Sàng lọc và xác định chủng Penicillium brevicompactum được cách ly từ quả thể của Inonotus obliquus và quá trình sản xuất axit mycophenolic qua lên men

Annals of Microbiology - Tập 69 - Trang 1351-1360 - 2019
Cong Min1, Hao Dong2, Xingbin Liu1, Zongshen Zhang1
1School of Biological Engineering, Dalian Polytechnic University, Dalian, China
2The College of Life Sciences, Northwest University, Xi’an, China

Tóm tắt

Axit mycophenolic (MPA) là một chất chuyển hóa nấm có nhiều hoạt động sinh học và được ứng dụng rộng rãi trong thực tiễn lâm sàng. Nghiên cứu này nhằm mục tiêu cách ly một chủng Penicillium brevicompactum mới từ quả thể của Inonotus obliquus nhằm cải thiện sản xuất MPA. Quả thể của Inonotus obliquus đã được sử dụng để cách ly các chủng P. brevicompactum. Việc xác định chủng P. brevicompactum được thực hiện thông qua phân tích trình tự gen và phân tích cây phát sinh chủng loại. Phân tích HPLC đã được tiến hành để xác định sự sản xuất MPA. Quá trình lên men lỏng chìm và lên men hai chiều đã được áp dụng để cải thiện năng suất MPA. Các ứng cử viên chủng P. brevicompactum đã được cách ly và sàng lọc từ quả thể của Inonotus obliquus thu thập từ núi Changbai, Trung Quốc. Dựa trên phân tích trình tự và cây phát sinh chủng loại của 18S rDNA-ITS, chủng MC-4 đã được xác định là P. brevicompactum. Phân tích HPLC cho thấy rằng chủng P. brevicompactum được cách ly có khả năng sản xuất MPA trong các sản phẩm chuyển hóa. Các điều kiện tối ưu của quá trình lên men lỏng chìm như sau: 100 g/L khoai mỡ trong môi trường PDB lỏng, pH 6, nhiệt độ lên men 24 °C, tốc độ lắc 130 vòng/phút và thời gian lên men 6 ngày. Giá trị tối đa của sản xuất MPA đạt 1.415 g/L sau quá trình lên men lỏng chìm. Hơn nữa, năng suất MPA có thể được tăng cường đáng kể lên 1.537 g/L sau quá trình lên men hai chiều với chiết xuất từ quả Swietenia macrophylla (FSM). Chúng tôi đã chứng minh rằng một chủng Penicillium brevicompactum được cách ly từ quả thể của Inonotus obliquus có thể được sử dụng để cải thiện sản xuất MPA bằng cách sử dụng quá trình lên men lỏng chìm và lên men hai chiều. Điều này sẽ cung cấp một phương pháp mới cho việc sản xuất MPA hiệu quả và an toàn hơn.

Từ khóa

#Penicillium brevicompactum #axit mycophenolic #Inonotus obliquus #lên men lỏng chìm #lên men hai chiều

Tài liệu tham khảo

Baek J, Roh HS, Baek KH, Lee S, Lee S, Song SS, Kim KH (2018) Bioactivity-based analysis and chemical characterization of cytotoxic constituents from Chaga mushroom (Inonotus obliquus) that induce apoptosis in human lung adenocarcinoma cells. J Ethnopharmacol 224:63–75 Carter SB, Franklin TJ, Jones DF, Leonard BJ, Mills SD, Turner RW, Turner WB (1969) Mycophenolic acid: an anti-cancer compound with unusual properties. Nature 223(5208):848–850 Chi Y, Qiao L, Zuo S, Yan H, Du C, Hwang H, Peng W (2018) Submerged liquid fermentation of Ulva prolifera Müller tissue and applications for improving growth performance in juvenile abalone (Haliotis discus hannai Ino). J Appl Phycol 30:2639–2647 Chong Z, Fang Y, Qing Q (2018) Establishment of bidirectional fermentation system of Paecilomyces cicadae/Astragalus membranaceus and study on its components. World Chinese Medic 12:44–50 Cui Y, Kim D-S, Park K-C (2005) Antioxidant effect of Inonotus obliquus. J Ethnopharmacol 96(1-2):79–85 Dewanjee S, Maiti A, Das AK, Mandal SC, Dey SP (2009) Swietenine: a potential oral hypoglycemic from Swietenia macrophylla seed. Fitoterapia 80(4):249–251 Dharmalingam K , Tan BK , Mahmud MZ (2012) Swietenia macrophylla extract promotes the ability of Caenorhabditis elegans to survive Pseudomonas aeruginosa infection. J Ethnopharmacol 139(2):0-663 Djalil AD, Genatrika E, Utaminingrum W (2018) Antidiabetic effect of mahogany (Swietenia macrophylla King) leaves extracts in glucose induced diabetic rats. Adv Sci Lett 24(1):100–102 Domhan S, Muschal S, Schwager C, Morath C, Wirkner U, Ansorge W, Maercker C, Zeier M, Huber PE, Abdollahi A (2008) Molecular mechanisms of the antiangiogenic and antitumor effects of mycophenolic acid. Mol Cancer Ther 7(6):1656–1668 Dong Y, Rui X, Wang L, Jian Z, Bai C, Sun A, Wei D (2015) A combined feeding strategy for enhancing mycophenolic acid production by fed-batch fermentation in Penicillium brevicompactum. Process Biochem 50(3):336–340 Fazenda ML, Seviour R, Mcneil B, Harvey LM (2008) Submerged culture fermentation of “higher fungi”: the macrofungi. Adv Appl Microbiol 63:33–103 Frisvad JC, Houbraken J, Popma S, Samson RA (2013) Two new Penicillium species Penicillium buchwaldii and Penicillium spathulatum, producing the anticancer compound asperphenamate. FEMS Microbiol Lett 339(2):77–92 Géry A, Dubreule C, André V, Rioult JP, Bouchart V, Heutte N, Eldin dPP, Krivomaz T, Garon D (2018) Chaga (Inonotus obliquus), a future potential medicinal fungus in oncology? A chemical study and a comparison of the cytotoxicity against human lung adenocarcinoma cells (A549) and human bronchial epithelial cells (BEAS-2B). Integr Cancer Ther 17:832-843 Heischmann S, Dzieciatkowska M, Hansen K, Leibfritz D, Christians U (2017) The immunosuppressant mycophenolic acid alters nucleotide and lipid metabolism in an intestinal cell model. Sci Rep 7(1):45088. https://doi.org/10.1038/srep45088 Hood KA, Zarembski DG (1997) Mycophenolate mofetil: a unique immunosuppressive agent. Am J Health Syst Pharm 54(3):285–294 Huang QY, Lin WF, Chen Z (2009) Optimization of submerged fermentation conditions for longan vinegar production. Modern Food Sci Technol 12:1419–1422 Jagadeeshbabu PE, Viswanathan R (2010) Studies on the effect of pH, temperature and metal ions on the production of pectinase from tamarind kernel powder by submerged fermentation using Aspergillus foetidus (NCIM 505). Asia-Pacific J Chemic Eng 5(2):396–400 Juki N, John R, Juliet B, Daniel W, Jacobson PA (2006) A limited sampling model for estimation of total and unbound mycophenolic acid (MPA) area under the curve (AUC) in hematopoietic cell transplantation (HCT). Ther Drug Monit 28(3):394–401 Kong XF, Zhang YZ, Wu X (2009) Fermentation characterization of Chinese yam polysaccharide and its effects on the gut microbiota of rats. Inter J Micro 2009:1–13 Liang B (2017) Optimization of the Ganoderma lucidum-Ginkgo biloba bi-directional liquid fermentation condition and antioxidation properties of its products. Mycosystema 10:31–37 Liu Z, Tang Y, Zhou R, Shi X, Zhang H, Liu T, Lian Z, Shi X (2018) Bi-directional solid fermentation products of Trametes robiniophila Murr with Radix Isatidis inhibit proliferation and metastasis of breast cancer cells. J Chin Med Assoc 81:520–530 Lowe AJ, Jourde B, Breyne P, Colpaert N, Navarro C, Wilson J, Cavers S (2003) Fine-scale genetic structure and gene flow within Costa Rican populations of mahogany (Swietenia macrophylla). Heredity 90(3):268–275 Meng F, Xing G, Li Y, Song J, Wang Y, Meng Q, Lu J, Zhou Y, Liu Y, Wang D (2016) The optimization of Marasmius androsaceus submerged fermentation conditions in five-liter fermentor. Saudi J Biol Sci 23:S99–S105 Ming SS, Xiao MX, Hong DL (2010) Optimization of bi-direction solid fermentation for toxicity-reducing and efficacy-maintaining action of fungal fermentative products of Tripterygium wilfordii. Mycosystema 29(2):294–299 Morales RR, Agrapart V, Mencacci C, Moretti C, Frajese G, Frajese GV (2008) Functional re-differentiation of prostate cancer derived cell lines by the anti-tumoral drug mycophenolic acid (MPA). EJC Suppl 6(9):146–146 Mudge DW, Atcheson BA, Taylor PJ, Pillans PI, Johnson DW (2004) Severe toxicity associated with a markedly elevated mycophenolic acid free fraction in a renal transplant recipient. Ther Drug Monit 26(4):453–455 Nakajima Y, Sato Y, Konishi T (2007) Antioxidant small phenolic ingredients in Inonotus obliquus (persoon) Pilat (Chaga). Chem Pharm Bull 55(8):1222–1226 Okour M, Jacobson PA, Ahmed MA, Israni AK, Brundage RC (2018) Mycophenolic acid and its metabolites in kidney transplant recipients: a semimechanistic enterohepatic circulation model to improve estimating exposure. J Clin Pharmacol 58(S2):628–639 Regueira TB, Kildegaard KR, Hansen BG, Mortensen UH, Hertweck C, Nielsen J (2011) Molecular basis for mycophenolic acid biosynthesis in Penicillium brevicompactum. Appl Environ Microbiol 77(9):3035–3043 Shaligram NS, Singh SK, Singhal RS, Szakacs G, Pandey A (2008) Compactin production in solid-state fermentation using orthogonal array method by P. brevicompactum. Biochem Eng J 41(3):295–300 Shih IL, Lin CY, Wu JY, Hsieh C (2009) Production of antifungal lipopeptide from Bacillus subtilis in submerged fermentation using shake flask and fermentor. Korean J Chem Eng 26(6):1652–1661 Shin KO, Jeon JR, Lee JS (2006) Lactic acid fermentation of Chinese yam (Dioscorea batatasDecne) flour and its pharmacological effect on gastrointestinal function in rat model. Biotech Bioproc Eng 11(3):240–244 Sun YP, Zhu LL, Liu JS (2018) Limonoids and triterpenoid from fruit of Swietenia macrophylla. Fitoterapia 125:141–146 Vinci MC, Go E, Tarnawsky SP, Shelley WC, Banno K, Lin Y, Gil C-H, Blue EK, Haneline LS, O’Neil KM, Yoder MC (2018) Mycophenolic acid induces senescence of vascular precursor cells. PLoS One 13(3):e0193749 Vinokurova NG, Ivanushkina NE, Kochkina GA, Arinbasarov MU, Ozerskaya SM (2005) Production of mycophenolic acid by fungi of the genus Penicillium link. Prikl Biokhim Mikrobiol 41(1):95–98 Wang Y, Yao Z, Liang W, Yang D, Wang W, Teng L (2016) 9 Studies on the optimization of submerged fermentation medium and conditions for Tricholoma matsutake. J Investig Med 64:A3–A4 Wold CW, Kjeldsen C, Corthay A, Rise F, Christensen BE, Duus JØ, Inngjerdingen KT (2018) Structural characterization of bioactive heteropolysaccharides from the medicinal fungus Inonotus obliquus (Chaga). Carbohydr Polym 185:27–40 Xia TU, Pan Y (2010) The bi-directional fermentation technology, a new approach to attenuating the toxicity of toxic Chinese Materia Medica. J Fungal Res 1:52–56 Xu ZN, Yang ST (2007) Production of mycophenolic acid by Penicillium brevicompactum immobilized in a rotating fibrous-bed bioreactor. Enzym Microb Technol 40(4):623–628 Xu X, Zhang X, Nong X, Jie W, Qi S (2017) Brevianamides and mycophenolic acid derivatives from the deep-sea-derived fungus Penicillium brevicompactum DFFSCS025. Mar Drugs 15(2):43. https://doi.org/10.3390/md15020043 Yang Y, Du XJ, Li P (2014) An optimized method for the preparation of Monascus purpureus DNA for genome sequencing. Appl Mech Mater 563(6):379–383 Yi Z, Xie XM, Zhang LY (2007) The origin, development and its advantage and potential of “the bi-directional solid fermentation” for medicinal fungi. Edible Fungi China 2:1–6 Zhang Q, Yang B, Li F, Liu M, Lin S, Wang J, Xue Y, Zhu H, Sun W, Hu Z, Zhang Y (2018) Mycophenolic acid derivatives with immunosuppressive activity from the coral-derived fungus Penicillium bialowiezense. Marine Drugs 16(7):230. https://doi.org/10.3390/md16070230