A paraherquamide A fermentációs folyamat optimalizálása válaszfelület-módszertan alkalmazásával
A parazita fonálférgesség az állatállomány és a baromfi parazita betegsége, amely súlyosan befolyásolja az állattenyésztés fejlődését. Jelenleg az avernectinek a legszélesebb körben használt parazitaellenes gyógyszerek az állatorvosi klinikai gyakorlatban világszerte. A gyógyszerrel való visszaélés miatt azonban számos területen gyógyszerrezisztens törzsek alakultak ki. Az 1980-as évek végén Kína bevezette és széles körben alkalmazta ezt a típusú gyógyszert, és mostanra a házi juhok gyomor-bélrendszeri fonálférgei különböző mértékben rezisztensek lettek az avermectin gyógyszerekkel szemben. A Startect ® a Zoetis, a világ legnagyobb állategészségügyi gyógyszer- és vakcinagyártó vállalata által kifejlesztett új típusú, szájon át szedhető, rövid hatású féreghajtó szer a juhoknál, amely hatékonyan képes megelőzni és megoldani az állatállomány és a baromfi parazitás betegségeit és azok gyógyszerrezisztencia problémáit. A gyógyszer hatóanyagai a derquantel (10 mg/ml) és az avermectin (1 mg/ml). A Startect ® standard adagja 1ml/5kg (folyékony térfogat/juh testtömeg), és minden 50kg-os felnőtt juhnak körülbelül 0,1g dexmedetomidint kell egyszer beadni. Az ENSZ Élelmezési és Mezőgazdasági Szervezetének (FAO) statisztikái szerint a világ juhállománya elérte az 1,2 milliárd darabot. Ezért a Dequnt iránti potenciális kereslet több száz tonnára, vagy még magasabbra tehető, és a piaci kereslet óriási.

A dextráns a gomba paraherquamide A (PA) metabolitjának kémiai származéka, amelyet főként a PA amid-karbonil redukciójával és dezoxigénezésével nyernek (lásd az 1. ábrát). Ezért a dequnte ipari nyersanyagellátását elsősorban a PA-gyártás befolyásolja. A természetes termékek, például a paraherquamid kémiai szerkezete azonban összetett. Bár kémiailag szintetizálhatók ipari nyersanyagokból, például izoprénből vagy izoprén-epoxidokból, a kémiai reakciólépések száma elérheti a 46 lépést, ami magas költségeket és rendkívül alacsony hozamot (2,5%) eredményez, ami megnehezíti ipari méretű előállításukat. A PA mikrobiális fermentációval történő előállítása jelenleg hatékony módja e vegyület nagyüzemi előállításának. A PA-t először a Penicillium paraherquei, a Penicillium nemzetségbe tartozó gomba egyik törzsének fermentációs termékéből izolálták. A vad típusú Penicillium által termelt PA hatékonysága azonban nem volt magas, ami akadályozta a további kísérleti kutatásokat és az ipari alkalmazást. A gombák anyagcseretermékeinek alkalmazási kutatásában a célanyagcseretermék hatékonysági szintje nemcsak magának a törzsnek a teljesítményétől függ, hanem ami még fontosabb, a fermentációs és tenyésztési körülmények optimalizálásától, hogy teljes mértékben kihasználják a termelési kapacitást. A válaszfelület-módszertant jelenleg széles körben használják a mikrobiális fermentációs kultúra optimalizálására. Ez a módszer ötvözi a kísérleti tervezést és a matematikai modellezést, és előnyei közé tartozik a kevesebb kísérlet, a rövidebb ciklusok, a regressziós egyenletek nagyobb pontossága, a jobb előrejelző teljesítmény és a több tényező közötti kölcsönhatás vizsgálata.

Az előzetes munkában kutatócsoportunk felfedezett egy tengeri eredetű Penicillium gomba KWF31-et, amely magas PA-termeléssel rendelkezik. A kezdeti feltárások azt mutatták, hogy fermentációs potenciálja 55,8 ± 3,7 mg/l volt Chatelier közegben, ami nem felelt meg az ipari termelés követelményeinek. E tanulmány célja a KWF31 törzs fermentációs közegének optimalizálása válaszfelületi módszerek, mint például a Plackett Burman design, a meredekebb emelkedés design és a Box Behnken design segítségével, és egy nagy hozamú és stabil PA termelési technológiai folyamatrendszer létrehozása.

A PA egy izopentenil-indol-alkaloid, amely egyedülálló kémiai szerkezettel és kiváló rovarrezisztencia-aktivitással rendelkezik. Ez a kereskedelmi forgalomban kapható rovarrezisztens szer, a Dextrant szintézisének nyersanyaga, és magas piaci értékkel és hatalmas piaci kereslettel rendelkezik. A vad típusú Penicillium törzs azonban alacsony PA-hozammal rendelkezik, több kémiai szintézislépéssel és alacsony hozammal, ami megnehezíti a piaci kereslet kielégítését. Ez a tanulmány Plackett Burman-tervet használt, hogy kiszűrje három olyan közegkomponenst, amelyek jelentősen befolyásolják a vad törzs KWF31 által rázólombikban történő PA horizontális fermentációs termelését rázólombikban nyolc tényezőből: oldható keményítő, glükóz és élesztőkivonat; koncentrációjukat fokozatosan optimalizáltuk mászó kísérletek és Box Behnken-tervezés segítségével. Az optimális optimális koncentrációk a következők: oldható keményítő 31,0 g/l, glükóz 1208 g/l és élesztőkivonat 14,5 g/l. Ebben a közegben a vad típusú KWF31 törzs magas, 243,7 mg/L-es potenciált mutatott a PA-termeléshez a rázólombikos horizontális fermentáció során, ami 3,4-szer magasabb volt, mint az optimalizálás előtt (55,8 mg/L). Az ebben a tanulmányban a PA tengeri gomba KWF31 által történő fermentációs előállítására létrehozott folyamat jó reprodukálhatósággal, stabilitással és ellenőrizhetőséggel rendelkezik. Ennek alapján az iparosított fermentációs folyamatok további fejlesztése megalapozza az új fonálféreg elleni peszticidek kifejlesztését Kínában, ami fontos elméleti és gyakorlati jelentőséggel bír az állattenyésztés egészséges fejlődésének előmozdítása szempontjából Kínában.