Chức năng tiềm năng và ứng dụng của các exopolysaccharides vi sinh vật đa dạng trong môi trường biển

Hassan A. H. Ibrahim1, Hala E. Abou Elhassayeb1, Waleed M. M. El-Sayed1
1Marine Microbiology Department, National Institute of Oceanography and Fisheries (NIOF), Cairo, Egypt

Tóm tắt

Exopolysaccharides (EPSs) từ vi sinh vật là các biopolymer tự nhiên vô hại quan trọng, được sử dụng trong các ứng dụng bao gồm dược phẩm, nutraceuticals và thực phẩm chức năng, mỹ phẩm và thuốc trừ sâu. Nhiều loại vi sinh vật có khả năng tổng hợp và bài tiết EPSs với các tính chất hóa học và cấu trúc khiến chúng phù hợp với một số ứng dụng quan trọng. Vi sinh vật bài tiết EPS ra bên ngoài màng tế bào của chúng, dưới dạng chất nhờn hoặc “thạch” vào môi trường ngoại bào. Những vi sinh vật sản xuất EPS này rất phổ biến và có thể được phân lập từ các môi trường nước và đất, chẳng hạn như nước ngọt, nước biển, nước thải và đất. Chúng cũng đã được phân lập từ những môi trường cực đoan như suối nước nóng, nước lạnh, các môi trường ưa muối và đầm lầy muối. Gần đây, EPS vi sinh vật đã thu hút sự quan tâm cho các ứng dụng như tác nhân kết tụ sinh học môi trường nhờ tính chất phân hủy được và không độc hại của chúng. Tuy nhiên, cần có thêm nỗ lực để sản xuất EPS vi sinh vật một cách hiệu quả về chi phí và quy mô công nghiệp. Bài đánh giá này tập trung vào các exopolysaccharides thu được từ nhiều vi sinh vật ưa cực, quá trình tổng hợp của chúng và tối ưu hóa sản xuất để cải thiện chi phí và năng suất. Chúng tôi cũng đã khám phá vai trò và ứng dụng của chúng trong các tương tác giữa nhiều sinh vật khác nhau.

Từ khóa

#exopolysaccharides #vi sinh vật #môi trường biển #tác nhân kết tụ sinh học #sản xuất công nghiệp

Tài liệu tham khảo

Moghannem SAM, Farag MMS, Shehab AM, Azab MS (2018) Environmental microbiology exopolysaccharide production from Bacillus velezensis KY471306 using statistical experimental design. Braz J Microbiol 49(3):452–462

Ibrahim HAH, Abo El Elaa GM, Hassan SW, Abdelatif HH, Abd Rabou MAA (2020) Microbial Exopolysaccharides: from Synthesis to Valuable Applications. LAMBERT Academic Publishing, p 149 ISBN: 978-3-620-2-51454-5

Poli A, Di Donato P, Abbamondi GR, Nicolaus B (2011) Synthesis, production, and biotechnological applications of exopolysaccharides and polyhydroxyalkanoates by archaea. Archaea 2011:1–13. https://doi.org/10.1155/2011/693253

Koerdt A, Gödeke J, Berger J, Thormann KM, Albers S-V (2010) Crenarchaeal biofilm formation under extreme conditions. PLoS ONE 5(11):e14104. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0014104

Glazer AN, Nikaidō H (2007) Microbial Biotechnology: Fundamentals of Applied Microbiology, 2nd edn. Yashasvi Export, Cambridge, New Delhi

Philbe JL (2002) Nouveau microorganisme de la famille des Enterobacteriaceae. French National Patent FR 2840920

Selim MS, Mohamed SS, Shimaa RH, El Awady ME, El Sayed OH (2015) Screening of bacterial antioxidant exopolysaccharides isolated from Egyptian habitats. J Chem Pharmaceutical Res 7(4):980–986

El Essawy A, Abu Shady HK, Abu El Kher AM, Mahmoud MHM (2016) Antimicrobial, anticoagulant on fibrinolytic and prebiotic activities of exopolysaccharide produced by marine Klebsiella sp. Egypt. J Exper Biol 12(2):267–274

Abdelnasser SM, Yahya SM, Mohamed WF, Asker MM, Abu Shady HM, Mahmoud MG et al (2017) Antitumor exopolysaccharides derived from novel marine Bacillus: isolation, characterization sspect and biological activity. Asian Pac J Cancer Prev 18(7):1847–1854

De Philippis R, Sili C, Paperi R, Vincenzini M (2001) Exopolysaccharide-producing cyanobacteria and their possible exploitation. J Appl Phycol 13:293–299

Kawaguchi T, Decho AW (2001) Potential roles of extracellular polymeric secretions (EPS) in regulating calcication - A study of marine stromatolites, Bahamas. Thalassas 17(2):11–19

Sameera V (2011) Novel techniques in the production of industrially imperative products. J Microbial Biochem Technol. 1. https://doi.org/10.4172/1948-5948.R1-003

Abdullahi AS, Underwood GCJ, Gretz MR (2006) Extracellular matrix assembly in diatoms (Bacillariophyceae). V. Environmental effects on polysaccharide synthesis in the model diatom, Phaeodactylum tricornutum. J Phycol 42:363–378

Czaczyk K, Myszka K (2007) Biosynthesis of extrace llul ar polymeric substances (EPS) and its role in microbial biofilm formation. Polish J Environ Stud 16(6):799–806

Flemming HC, Wingender J (2002) Extracellular polymeric substances: structure, ecological functions, technical relevance. In: Bitton G (ed) Encyclopedia of Environmental Microbiology. Wiley, New York, pp 1223–1231

Elsakhawy TA, Sherief FA, Abd-El-Kodoos RY (2018) Marine microbial polysaccharides: environmental role and applications. Environ Biodivers 1:61–70

Satoh K, Hirai M, Nishio J, Yamaji T, Kashino Y, Koike H (2002) Recovery of photosynthetic systems during rewetting is quite rapid in a terrestrial cyanobacterium, Nostoc commune. Plant Cell Physiol 43:170–176. https://doi.org/10.1093/pcp/pcf020

Mishra A, Jha B (2013) Microbial Exopolysacchrides. In: Rosenberg E, DeLong EF, Thompson F, Lory S, Stackebrandt E (eds) The Prokaryotes: Applied Bacteriology and Biotechnology, 4th edn. Springer, Berlin, Heidelberg, pp 179–192

He B, Ye J, Yin H, Qin H, Yu L, Zhang N, Peng H (2011) Production and Characteristics of Bioflocculant from Azotobacter. In: 5th International Conference on Bioinformatics and Biomedical Engineering (iCBBE), May 2011, pp 1–6

Abdel-Aziz SM, Hamed HA, Mouafi FE, Gad AS (2012) Acidic pH-shock induces the production of an exopolysaccharide by the fungus Mucor rouxii: utilization of Beet Molasses. New York Sci J 5(2):52–61

Sutherland IW (1983) Extracellular polysaccharides. In: Rehm H, Reed G, Dellwag H (eds) Biotechnology: biomass, microorganisms for special applications, microbialproducts I, energy from renewable resources. Verlag Chemie Gmbh, Wienheim, pp 531–574

Sultan S, Mubashar K, Faisal M (2012) Uptake of toxic Cr (VI) by biomass of exopolysaccharides producing bacterial strains. Afr J Microbiol Res 6(13):3329–3336

Rasulov BA, Yili A, Aisa HA (2013) Biosorption of metal ions by exopolysaccharide produced by Azotobacter chroococcum XU1. J Environ Protect 4(9):989

Lakzian A, Berenji AR, Karimi E, Razavi S (2008) Adsorption capability of lead, nickel and zinc by exopolysaccharide and dried cell of Ensifermeliloti. Asian J Chem 20(8):6075