aglycone [25,38,46,51,52]. One of the most noteworthy characteristics of many of the saponins from marine organisms is the sulfation of aglycones or sugar moieties [4]. In sea cucumber saponins, sulfation of the oligosaccharide chain in the Xyl, Glc and MeGlc residues has been reported [38,40,46,53,54]. Most of them are mono-sulfated glycosides with few occurrences of di- and tri-sulfated glycosides. Saponin diversity can be further enhanced by the position of double bonds and lateral groups in the aglycone. Triterpene glycosides have been considered a defense mechanism, as they are deleterious for most organisms [6–10,12,55–57]. In contrast, a recent study has shown that these repellent chemicals are also kairomones that attract the symbionts and are used as chemical ―signals‖ [58]. However, in the sea cucumber, it has been suggested that saponins may also have two regulatory roles during reproduction: (1) to prevent oocyte maturation and (2) to act as a mediator of gametogenesis [18,59]. The wide range of biological properties and various physiological functions of sea cucumber extracts with high chemical structural diversity and the abundance of their metabolites have spurred researchers to study the ability of sea cucumbers to be used as an effective alternative source for potential future drugs. However, the large number of very similar saponin glycosides structures has led to difficulties in purification, and the complete structure elucidation of these molecules (especially isomers), has made it difficult to conduct tests to determine structure-activity relationships, which can lead to the development of new compounds with commercial applications [16]. Therefore, in order to overcome this problem, we employed High Performance Centrifugal Partition Chromatography (HPCPC) to successfully purify saponins in this study. HPCPC is more efficient in purifying large amounts of a given sample and also lower solvent consumption with high yields compared to other conventional chromatography methods. This project aims to identify and characterize the novel bioactive compounds from the viscera (all internal organs other than the body wall) of an Australian sea cucumber Holothuria lessoni Massin et al. 2009 (golden sandfish) with an emphasis on saponins. H. lessoni was selected because it is a newly-identified Holothurian species, which is abundant in Australian waters. While only a few studies have compared the saponin contents of the body wall with that of the cuvierian tubules in other species [50,60–62], to our knowledge, no study has investigated the contribution of saponins of the body wall or the viscera of Holothuria lessoni. Sea cucumbers expel their internal organs as a defense mechanism called evisceration, a reaction that includes release of the respiratory tree, intestine, cuvierian tubules and gonads through the anal opening [50,58,61,63–68]. We hypothesize that the reason for this ingenious form of defense is because these organs contain high levels of compounds that repel predators [60,61,69,70]. Furthermore, the results of this project may identify the potential economic benefits of transforming viscera of the sea cucumber into high value co-products important to human health and industry. Matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry (MALDI-ToF/MS) and electrospray ionization mass spectrometry (ESI-MS) techniques allow the ―soft‖ ionization of large biomolecules, which has been a big challenge until recently [71]. Therefore, MALDI and ESI-MS, and MS/MS were performed to detect saponins and to elucidate their structures.

تولید اتانول از ملاس و آب پنیر پرمیت با استفاده از مخمر و نژادهای باکتریایی

Production of Ethanol from Molasses and Whey Permeate Using Yeasts and Bacterial Strains

Abstract

The aim of this work is to study the application of molasses and whey permeate as potential sources of carbon for ethanol production. Also, to study the elimination of agro-industrial wastes and consequently, decrease the cost of ethanol production. Sugar cane molasses and whey permeate were used as carbon sources for ethanol production by yeasts and bacterial strains. Different concentrations of sugar (10, 15, 20 and 25%) were used to study fermentation by two yeast strains (Kluyveromyces marxianus NRRL85.54 and Saccharomyces cerevisiae O-14) and one bacterial strain ( Zymomonas mobilis ATCC 10988). Also, Ethanol production was examined by mixture of molasses and whey permeate using these strains and their mixed culture.bResults clearly indicated that the optimal sugar concentration was 10% sugar for high efficiency of ethanol fermentation by Kluyveromyces marxianus NRRL85.54, Saccharomyces cerevisiae O-14 and Zymomonas mobilis ATCC 10988. Results also showed that best agro-industrial waste for ethanol production is whey permeate with K.marixuanus followed by the mixture of molasses and whey permeate (10% sugar concentration) with mixed culture of three strains then molasses with K.marixuanus.

1 Introduction

Ethanol production industry is considered one of the important commercial activities for many countries. There is a world-wide search for alternative methods of energy production from renewable sources .The natural energy resources such as fossil fuel, petroleum and coal are being utilized at a rapid rate and these resources have been estimated to over a few years. Therefore, alternative energy sources such as ethanol, methane and hydrogen are being considered. Ethanol has been trusted as an alternate fuel for the future (Smith, 2007). Ethanol is made from a variety of agricultural products &wastes such as grain, molasses, fruit, whey and sulfite waste liquor. Generally, most of the agricultural products mentioned above command higher prices as foods, and others, eg, potatoes, are uneconomical because of their low ethanol yield and high transportation cost. The energy crisis of the early seventies may have generated renewed interest in ethanol fermentation, but its use still depends on the availability and cost of the carbohydrate relative to the availability and cost of ethylene. Sugar and grain prices, like oil prices, have risen dramatically since 1973 (Klein et al , 2004). The many and varied raw materials used in the manufacture of ethanol via fermentation are conveniently classified under three types of agricultural raw materials: sugar, starches, and cellulose materials. Sugars (Sugar cane, sugar beets, molasses, and fruits) can be converted to ethanol directly. Starches (grains, potatoes, root crops) must first be hydrolyzed to fermentable sugars by the action of enzymes from malt or molds. Cellulose (Wood, agricultural residues, waste sulfite liquor from pulp and paper mills) must likewise be converted to sugars generally by the action of mineral acids. Once simple sugars are formed, enzymes from yeast can readily ferment them to ethanol (Dickinson., 1999) . Molasses is waste product of sugar industry and represents a promising raw material for ethanol production. Brazil is pioneer in large scale motor fuel ethanol production through the fermentation of sugar cane molasses by yeasts. Also in India molasses economically are widely used in alcohol industries. (Schweinitzer and Josenhans., 2010). Whey permeate from dairy industry contributes a significant liquid waste for ethanol production while minimizing the environmental problems associated with its treatment and disposal (Staniszewski et al ., 2007; Fonseca, 2008). Several microorganisms have been considered as ethanologenic microbes. The yeast Saccharomyces cerevisiae and Kluyveromyces marxianus and the facultative bacterium Zymomonas mobilis are better candidates for industrial alcohol production (Mohammed et al., 2001; Alfenore et al., 2004). The main aim of the present study to recycling of the agro industrial wastes to reduce the financial cost of the process and the potential of molasses and whey permeate as substrates for ethanol production by yeast and bacterial strains.

بهینه سازی پوشش هوایی در مدیریت کشاورزی دقیق: رویکرد الهام گرفته از هارمونی موسیقی

Aerial coverage optimization in precision agriculture management: A musical harmony inspired approach

Abstract

The coverage path planning (CPP) problem belongs to a sub-field of motion planning where the goal is to compute a complete coverage trajectory from initial to final position, within the robot workspace subjected to a set of restrictions. This problem has a complexity NP-complete, and has no general solution. Moreover, there are very few studies addressing this problem applied to aerial vehicles. Previous studies point out that the variable of interest to be optimized is the number of turns. Thus, by minimizing the number of turns, it can be ensured that the mission time is likewise minimized. In this paper, an approach to optimize this cost variable is proposed. This approach uses a quite novel algorithm called Harmony Search (HS). HS is a meta-heuristic algorithm based on jazz musician’s improvisation through a pleasant harmony. Finally, the results achieved with this technique are compared with the results obtained with the previous approach found in the literature.

1 Introduction

Coverage path planning problem is the computation of a path that passes through all the required points in the workspace from a starting point to a final point. This problem has been mostly addressed to Unmanned Ground Vehicles (UGVs) applied in cleaning, farming, de-mining, etc. The

problem of covering a determinate area with an Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) is directly related to the aforementioned problem. However, the aerial coverage path planning (CPP) problem is subjected to harder restrictions. Typically, UAV’s have limited working cycles compared with ground robots (i.e. the mission time has to be carefully optimized). Furthermore, they are not able to take off or land in random places (initial and final positions are usually pre-defined).

Depending on the application, the problem restrictions can slightly change. Herein, the problem of covering a wide area with an irregular shape is considered for mosaicking purpose. Mosaicking is the technique of mapping an overall area by stitching a set of geo-referenced images acquired. In order to achieve this objective with an UAV, the workspace is sampled by using a regular grid (kind of Sukarev grid), where each cell corresponds to an image sample. Then, a complete coverage trajectory must be generated ensuring that no points are revisited, taking into account pre-defined take off and landing positions, a required minimum number of turns. In this way, the coverage time is minimized.

The study case presented is based on a vineyard parcel (see Fig. 1), since irregular shape fields are more challenging for addressing the related problem. Mosaicking procedures can be applied in vineyards parcels for weeding, frost monitoring, fruit maturity, as well as for measuring other biophysical parameters of interest.

The organization of the paper is as follows: After this brief introduction, Section 2 reviews some related works. Section 3 introduces the HS algorithm and shows how the CPP problem is addressed by employing this optimization technique. Section 4 presents the results obtained and makes a comparison with other techniques. Finally, Section 5 provides the concluding remarks of this work.

مروری بر فرآورده های غذایی اصلاح شده ژنتیکی: مزایا، خطرات، ایمنی سلامت و قوانین مربوطه

An overview of genetically modified food products: Benefits, risks, health safety and related regulations

 مقدمه
افزایش جمعیت دنیا، موجب افزایش نیاز به محصولات و فراورده های غذایی شده است. رفع این نیاز یک چالش مهم پیش روی بسیاری از کشور های در حال توسعه است. بسیاری از فناوری های مدرن کارامد، برای استفاده در صنایع غذایی، توسعه یافته اند که برخی از آن ها شامل اصلاح روش های کشت، استفاده از واریته های اصلاح شده و اصلاح روش های حفاظت از محصولات کشاورزی هستند. در این راستا، استفاده از واریته های اصلاح شده ژنتیکی از طریق فناوری های کشاورزی مدرن نظیر بیوتکنولوژی، یک شیوه دست یابی به ایمنی غذایی است( فالک و همکاران 2002، راهنما 2009).
پژوهشگران، با استفاده از بیوتکنولوژی قادر به تولید موجودات اصلاح شده ژنتیکی ( مخمر ها و باکتری ها) با ویژگی های مناسب می باشند. اجزای مهم بیوتکنولوژی در کشاورزی بر مبنای یک سری اصول هستند از جمله انکوباسیون بافت ها و سلول های گیاهی، استفاده از نشانگر های DNA نوترکیب و نیز مهندسی ژنتیک. دو مورد آخر یعنی استفاده از نشانگر های DNA نوترکیب و مهندسی ژنتیک شامل انتقال مصنوعی ژن ها یا قطعات ژنی از یک ارگانیسم به ارگانیسم دیگر به منظور تولید صفات مطلوب جدید در گیاه یا جانور گیرنده می باشد. موز و سیب زمینی اصلاح شده ژنتیکی مقاوم به نماتد ها، برخی از نمونه های مهم یا مثال های بارز در کشاورزی پایدار هستند( گارزا و استاور 2003).
مزایا، موانع و خطرات احتمالی محصولات و فراورده های غذایی اصلاح شده ژنتیکی
امروزه، بیوتکنولوژی یک ابزار قوی توسعه علمی در رشته های کشاورزی، داروسازی، محیط زیست و صنایع غذایی است. تولید گیاهان مزرعه ای و باغی با مقاومت بالا به ویروس ها، قارچ ها، حشرات، آفات و شرایط نامطلوب محیطی نظیر شوری، یخبندان، خشک سالی و تنش حرارتی نیز امکان پذیر شده است. هم چنین، محصولات اصلاح شده ژنتیکی را می توان برای تولید ترکیبات صنعتی و دارویی نظیر واکسن ها، آنتی بادی ها، ویتامین ها و اسید های آمیته استفاده کرد. به علاوه، بیوتکنولوژی می تواند در زمینه محیط زیست برای تولید سوخت های مختلف نظیر متان، تنظیف و پاک سازی آلاینده های مختلف محیطی و یافتن گونه های کارامد برای پالایش بهتر خاک های آلوده و فاضلاب( ازاگرا 2000) کارامد باشد.
تولید بالقوه غذا های با کیفیت بالا از حیث بو، مزه و طعم، عمر قفسه ای بالا و ارزش غذای زیاد، با کمک بیوتکنولوژی مدرن تسهیل شده است. بنابر این می توان آن را به مثابه گامی بزرگ در راستای تامین ایمنی غذایی در کشور های در حال توسعه در نظر گرفت. بیوتکنولوژی مدرن را می توان برای کاهش سوء تغذیه ناشی از کمبود عناصر غذایی میکرو( ریز مغذی ها) و نیز بهبود شرایط سلامت جوامع مذکور استفاده کرد. برای مثال، از آن جا که برنج یک محصول غذایی مهم می باشد که در بسیاری از بخش های جنوب شرق آسیا مصرف می شود و سالانه 250000 کودک به دلیل کمبود ویتامین A در برنج نابینا می شوند، محققان، برنج های حاوی ویتامین A را با استفاده از بیونکنولوژی تولید کرده اند( پینو همکاران 2005).
خطرات احتمالی محصولات غذایی اصلاح شده ژنتیکی
اگرچه محصولات غذایی اصلاح شده ژنتیکی دارای مزایای بی شماری هستند، متخصصان سلامت اغلب در مورد خطرات احتمالی استفاده از مواد اولیه آن ها، به مصرف کننده ها هشدار می دهند. آن ها نگرانی های بسیاری در مورد خواص آلرژیک، سمیت و سرطان زایی محصولات غذایی اصلاح شده ژنتیکی داشته و بر این باورند که گاهی مواقع تبدیل مواد ژنتیکی جدید به سلول های هدف ممکن است موفق نباشد و بنا بر این، تغییر در عملکرد ژن های مختلف می تواند منجر به جهش های ژنتیکی غیر منتظره شود. به عبارت دیگر، ژن های جدید وارد شده به محصولات کشاورزی می توانند موجب ایجاد آلرژی از طریق تولید پروتین های جدید و نیز افزایش سمیت گیاهان از طریق القای تغییرات متابولیک در گیاهان شوند. هم چنین، فرضیاتی درمورد امکان ایجاد آلرژی زایی توسط پروتین های تولید شده از طریق بیوتکنولوژی نظیر پروتین های اصلاح شده ژنتیکی بادام زمینی، گندم، تخم مرغ، شیر، غلات، ماهی، صدف و خرچنگ برای افراد حساس وجود دارد( یانگ و لویس 1995، نوردل و همکاران 1996، استن و همکاران 2002، سلگراد و همکاران 2003، کلک و همکاران 2005،دووس و همکاران 2005، لهرر و بانون 2005).
به علاوه، منتقدان بیان می کنند که محصولات اصلاح شده ژنتیکی مقاوم به تنش های مختلف موجب رشد بیش از حد علف های هرز علی رغم اصلاح و بهبود عملکرد گیاهی می شوند. علفکش ها را می توان برای حل این مسئله استفاده کرد. با این حال، این علف کش ها برای محیط زیست مضر هستند زیرا بیشتر علف کش ها و توکسین ها نه تنها موجب تخریب چرخه حیات طبیعی حشرات مفید می شوند، بلکه اثرات نامطلوبی بر روی تنوع زیستی از طریق وارد کردن صفات خاص به درون محصولات اصلاح شده ژنتیکی دارند. به علاوه، گفته می شود که در نتیجه تمایل کشاورزان برای کشت این محصولات جدید، کشت سایر محصولات به تدریج از سیستم های کشاورزی خارج می شود. از این روی چرخه طبیعی محیط زیست به خطر می افتد. از سوی دیگر، بذر های اصلاح شده ژنتیکی تولید شده توسط شرکت های چند ملیتی بزرگ و قوی طوری طراحی می شوند که بتوان از آن ها برای اولین کشت استفاده کرده و این مسئله منجر به وابستگی قوی و شدید کشاورزان به بذر های اصلاحی شده است. این بی عدالتی درکشاورزی مدرن، می تواند تهدیدی برای توسعه پایدار کشور های در حال توسعه ای باشد که بذر های اصلاح شده فوق را وارد می کنند. سایر معایب استفاده از این بذر ها، شامل کاهش ایمنی غذایی برای زنان و کودکان و به خطر انداختن زندگی کشاورزان در کشور های در حال توسعه می باشد( کاوان و همکاران 1998، ریچارد و همکاران 2003، مادسن و ساندو 2005، شردر 2005، فبراتنانی و همکاران 2007).

INTRODUCTION

Increase in the world population has led to increasing need for food products. Meeting this need is a challenge confronted with many developing countries. Many efficient modern technologies have been developed to be used in food industries among which are modification of farming methods, use of modified varieties and modification of preserving methods of agricultural products. In this regard, use of genetically modified varieties through modern agricultural technologies such as biotechnology is a way of obtaining food safety (Falk et al., 2002; Rahnama, 2009). Using biotechnology, researchers can produce genetically modified organisms (yeasts and bacteria) with appropriate characteristics. Important parts of biotechnology in agriculture are based on principles which include incubation of plant cells and tissues, use of recombinant DNA markers as well as genetic engineering. The two later include artificial transfer of genes or gene segments from one organism to another one in order to produce new desirable traits in receiver plant or animal. GM potato and bananas resistant to nematode are some important examples in sustainable agriculture (Garza and Stover, 2003).

Benefits, drawbacks and possible risks of GM food products

Today, biotechnology is a powerful means of scientific development in the fields of agricultural, pharmaceutical, environmental and food industries. Production of horticultural and farm plants showing high resistance to viruses, funguses, insects, pests and inappropriate environmental conditions such as salinity, frost, draught and heat stress has been possible. Also, GM products can be used for production of industrial and pharmaceutical compounds such as vaccines, antibodies, organic vitamins and amino acids. Further, biotechnology can be efficient in the fields of environment for producing different fuels such as methane, scavenging different pollutants from the environment and finding efficient species for better refinement of sewage and polluted soils (Uzogara, 2000). Potential production of high quality foods in terms of aroma, taste and flavor, higher shelf life and nutritional value has been facilitated with the aid of modern biotechnology; thus it can be regarded as a large step in meeting food safety in developing countries. Modern biotechnology can be used to alleviate malnutrition due to lack of micronutrients as well as to improve health condition of the said communities. For example, since rice is the major food product consumed in many parts of Southeast Asia and annually 250,000 children become blind due to lack of vitamin A in rice, researches have produced rice products containing vitamin A using biotechnology (Paine et al., 2005).

Possible risks of GM food products

Although GM food products have many benefits, health experts often alarm consumers on possible risks of the foodstuffs. They have many concerns about allergenicity, toxicity and carcinogenesis properties of GM products and believe that sometimes transforming new genetic substances to target cells may not be successful and therefore, the change in performance of different genes can lead to unexpected genetic mutations. In other words, new genes introduced into agricultural products may result in allergenicity through production of new proteins as well as in enhanced toxicity of plants through induction of metabolic changes in plants. Also, there are hypotheses on possibility of allergenicity by proteins produced through biotechnology such as GM proteins of groundnut, wheat, eggs, milk, kernels, fish, Shelli and crawfish for prone individuals (Young and Lewis, 1995; Nordlee et al., 1996; Sten et al., 2002; Selgrade et al., 2003; Celec et al., 2005; Devos et al., 2005; Lehrer and Bannon, 2005). In addition, critics argue that GM crops resistant to different stresses result in the growth of super weeds in spite of crop yield enhancement. Herbicides can be used in order to alleviate this; however, they are harmful to environment since most herbicides and toxins not only destroy natural life cycle of useful insects but also they have undesirable effects on biological diversity by introducing certain traits into GM crops. Moreover, it is said that as a result of farmer’s tendency to plant these new products, planting other products is gradually being omitted from agricultural systems; thus endangering natural cycle of the environment. On the other hand, GM seeds produced by large and powerful multinational companies are designed such that they can be used just for the first planting and this problem has led to strong dependency of farmers on the productive seeds. This injustice in modern agriculture is a threat to sustainable development of the developing countries which import the said seeds. Other disadvantages of productive seeds applications are reduced food safety for women and children and endangered living of farmers in developing countries (Cavan et al., 1998; Richards et al., 2003; Madsen and Sandoo, 2005; Shrader, 2005; Februhartanty et al., 2007).

مقالات انگلیسی و ترجمه های فارسی رایگان با فرمت PDF آماده دانلود رایگان میباشند

همچنین ترجمه مقاله با فرمت ورد نیز قابل خریداری و دانلود میباشد

مقاله انگلیسی رایگان (PDF)

ترجمه فارسی رایگان (PDF)

خرید ترجمه با فرمت ورد

فهرست مقاله:

چکیده

1.مقدمه

2. طبقه بندی

2.1 کلاس I یا لانتیبیوتیک‌ها

2.2 کلاس II

2.2.1زیرکلاس IIA

2.2.2 زیر کلاس IIB

2.3 کلاس III

3. نحوه عمل و ساختار

3.1 فاکتورهای تاثیر گذار در کارایی باکتریوسین

4. روش‌های بیوتکنولوژی

4.1 کاربرد در صنایع غذایی

4.2 استفاده در صنعت داروسازی

5. تفاوتهای بین باکتریوسین‌ها و آنتی بیوتیک‌ها

6. مقاومت به باکتریوسینها

7. سلامت زیستی

8. استخراج

9. نتیجه‌گیری

بخشی از ترجمه فارسی مقاله:

مقدمه
باکتری لاکتیک اسید (lab) گروهی متنوع و مفیدی از باکتری ها هستند در حالی که به هیچ گروه تاکسونومیک تعلق ندارند و براساس ویژگی های مشترک خود تقسیم میشوندو دارای صفت معمولی تولید اسید لاکتیک به عنوان مهمترین یا تنهاترین محصول تخمیری هستند. به همین دلیل، LAB از نظر پیشینه ای با تخمیر غذاها و در نتیجه بسیاری از LAB ها مانند Lactococcus, Oenococcus, Lactobacillus، Leuconostoc، Pedicoccus و Streptococcus sp. ارتباط دارند و عموما به عنوان GRAS و یا پروبیوتیک شناخته می‌شوند.
ویژگی¬های مطلوب یک استرین پروبیوتیک توانایی تولید مواد ضدمیکروبی مانند باکتریوسین است که توانایی افزایش مزیت رقابتی و کلونی کردن مواد معده می‌شوند. باکتریوسینها معمولا به عنوان یک پپتید ساخته شده توسط باکتریها شناخته می‌شوند که موجب بازدارندگی یا کشتن سایر میکروارگانیزمهای مرتبط یا غیرمرتبط می‌شوند. باکتریوسین اولین بار توسط Gratia (1925 به عنوان یک پروتئین آنتی میکروبی تولید شده توسط اشریشیاکلای شناخته شد و کولیسین نام گرفت. علاقه به باکتریوسین‌های تولید شده توسط میکروارگانیزمهای GRAS منجر به توجه قابل ملاحظه ای به نیسین میشود که اولین باکتریوسینی بود که از سال 1969 بصورت فراگیر مورد استفاده قرار گرفت. در نتیجه این زمینه توسعه زیادی یافت که موجب کشف خصوصیات تعداد زیادی از باکتریوسینهای LAB در دهه های اخیر شده است.
امروزه مصرف کنندگان از مسئله سلامت افزودنیهای خوراکی، مزایای سلامتی غذهای طبیعی و سنتی، فرآوری بدون افزودن حفاظت کننده های شیمیایی آگاه هستند که بسیار جذاب است. بنابراین امروزه به دلیل نیاز مصرف کنندگان به غذاهای با کیفیت بالا و طبیعی، همچنین فشارهای دولت جهت تایید سلامت غذایی، تولید کنندگان غذا با چالش های مختلفی روبرو هستند. افزودنیهای شیمیایی عموما برای مبارزه با میکروارگانیزمهای خاصی استفاده می‌شوند. استفاده از باکتریوسینها به عنوان محافظ طبیعی غذاهای گیاهی از حدود 25 سال پیش مورد استفاده قرار میگیرند. در این سالها، مطالعات زیادی بر بازدارندگی فساد و یا عوامل بیماری‌زای انسانی مرتبط با غذاهای گیاهی و نوشیدنی‌ها بوسیله باکتریوسین‌ها و کاربرد آنها به عنوان جایگزین مناسبی برای ترکیبات شیمیایی و غیر میکروبی انجام شده است. وقتی باکتریوسین اضافه می‌شود یا در محیط آزمایشگاه تولید می‌شود، نقش مهمی در کنترل عوامل بیماری‌زا و فلورهای نامطلوب و همچنین گسترش جمعیت باکتریایی مفید ایفا می‌کند. بطور سنتی باکتریوسین‌های جدیدی به وسیله باکتریهای استخراج شده‌ای شناسایی شده اند که دارای فعالیت آنتی میکروبی هستند و در اثر استخراج و تشخیص باکتریوسینها معرفی شده و توالی ژنتیکی آنها شناسایی شده است. این راهبردها هنوز هم برای تشخیص و شناسایی باکتریوسینهای قدرتمند زیرکلاس ها و کلاس IIa باکتریوسینها که avicin A نامیده میشوند، شرکت میکنند این ترکیب در تشخیص استرین Enterococcus avium استخراج شده از نمونه های کدکان در اتیوپی و نروژ به صورت یک باکتریوسین کروی شناسایی شد که garvicin ML نام گرفت و بوسیله یک Lactococcus garvieae استخراج شده در اردک تولید شد که کلاس IIb باکتریوسین است و enterocin X استخراج شده از سویه Enterococcus faecium حاصل از سیب شیرین یافت شد. این ترکیب یک باکتریوسین گلی اکسیلات حاصل از Lactobacillus plantarum حاصل از ذرت تخمیر شده است.
در بخش بعدی طبقه‌بندی باکتریوسین‌ها، نحوه عمل و ساختار آن، روشهای بیوتکنولوژیک در غذا و صنعت داروسازی و مشکلات ناشی از مقاومت و استخراج آن قابل مشاهده است.
2. طبقه بندی
بر اساس نتایج Klaenhammer (1993) باکتریوسین‌ها را می‌توان به 4 کلاس تقسیم کرد. گروه یک لانتیبیوتیک‌ها، بوسیله نیسین مشخص می‌شوند و پپتیدهای دارای وزن مولکولی کم را جمع می‌کنند که بوسیله لانتیونین و مشتقات آن مشخص شده‌اند. کلاس II ترکیبی از پپتیدهای ترموستابل کوچک است که به سه زیر کلاس تقسیم می‌شوند: IIa (پدیوسین‌ها و انتروسین)، IIb (لاکتونین G) و IIc (لاکتوسین B). کلاس III بوسیله پپتیدهای دارای وزن مولکولی بالا مانند helveticin J مشخص شده است، در حالیکه در گروه 5 پپتیدهایی یافت میشود که با کربوهیدراتها یا لیپیدها ترکیب میشوند. با این حال Cleveland, Montville, Nes و Chikindas (2001) معتقدند که این ترکیبات مصنوعی هستند یا بخشی از آنها استخراج شده اند و گروه جدیدی از باکتریوسینها نیستند.
Cotter, Hill و Ross (2005) پیشنهاد کردند که طبقه بندی جدیدی وجود دارد که باکتریوسین‌ها را به دو گروه تقسیم می‌کند: لانتیبیوتیک¬ها (کلاس1) و لانتیبیوتیک‌های فاقد لانتیونین (کلاس 2)، در حالی که پپتیدهای دارای وزن مولکولی بالا که معمولا بخشی از ترکیبات کلاس III هستند که به طور جداگانه باکتریولایسین نامیده می‌شوند. این نویسندگان پیشنهاد کردند که کلاس IV باید وجود داشته باشد. در نهایت Drider, Fimland, Hechard, Mcmullen و (Prevost (2006 باکتریوسین‌ها را به سه گروه اصلی تقسیم می‌کنند که بر اساس ویژگی‌های ژنتیکی و بیوشیمیایی آن است و در ادامه توضیح داده می‌شود.

بخشی از مقاله انگلیسی:

1. Introduction

Lactic acid bacteria (LAB) are a diverse and very useful group of bacteria that, while not adhering to a strict taxonomic group, are gathered on the basis of shared properties (Oguntoyinbo & Narbad, 2012) and have the common trait of producing lactic acid (LA) as a major or sole fermentation product. For these reasons, LAB have historically been associated with the fermentation of foods, and as a result many LAB, like Lactococcus, Oenococcus, Lactobacillus, Leuconostoc, Pedicoccus and Streptococcus sp., are generally recognized as safe (GRAS) and/or probiotics (Mayo et al., 2010). The desirable property of a probiotic strain is the ability to produce antimicrobial substances such as bacteriocins that offer the potential to provide an advantage in competition and colonization of the gastrointestinal tract. Bacteriocins are generally defined as peptides produced by bacteria that inhibit or kill other related and unrelated microorganisms. Bacteriocin was firstly identified by Gratia (1925) as an antimicrobial protein produced by Escherichia coli and named colicin. The interest in bacteriocins produced by GRAS microorganisms has been leading to considerable interest for nisin, being the first bacteriocin to gain widespread commercial application since 1969. As a result, the field has developed increasingly, resulting in the discovery and detailed characterization of a great number of bacteriocins from LAB in the last few decades (Collins, Cotter, Hill, & Ross, 2010). Nowadays, consumers are aware of the health concerns regarding food additives; the health benefits of “natural” and “traditional” foods, processed without any addition of chemical preservatives, are becoming more attractive. Thus, because of recent consumer demand for higher quality and natural foods, as well as of strict government requirements to guarantee food safety, food producers have faced conflicting challenges (Franz, Cho, Holzapfel, & Gálvez, 2010). Chemical additives have generally been used to combat specific microorganisms. The application of bacteriocins as biopreservatives for vegetable food matrices started approximately 25 years ago. In these years, a lot of studies have focused on the inhibition of spoilage and/or human pathogens associated with vegetable foods and beverages by bacteriocins, and their application appeared as a good alternative to chemical compounds and antibiotics. When deliberately added or produced in situ, bacteriocins have been found to play a fundamental role in the control of pathogenic and undesirable flora, as well as in the establishment of beneficial bacterial populations (Collins et al., 2010). Traditionally, new bacteriocins have been identified by screening bacterial isolates for antimicrobial activity followed by purification and identification of the bacteriocin and its genetic determinants. Such a strategy is still fundamental for detection and identification of powerful bacteriocins of various subclasses, and recent examples of this include a) a class IIa bacteriocin named avicin A that was identified from Enterococcus avium strains isolated from faecal samples of healthy human infants from both Ethiopia and Norway (Birri, Brede, Forberg, Holo, & Nes, 2010), b) a circular bacteriocin named garvicin ML produced by a Lactococcus garvieae strain isolated from mallard duck (Borrero et al., 2011), c) a class IIb bacteriocin named enterocin X isolated from an Enterococcus faecium strain from sugar apples (Hu, Malaphan, Zendo, Nakayama, & Sonomoto, 2010) and d) a glycosylated bacteriocin (glycocin F) from Lactobacillus plantarum isolated from fermented corn (Kelly, Asmundson, & Huang, 1996). In the next sections, we will present bacteriocin classification, their mode of action and structure, biotechnological applications in food and pharmaceutical industries and problems associated with resistance and purification.

2. Classification

According to Klaenhammer (1993), bacteriocins can be divided into four classes. The class I of lantibiotics, represented by nisin, gathers very low molecular weight (<5 kDa) thermostable peptides characterized by the presence of lanthionine and derivatives. The class II is composed of small thermostable peptides (<10 kDa) divided into three subclasses: IIa (pediocin and enterocin), IIb (lactocin G) and IIc (lactocin B). The class III is represented by high molecular weight (>30 kDa) thermolabile peptides such as the helveticin J, while in the class IV we can find large peptides complexed with carbohydrates or lipids. However, Cleveland, Montville, Nes, and Chikindas (2001) believe that these structures are artifacts of partial purification and not a new class of bacteriocins. Cotter, Hill, and Ross (2005) suggested a new classification where bacteriocins are divided into two categories: lantibiotics (class I) and not containing lanthionine lantibiotics (class II), while high molecular weight thermolabile peptides, which are formally components of the above class III, would be separately designated as “bacteriolysins”. These authors also suggested that the above class IV should be extinguished. Finally, Drider, Fimland, Hechard, Mcmullen, and Prevost (2006) divided bacteriocins into three major classes according to their genetic and biochemical characteristics (Table 1), and we will refer to such a classification in the following.

لیپو پلی ساکاریدها: از ارینی ها تا چاریت ها

Lipopolysaccharides: From Erinyes to Charites

Following the discovery of endotoxins by Richard Pfeiffer, such bacterial product was associated to many severe disorders produced by an overwhelming inflammatory response and often resulting in endotoxic shock and multiple organ failure. However, recent clinical and basic sciences investigations claimed some beneficial roles of typical as well as atypical endotoxins. The aim of this paper is to focus on recent data supporting a beneficial activity of both typical and atypical endotoxins. Such novel perspective looks promising for development of new drugs for prevention and therapy of several human diseases.

1 Introduction

The Erinyes were three netherworld goddesses depicted as ugly, winged women with hair, arms, and waists entwined with poisonous serpents and personified the tormenting madness inflicted upon a patricide or matricide. They could make people suffer, and a nation harbouring such people could experience dearth, and with it hunger and disease. On the contrary, the Charites, also commonly known as the Graces, were three goddesses daughters of Zeus and named Aglaia, Thalia, and Euphrosyne. They were often associated with grace, beauty, adornment, mirth, festivity, dance, and songs of revel [1].

The endotoxins of Gram-negative bacteria are lipopolysaccharides (LPSs), which are vital to both the structural and functional integrity of the bacterial outer membrane [2, 3]. In the first reports on endotoxin by Pfeiffer (1892) and Centanni (1894), only one side of the coin (the toxic activity) has been considered [4]. Lewis Thomas reported the reaction of higher animals (including humans) to endotoxins as “… a uncontrolled and auto-destructive behaviour of the host, leading to the consideration of endotoxin as a venom. All this seems unnecessary, panic-driven. There is nothing intrinsically poisonous about endotoxin, but it must look awful, or feel awful, when sensed by cells …” (Lewis Thomas, Germs, 1974). However, endotoxins may behave not only as Erinyes but also as Charites. Indeed many LPS activities are being increasingly revealed to be beneficial to the host. Some of such beneficial activities have been published a few years after endotoxin discovery, including the inhibitory effects on human sarcoma studied (since late 1890s) by William Bradley Coley, who used killed Serratia marcescens, and the successful therapy of lethal tertiary syphilis reported by the 1927 Nobel laureate Julius Wagner von Jauregg, who used different types of microbial suspensions [4].

The purpose of this paper is to focus on recent data supporting beneficial activities of both typical and atypical endotoxins.

مقاله انگلیسی رایگان (PDF)

ترجمه فارسی رایگان (PDF)

خرید ترجمه با فرمت ورد

بخشی از ترجمه فارسی مقاله:

تاثير غلظت مايع
اين نتايج براساس نتايج استفاده از 25% و 5% مول مي باشند . در طول مدت انجام آزمايش نمونه هاي داراي غلظت بالاتر و تزريقات كمتر گونه هاي سخت تري را توليد كرده اند اين مطالب دلالت بر اين دارد كه غلظت مواد ورودي بر الگوي رسوب تاثير مي گذارد . نويسندگان اين مورد را با تصوير برداري SEM از نمونه ها انجام مي دهند. ميكروسكوپي الكترون هم براي دوسري از نمونه ها انجام مي شود سري اول تزريق با غلظت 5% مول در هر 12 ساعت است و در سري دوم تزريق 25% مول در هر 6 ساعت است . حجم كلي تزريق ها متغير است شكل هاي 7 و8 هم رشد كريستال CaCO3 را در دو سري نشان مي دهد براي اطمينان از واقعي يودن تصاوير چند مرتبه اين كار انجام مي شود . در شكل 9 ، تصوير نمونه هاي غلظت اموال رسوب 70 كيلو گرم را نشان مي دهند .
عليرغم شباهت آشكار بين نمونه ها به غلظت هاي مختلف ، مشخص است كه پراكندگي ملات در معيار هاي مختلف مي باشد آزمايش مواد با غلظت كم منجر به پركندگي يكنواخت رسوب كلسيت در ملات مي شود كه در شكل 7 نشان داده شده است . در رسوبات كم ، كريستال در تمام خاك وجود دارد زيرا در سطح اتفاق مي افتد . اين عامل با افزايش رسوب شفاف تر است به طوريكه كريستال هاي بيشتري مشاهده مي شوند .
وقتی که آزمایش با غلظت متوسط انجام می شود (0.5 مول ) ، پراکندگی تصادفی تری مشاهده می شود که در شکل 8 هم نشان داده شده است. این عدم یکنواختی برای رسوبات کمتر مشهود است . با تراکم کلسیت های بیشتر ، الگوهای رسوب تصادفی تر می شوند. برای رسوبات داده شده ، بعضی از نمونه ها نشان دهنده الگوی واحد هستند ( شکل 8d) در حالیکه نمونه های دیگر پراکندگی نسبتا کمتری از کریستال CaCo3 را نشان می دهند ( شکل 8e).

شکل های 9و10 نشان دهنده تفاوت های به دست آمده بین آزمایش با غلظت 0.25 . 0.5 مول در نقاط تماس ذرات دارند. برای آزمایش با غلظت 0.25 مول ، (شکل 9) کریستال های کلسیت ذرات هم اندازه بیشتری دارند و به حوبی پراکنده شده اند. در آزمایشات با غلظت 0.5 مول ، (شکل 10)کریستال ها از نظر مکانی به خوبی گسترده نشده اند و دارای اندازه های مختلف هستند( به طوری که در بعضی از مناطق ، رسوب جمع شده در کریستال های کلسیت منجر به ایجاد کریستال های بزرگتر می شوند) وقتی که بررسی برای غلظت های زیاد انجام می شود ، الگوی رسوب گیری یکنواختی کمتری با توجه به اندازه ذرات دارد که در شکل 11 هم نشان داده شده است. این الگوهای مشاهده شده دلالت بر استفاده از غلظت کمتر مواد شیمیایی در تزریقات زیاد دارد که منجر به همگونی بیشتر ملات می شود.
دو مکانیزم عمدتا برای رسوب گیری در MICP گزارش شده اند. اولین مکانیزم این است که سلول ها به عنوان مناطق خنثی برای رسوب CACO3 عمل می کنند. مکانیزم دوم هم هیدرولیز اوره است که PH اطراف سلول را افزایش داده و شرایط مطلوب برای ایجاد رسوب ایجاد می کند.در این تحقیق ، پراکندگی باکتری تاثیری بر الگوهای رسوب گیری در غلظت های مختلف به کار گرفته شده ندارد.
یک تشریح برای تنوع ذکر شده در پراکندگی رسوب می تواند پراکندگی ملکولهای اوره با توجه به سلول های باکتریایی یاشد. در موارد وجود غلظت بیشتر برای اوره ، افزایش بیشتر در ph برای بعضی سلولهای ملکولی موجود اتفاق می افتد و بنابراین ، یک لایه ضخیم از رسوب شکل می گیرد. در مقابل ، در غلظت های کمتر ، مقادیر کمتری ازط رسوب کلسیت در هر تزریق مشاهده می شود و تعداد بیشتر تزریق می تواند امکان پراکندگی اوره را در سلول های باکتریایی سبب شده و منجر به پراکندگی بهتر رسوب شود.
گاندی و همکارانش در سال 1995 گزارش دادند که خنثی بودن ملکولهای جدید می تواند یک فرایند در رقابت با شکل گیری ذرات با توجه به شرایط خنثی سازی باشد. با در نظر گرفتن این نتایج ، سومانی در سال 2006 گزارش کرد که هر چه غلظت کربنات بیشتر باشد ، میانگین اندازه ذرات در رسوب بزرگتر می شود. در شزایط کم بودن غلظت کربنات ، یون های کربنات ممکن است از طریق خنثی سازی کلسی حاصل شود. چنین نتایجی بیانگر این است که برای اشباع بیشتر حاصل از فعالیت باکتری ، تمایل بیشتری برای رسوب روی کریستال ها مشاهده می شود.این نتیجه در ادامه توسط تحقیق سونیک و جکینز در سال 1980تایید شد زیرا بیان کردند که میزان اشباع لازم برای رسوب در محلول های همگون بیشتر است. این اشباع می تواند نتیجه تولید مواد ارگانیک تولید شده توسط باکتری ها از جمله مواد پلیمری باشد که به عنوان بازدارنده کریستالی عمل می کنند.
مشاهدات انجام شده توسط سوماری و همکارانش در سال 2006 نیز می توانند بیانگر این باشند که رسوبات دارای غلظت زیاد کلسیم می تواند از تراکم کم کربنات ایجاد شود که خود می تواند منجر به رسوی کریستال های کمتر شود. به هر حال ، این مورد می تواند در ابتدا تا زمانی اتفاق بیفتد که میزان کربنات در نتیجه غلظت زیاد اوره افزایش یابد . بنابراین ، افزایش اشباع محلول منجر به تراکم رسوب در کریستال های اولیه و شکل گیری کریستال های بزرگ یا احتمالا ترکیبی از ذرات با اندازه های مختلف می شود که برای داده های 0.5 مول نشان داده شده است ( شکل های 8 و 10 ). برای غلظت های کمتر اوره-CaCl2 ، میزان اشباع در چنین شرایطی افزایش مییابد که منجر به رسوب همگون مستمر در ذرات خاک می شود
به عبارت دیگر ، بعضی از تحقیقات مثل تحقیق ساندی و سالوپک ساندی در سال 2005 نشان داد که علاوه بر قوانین کلی برای رسوب ، وجود ماکروملکولهای ارگانیک مثل آنزیم ها تاثیر مستقیم بر فرایند رسوب گیری از طریق مایع داردو رشد کریستال و یا حتی ساختار به دست آمده نیز تحت تاثیر قرار می گیرند. به علاوه، استاک فیشر و همکارانش در سال 1999 گزارش کردند که وجود سلول های میکروبی و آنزیم های اوره در اطراف سلول ها تاثیر زیادی بربر میزان تولید آمونیوم و رسوب دارند. ون پاسن در سال 2009 گزارش کرده است که چگونه سرعت واکنش و ترکیب در مراحل مختلف رسوب اتفاق می افتد و بر عرضه یون های کربنات در سطح کریستال تاثیر می گذارد.
این نتایج و مشاهدات مختلف باعث شده اند تا پیش بینی الگوهای رسوب برای غلظت های شیمیایی مختلف کار دشواری گردد. به هر حال ، الگوهای رسوب مشاهده شده در این تحقیق بیان می کنند که استفاده از غلظت های بیشتر نه تنها منجر به ایجاد مواد ضخیم تر کلسیت می شوند بلکه کاهش سریعتر در فعالیت باکتری را به همراه دارند. زیرا اوره در سلول های میکروبی موجودیت زیادی ندارد. یک بحث کامل از این اختلافات در الگوهای رسوب و اندازه کریستال می تواند موضوع تحقیقات آینده باشد.
الگوی رسوب CaCo3 می تواندذ تاثیر قابل توجهی بر کاربردهای ملات خها داشته باشد. این عامل بر میزان تماس بین ذرات خاک ازطریق ایجاد پیوند تاثیر می گذارد و بنابراین مقاومت و سختی موارد را سبب می شود. این عامل همچنین بر شکل/ساختار حفره ها از طریق تراکم کریستال ها تاثیر می گذارد که به نوبه خود بر ویژگیهای منفذ و محلول تاثیر می گذارد. تحقیقات بیشتر برای بررسی تاثیر الگوی رسوب بر تغییرات ویژگی های مهندسی از جمله نفوذ پذیری و مقاومت مورد نیاز است.

بخشی از مقاله انگلیسی:

Effect of Liquid Media Concentration

These findings are based on the test results using 0.25 and 0.5 M liquid media. During the termination of the experiment, samples that were treated with a higher chemical concentration and a smaller number of injections seemed to produce more hardened specimens in which it was harder to dissociate the calcite by acid, and they had a greater tendency to clog. This indicates that the input chemical concentration potentially has an effect on the precipitation pattern. The authors investigated this by conducting SEM imaging on samples that had undergone treatments of different chemical concentrations. Scanning electron microscopy was conducted on two series of samples; the first series was of samples injected with a 0.5 M solution every 12 h, whereas the second series was of samples injected with a 0.25 M solution every 6 h. The total mass injections were varied. Figs. 7 and 8 show the development of CaCO3 crystals in the two series. To ensure that images taken were representative of the entire specimen, for each specimen, more than one sample was taken and several images were taken for each of these samples. In Fig. 9 an image of a sample treated with a 1 M urea-CaCl2 solution is shown at a precipitation value of 70 kg∕m3. Despite the apparent exterior resemblance between samples treated with different chemical concentrations, it was clear from the images that the cementation distributions were different at the microscale. A low-concentration treatment (0.25 M) was found to generally result in a uniform distribution of calcite precipitation at different levels of cementation, as shown in Fig. 7. At low precipitation values [Figs. 7(a) and 7(b)], crystals were distributed all over the sand grains where no areas of concentrated precipitation could be found, because precipitation seemed to take place over the surface of the sand grains rather than accumulating over the crystals. This was even clearer as precipitation increased [Figs. 7(d) and 7(e)], where a larger number of crystals covered the sand grains uniformly and the crystals size did not seem to be any larger as precipitation increased. When an intermediate concentration treatment (0.5 M) was performed, a more random distribution of cementation was observed, as shown in Fig. 8. This nonuniformity was clearer for lower precipitation values [up to 67 kg∕m3, as shown in Figs. 8(a) and 8(b)]. As more calcite accumulated, the precipitation pattern was more random. At a given amount of precipitation, some samples showed a nonuniform pattern [Fig. 8(d)], whereas others showed relatively more even spreading of CaCO3 crystals all over the samples [Fig. 8(e)]. Figs. 9 and 10 highlight the differences obtained between the 0.25 and the 0.5 M treatments at the particle contact points. For the 0.25 M treatment (Fig. 9), the calcite crystals all had a similar size, were very well distributed spatially, and covered the contact area uniformly. For the 0.5 M treatment (Fig. 10), the crystals were not very well distributed spatially and had different sizes (where at some locations precipitation accumulated over the calcite crystals, resulting in larger crystals rather than being uniformly distributed over the surface of the sand grains). When a high-concentration treatment (1 M) was performed, the precipitation pattern was less uniform with larger crystal sizes, as shown in Fig. 11. These observed patterns indicate that—in samples tested in this study—the use of lower chemical concentrations over a larger number of injections resulted in a more homogeneous cementation. Two mechanisms are typically reported for precipitation in MICP (Stocks-Fischer et al. 1999; DeJong et al. 2006; RebataLanda 2007). The first mechanism is that bacterial cells act as nucleation sites for CaCO3 precipitation (Ca2þ is bound to the cell, which is active precipitation). The second mechanism is the urea hydrolysis, which raises the pH around the cells and produces the conditions favoring precipitation. In this study, bacterial distribution was not expected to have an effect on precipitation patterns for different concentrations because bacteria were applied in the same way to all samples. An explanation of the noted variation in precipitation distribution could be the distribution of the urea molecules with respect to the bacterial cells. In the case of higher urea concentrations, a higher and more localized rise in pH takes place around some bacterial cells as more urea molecules are available, and thus a thick layer of precipitation takes place (i. e., the second mechanism is much more dominant than the first). In contrast, in lower concentrations, smaller amounts of calcite precipitate at every injection and the higher number of injections could allow the urea molecules to be distributed over more bacterial cells, resulting in an overall better distribution of precipitation. Gandhi et al. (1995) reported that nucleation of new crystals would compete with the process of crystal growth for the available supersaturation, such that the formation of fine particles depends on circumstances in which nucleation of new particles prevails over the growth of those that exist. Taking this finding into account, Somani et al. (2006) reported that the higher the carbonate concentration is, the larger the average particle size of precipitates becomes. At lower carbonate concentration, on the other hand, the carbonate ions may be consumed mainly by the nucleation of calcite rather than the growth of calcite crystals. Such results suggest that, at higher supersaturation resulting from bacterial activity (i. e., when enough urea for hydrolysis is available), there could be a greater tendency for precipitation over existing crystals (i. e., growth of crystals) rather than nucleation in new sites. This is also further supported by Snoeyink and Jenkins (1980), who stated that the necessary degree of supersaturation for precipitation tends to be larger for homogeneous nucleation (i. e., growth of calcite crystals) than for heterogeneous nucleation (i. e., nucleation over sand grains). Such high supersaturation may also be a result of organics produced by bacteria [such as extracellular polymeric substances (EPS)] acting as crystallization inhibitors (Rodriguez-Navarro et al. 2007). The observations made by Somani et al. (2006) could also defend that at high calcium concentrations precipitation will start at a relatively low carbonate concentration, which could result in smaller crystals precipitating. However, this could be the case only initially until carbonate levels increase as a result of high urea concentration (despite ongoing precipitation). Thus, increasing supersaturation in the solution would result in precipitation accumulating over these initial small crystals and formation of larger crystal sizes, or possibly a mixture of different sizes, as shown in the 0.5 M input cases (Figs. 8 and 10). For a low-input CaCl2-urea concentration (0.25 M), the level of supersaturation would not be expected to increase to such a condition, which results in continuous heterogeneous precipitation over the sand grains. On the other hand, some studies such as Sondi and SalopekSondi (2005) showed that, in addition to general precipitation rules, the presence of organic macromolecules, such as enzymes, directly affect the precipitation process either through nucleation, crystal growth, or even morphology obtained. Furthermore, StocksFischer et al. (1999) reported that the availability of microbial cells and the extracellular urease enzyme produced around these cells have a significant impact on the rate of ammonia production and, consequently, precipitation. Van Paassen (2009) reported how reaction (hydrolysis) and diffusion rates could also have a large impact on crystal properties at different stages of precipitation and should be taken into account when discussing distribution of solutes (urea molecules) with respect to crystals, because they could affect the supply of carbonate ions toward the crystal surface. These different findings and observations may make it difficult to predict a precipitation pattern for different chemical concentrations in the presence of bacteria and organic substances. However, the precipitation patterns observed in this study suggest that the use of higher concentrations not only results in thicker calcite matrices, but possibly also gives a faster decline in the bacterial activity, because the urea becomes less available to the encapsulated microbial cells to hydrolyze. A more detailed discussion of these differences in precipitation pattern and crystal size, along with the quantification of these differences, could be the subject of future study. The CaCO3 precipitation pattern could have a significant impact on applications targeted for biocementation. It will influence the amount of contact between soil grains by forming bridges between these grains, and thus the way in which load is transferred between them and the strength and stiffness of the material (Harkes et al. 2010). It also influences the pore space shape/structure through local accumulation of crystals, which could have an effect in the flow properties of porous media. Further work is needed to examine the effect of precipitation pattern on the change in engineering properties, such as permeability and stiffness/strength.

مقاومت ضدمیکروبی دارو برای باکتری Staphylococcus aureus (نوعی باکتری کروی) در محصولات لبنی

Antimicrobial drug resistance of Staphylococcus aureus in dairy products

چکیده
1- مقدمه
2- مواد و روش ها
2-1- جمیعت مطالعه و مجموعه نمونه
2-2- آزمایشات باکتری شناسی
2-3 آزمایش حساسیت آنتی بیوتیکی
2-4 تحلیل اماری
3- نتایج
3-1- جداسازی و مشخص سازی بیوشیمی S- aureus
3-2- آسیب پذیری جدا شده های S- aureus
4- بررسی
بیانیه تضاد منافع

چکیده
هدف: ارزشیابی شیوع Staphylococcus aureus مقاوم چنددارویی (S.aureus) در محصولات لبنی

روش ها: جداسازی و شناسایی S.aureus در 3 محصولات غذایی لبنی انجام شد. جداسازی ها برای استعداد در آسیب پذیری برای 5 داروی ضدمیکروبی رایج مختلف آزمایش شد.

نتایج: برای 50 نمونه آزمایش شده، 5 (10 درصد) با S.aureus در معرض آلودکی قرار گرفت. متعاقباً 5 جداسازی تحت الگوی مقاومت ضدمیکروبی با استفاده از 5 قرص آنتی بیوتیک قرار گرفت (متاسیلین، وانکومیسین, کانامیسین، کلروفنیکول و تتراسیلین). 29 نمونه مقاومت متی سیلین و وانکومیسین را نشان داد. 18 نمونه پاسخ میانه ای را برای تتراسیلین نشان داد. دیگر نمونه ها برای تمام انتی بیوتیک های آزمایش شده مورد تردید بودند.

نتیجه گیری: نتایج داده های اولیه برای منبع آلودگی غذایی را فراهم می نماید که می تواند به عنوان وسایلی برای انتقال Staphylococcus مقاومت-ضدمیکروب عمل نماید. بنابراین ما را برای توسعه راهبردهای پیشگیرانه برای اجتناب از حضور آسیب های جدید برای S.aureus مقاوم توانا می سازد.

1- مقدمه
Staphylococcus aureus) S. aureus) یک پاتوژن در انسان ها و حیوانات است که مسبب طیف وسیعی از بیماری ها در گستره نقایص پوستی مینور تا بیماری های تهدید کننده عمر انسان، از قبیل ذات الریه و مننژیت است. همچنین به عنوان یکی از مهمترین عوامل مسمویت غذایی در دنیا شناخته شده است. این باور وجود دارد که تمام آسیب های باکتریایی با گستره وسیعی از عوامل ضدمیکروبی و موثر قابل درمان هستند. هرچند، مقاومت برای انتی بیوتیک های چندگانه در بین Staphylococcus aureus(S. aureus) اخباری جدید برای محققان و اقدام کنندگان در مورد سلامتی بشر است. گزارش شده که کمی بعد از عرضه پنی سیلین در دهه 1940، مقاومت گسترش یافته در مقابل Staphylococcus aureus(S. aureus) توسط مقامومت به متی سیلین و اخیراً گلی سوپپتاید مثلاً وانکومیسین دنبال شد.
Staphylococcus aureus(S. aureus) می تواند به انسان ها از طریق شیر الوده شده و محصولات شیر انتقال یابد. S. aureus در پوسته و مخاط باقیمانده های تولیدات حیوانی حاضر می شود که شامل جانوران پستاندارد می شود و اغلب به غده های پستان بالینی و بالینی فرعی منجر به آلودکی محصولات لبنی می شود. این باکتری به صورت پاتوژن عمده ایجاد شده رایج در غده پستان گاو در نظر گرفته می شود.
هدف از این مطالعه جداسازی S. aureus از محصولات لبنی است که شامل شیر تازه گاو، شیر پاستوریزه شده، ماست و پنیر برای مشخص سازی S. aureus با استفاده از روش های رایج مانند کشش Gram ازمون کواگالاز و آزمون کاتالاز و همچنین تعیین شیوع مقاومت ضد میکروبی در بین محصولات لبنی جدا شده می شود.

Abstract

Objective To evaluate the prevalence of multidrug resistant Staphylococcus aureus (S. aureus) in dairy products.

Methods Isolation and identification of S. aureus were performed in 3 dairy-based food products. The isolates were tested for their susceptibility to 5 different common antimicrobial drugs.

Results Of 50 samples examined, 5 (10%) were contaminated with S. aureus. Subsequently, the 5 isolates were subjected to antimicrobial resistance pattern using five antibiotic discs (methicillin, vancomycin, kanamycin, chloramphenicol and tetracycline). Sample 29 showed resistance to methicillin and vancomycin. Sample 18 showed intermediate response to tetracycline. The other samples were susceptible to all the antibiotics tested.

Conclusions The results provide preliminary data on sources of food contamination which may act as vehicles for the transmission of antimicrobial-resistant Staphylococcus. Therefore, it enables us to develop preventive strategies to avoid the emergence of new strains of resistant S. aureus.

1- Introduction

Staphylococcus aureus(S. aureus) is a versatile pathogen in humans and animals which is responsible for a diverse spectrum of diseases ranging from minor skin infections to life threatening diseases, such as pneumonia and meningitis[10]. It is also known as one of the most important agents of food poisoning globally[7]. It has been believed that all bacterial infections were treatable with a vast array of effective and antimicrobial agents. However, the emergence of resistance to multiple antibiotics among S. aureus has created breaking news for health practitioners and researchers[15]. It has been reported that shortly after the introduction of penicillin in 1940s, resistance developed in S. aureus, followed by resistance to methicillin and more recently to glycopeptides, e.g. ,vancomycin[11].

S. aureus can be transmitted to humans through contaminated and untreated milk and milk products[14]. S. aureus presents on the skin and mucosae of food producing animal reservoirs that include ruminants and it is frequently associated with sub-clinical or clinical mastitis leading to the contamination of dairy products[8]. This bacterium is considered as the most commonly occurring major pathogen of cow’s mammary gland[5].

The objective of this study was to isolate S. aureus from dairy products which include fresh cow milk, pasteurized milk, goat milk, yogurt and cheese, to characterize S. aureus using conventional methods like Gram staining, coagulase test and catalase test and also to determine the prevalence of antimicrobial resistance among S. aureus isolated from dairy products..

مقاومت ضدمیکروبی دارو برای باکتری Staphylococcus aureus (نوعی باکتری کروی) در محصولات لبنی

Antimicrobial drug resistance of Staphylococcus aureus in dairy products

طراحی، سنتز و شاخصه بندی ساختارهای نانوسیم جدید برای فتوولتائیک‌ و پروب های درون سلولی

Design, synthesis, and characterization of novel nanowire structures for photovoltaics and intracellular probes

Abstract

Semiconductor nanowires (NWs) represent a unique system for exploring phenomena at the nanoscale and are expected to play a critical role in future electronic, optoelectronic, and miniaturized biomedical devices. Modulation of the composition and geo – metry of nanostructures during growth could encode information or function, and realize novel applications beyond the conventional lithographical limits. This review focuses on the fundamental science aspects of the bottom-up paradigm, which are synthesis and physical property characterization of semiconductor NWs and NW heterostructures, as well as proofof-concept device concept demonstrations, including solar energy conversion and intracellular probes. A new NW materials synthesis is discussed and, in particular, a new “nano – tectonic” approach is introduced that provides iterative control over the NW nucleation and growth for constructing 2D kinked NW superstructures. The use of radial and axial p-type/intrinsic/n-type (p-i-n) silicon NW (Si-NW) building blocks for solar cells and nanoscale power source applications is then discussed. The critical benefits of such structures and recent results are described and critically analyzed, together with some of the diverse challenges and opportunities in the near future. Finally, results are presented on several new directions, which have recently been exploited in interfacing biological systems with NW devices.

1 Introduction

Semiconductor nanowires (NWs) [1–8], nanocrystals [9–11], and carbon nanotubes [12–16] offer many opportunities for the assembly of nanoscale devices and arrays by the bottom-up paradigm [1–4]. Moreover, these nanomaterials demonstrate new and/or enhanced functions crucial to many areas of technology. Central to realizing applications through a bottom-up paradigm is the rational control of key nanomaterial parameters, including chemical composition, structure, size, morphology, and doping. It is these parameters that determine, for example, electronic and optoelectronic properties critical to predictable device function. Significantly, semiconductor NWs represent the nanomaterial system where these key parameters have been best controlled to date, have become a unique system for exploring phe-nomena at the nanoscale, and are also expected to play a critical role in future electronic and opto – electronic devices.

In this review, we first introduce a new “nanotectonic” approach that provides iterative control over the NW nucleation and growth for constructing 2D kinked NW superstructures [17]. Next, a rational, multistep approach toward the general synthesis of 3D branched NW heterostructures [18] is discussed, together with results on novel nanoscale electronic devices based on those new NW structures, e.g., self-labeled p-n diodes and field-effect transistors (FETs) in kinked NWs [17] and addressable light-emitting diode (LED) array and biological sensors in branched NWs [18].

Efforts toward using radial and axial p-type/intrinsic/n-type (p-i-n) silicon NW (Si-NW) building blocks for solar cells and nanoscale power source applications [19–22] include discussion of the critical benefits of such structures, description of recent results, and critical analysis and insights into diverse challenges and opportunities in the near future.

Finally, we present results on two new directions that have recently been exploited in interfacing biological systems with NW devices. It is first shown that Si-NW FET arrays fabricated on transparent substrates can be reliably interfaced to acute brain slices, and can be used to reveal spatially hetero – geneous functional connectivity in the olfactory cortex with high spatio-temporal resolutions [23]. Next, we demonstrate the first electrical recording of the intracellular potential with 3D nanoprobe devices [24]. Significantly, electrical recordings of spontaneously beating cardiomyocytes demonstrate that our 3D NW probes can continuously monitor the extra- to intracellular signals during cellular uptake [24]. The nanometer size, biomimetic surface coating, and flexible 3D device geometry make these active semiconductor nanoprobes new and powerful tools for intracellular measurements, and suggest future biomedical applications where the distinctions between living cells and electronic devices have been blurred [24].