Yanıt Yüzey Metodolojisi Kullanılarak Paraherquamide A Fermantasyon Sürecinin Optimizasyonu
Parazitik nematod hastalığı, hayvancılığın gelişimini ciddi şekilde etkileyen çiftlik hayvanları ve kümes hayvanlarının parazitik bir hastalığıdır. Şu anda, avernektinler dünya çapında veteriner klinik uygulamalarında en yaygın kullanılan antiparaziter ilaçlardır. Bununla birlikte, bu ilacın kötüye kullanılması nedeniyle, birçok alanda ilaca dirençli suşlar ortaya çıkmıştır. 1980'lerin sonlarında Çin bu tür bir ilacı tanıttı ve yaygın olarak kullandı ve şimdi evcil koyun gastrointestinal nematodları avermektin ilaçlarına karşı çeşitli derecelerde direnç geliştirdi. Startect ®, dünyanın en büyük hayvan sağlığı ilaç ve aşı şirketi olan Zoetis tarafından geliştirilen, çiftlik hayvanları ve kümes hayvanlarının paraziter hastalıklarını ve ilaç direnci sorunlarını etkili bir şekilde önleyebilen ve çözebilen yeni bir tür koyun oral kısa etkili deworming ilacıdır. Bu ilacın aktif bileşenleri derquantel (10mg/mL) ve avermektindir (1mg/mL). Startect®'in standart dozu 1mL/5kg'dır (sıvı hacmi/koyun vücut ağırlığı) ve her 50kg yetişkin koyun bir kez uygulanmak üzere yaklaşık 0.1g Dexmedetomidine gerektirir. Birleşmiş Milletler Gıda ve Tarım Örgütü (FAO) istatistiklerine göre dünya koyun varlığı 1,2 milyara ulaşmıştır. Dolayısıyla, Dequnt için potansiyel talep yüzlerce ton veya daha da yüksektir ve pazar talebi çok büyüktür.

Dextrant, esas olarak PA'nın amid karbonil indirgenmesi ve deoksijenasyonu yoluyla elde edilen fungal metabolit Paraherquamide A'nın (PA) kimyasal bir türevidir (bkz. Şekil 1). Bu nedenle, Dequnte'nin endüstriyel hammadde tedariki esas olarak PA üretiminden etkilenmektedir. Bununla birlikte, Paraherquamide gibi doğal ürünlerin kimyasal yapısı karmaşıktır. İzopren veya izopren epoksitler gibi endüstriyel hammaddelerden kimyasal olarak sentezlenebilmelerine rağmen, kimyasal reaksiyon adımları 46 adıma kadar ulaşabilir, bu da yüksek maliyetlere ve son derece düşük verime (2.5%) neden olarak endüstriyel ölçekte üretilmesini zorlaştırır. Mikrobiyal fermantasyon yoluyla PA üretimi şu anda bu bileşiği büyük ölçekte elde etmenin etkili bir yoludur. PA ilk olarak Penicillium cinsine ait bir mantar olan Penicillium paraherquei türünün fermantasyon ürününden izole edilmiştir. Bununla birlikte, vahşi tip Penicillium tarafından üretilen PA'nın gücü yüksek değildi, bu da daha fazla deneysel araştırma ve endüstriyel uygulamayı engelledi. Fungal metabolitlerin uygulama araştırmalarında, hedef metabolitin etki seviyesi sadece suşun kendi performansına değil, daha da önemlisi, üretim kapasitesini tam olarak kullanmak için fermantasyon ve yetiştirme koşullarının optimize edilmesine bağlıdır. Yanıt yüzeyi metodolojisi şu anda mikrobiyal fermantasyon kültürünü optimize etmek için yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu yöntem deneysel tasarım ve matematiksel modellemeyi birleştirir ve daha az deney, daha kısa döngüler, regresyon denklemlerinin elde edilmesinde daha yüksek doğruluk, daha iyi tahmin performansı ve çeşitli faktörler arasındaki etkileşimin incelenmesi gibi avantajlara sahiptir.

Ön çalışmada, araştırma grubumuz yüksek PA üretimine sahip deniz kaynaklı bir Penicillium mantarı KWF31 keşfetti. İlk keşif, fermantasyon gücünün Chatelier ortamı altında 55.8 ± 3.7mg/L olduğunu ve bunun endüstriyel üretim gereksinimlerini karşılamadığını göstermiştir. Bu çalışmanın amacı, Plackett Burman tasarımı, en dik tırmanma tasarımı ve Box Behnken tasarımı gibi yanıt yüzeyi yöntemlerini kullanarak KWF31 suşunun fermantasyon ortamını optimize etmek ve yüksek verimli ve istikrarlı bir PA üretim süreci teknolojisi şeması oluşturmaktır.

PA, benzersiz bir kimyasal yapıya ve mükemmel böcek direnci aktivitesine sahip bir izopentenil indol alkaloiddir. Ticari böcek dirençli ajan Dextrant'ın sentezi için bir hammaddedir ve yüksek pazar değerine ve büyük pazar talebine sahiptir. Bununla birlikte, vahşi tip Penicillium suşu, birden fazla kimyasal sentez aşaması ve düşük verim ile düşük PA verimine sahiptir ve bu da pazar talebini karşılamayı zorlaştırmaktadır. Bu çalışmada, sekiz faktörden çalkalamalı şişelerde yabani KWF31 suşu tarafından PA'nın yatay fermantasyon üretimini önemli ölçüde etkileyen üç ortam bileşenini taramak için Plackett Burman tasarımı kullanılmıştır: çözünür nişasta, glikoz ve maya özütü; Konsantrasyonları, tırmanma deneyleri ve Box Behnken tasarımı kullanılarak kademeli olarak optimize edilmiştir. Optimize edilmiş optimum konsantrasyonlar çözünür nişasta 31.0g/L, glikoz 1208g/L ve maya özütü 14.5g/L'dir. Bu ortamda, yabani tip KWF31 suşu, sallama şişesi yatay fermantasyonu sırasında PA üretimi için 243,7 mg/L'lik yüksek bir potens göstermiştir; bu, optimizasyon öncesine göre (55,8 mg/L) 3,4 kat daha yüksektir. Bu çalışmada deniz mantarı KWF31 tarafından PA fermantasyon üretimi için oluşturulan süreç iyi bir tekrarlanabilirlik, stabilite ve kontrol edilebilirliğe sahiptir. Bu temelde, sanayileşmiş fermantasyon süreçlerinin daha da geliştirilmesi, Çin'de hayvancılığın sağlıklı gelişimini teşvik etmek için önemli teorik ve pratik öneme sahip olan Çin'de yeni anti nematod pestisitlerin geliştirilmesinin temelini oluşturmaktadır.