Please use this identifier to cite or link to this item:
http://kb.psu.ac.th/psukb/handle/2016/11369
Title: | Isolation of a novel rubber degrading bacterium from a consortium and characterization of its lcp gene products |
Other Titles: | การคัดแยกแบคทีเรียสายพันธุ์ใหม่ที่สามารถย่อยสลายยางจากกลุ่มจุลินทรีย์และจำแนกลักษณะของ lcp ยีนจากเชื้อที่แยกได้ |
Authors: | Kamontam Umsakul Sirimaporn Watcharakul Faculty of Science (Microbiology) คณะวิทยาศาสตร์ ภาควิชาจุลชีววิทยา |
Keywords: | Agricultural microbiology;Rubber gloves Biodegradation |
Issue Date: | 2017 |
Publisher: | Prince of Songkla University |
Abstract: | Rubber degrading consortium ST608 was enriched from a rubber processing waste pond using Mineral Salt Medium (MSM) supplemented with sterile rubber glove pieces, representative of a vulcanized rubber, as a sole carbon source. Substantial disintegration of the rubber pieces was visible within 3 weeks of incubation with the consortium, this indicated the presence of active rubber degrading microorganisms. The highest percentage weight loss of the rubber pieces over a 30 day period was 50%, and according to the CO2 released, this accounted for 57% of the total available rubber carbon. The deterioration of rubber pieces was also observed by Scanning Electron Microscope (SEM), numerous microorganisms were associated with the areas of strong disintegration resulted in structural changes, that was detected by Fourier Transform Infrared spectroscopy Attenuated Total Reflectance (FTIR- ATR), which revealed (i) a significant decrease of the numbers of double bonds in the isoprene chains (ii) the formation of aldehyde-ketone groups (iii) the formation of different chemical bondings including fatty acid and polysaccharide of microbial cells. The bacterial consortium ST608 was analyzed by PCR-DGGE, and eight prominent strains were identified based on 16s rRNA genes with most isolates identified belonging to the actinomycetes group. This work clearly showed the potential of one bacterial consortium ST608 to biodegrade rubber while undergoing dynamic changes in the bacterial population. Some strains that played key roles throughout the experiment were identified. Due to little is known about rubber degrading enzymes and their corresponding genes, in particular about the biochemistry of polyisoprene cleavage by Leps and the types and functions of the involved cofactors. In this research study, one of rubber degrading bacteria identified as a Rhodococcus rhodochrous RPK1, was derived from the potential consortium ST608, which has not been previously identified its biochemical properties. Thus, identification and characterization of properties of lcp gene was performed. A lcp gene of R. rhodochrous RPK1 that coded for a polyisoprene-cleaving latex clearing protein (LCPR) was identified, cloned, expressed in Escherichia coli and purified. Purified LCPRr had a specific activity of 3.1 U/mg at 30°C and degraded poly(cis-1,4-isoprene) to a mixture of oligoisoprene molecules with terminal keto and aldehyde groups. The optimum pH of LCPRr was higher (pH 8) than for other known rubber-cleaving enzymes (≈ pH 7). UVvis spectroscopic analysis of LCPR revealed a cytochrome-specific absorption spectrum with an additional feature at long wavelengths that has not been observed for any other rubber-cleaving enzyme. The presence of one b-type haem in Leper as a co- factor was confirmed by (i) metal analysis, (ii) solvent extraction, (iii) bipyridyl assay and (iv) detection of haem-b specific m/z values via mass-spectrometry. This study points the potential of bacterial consortium ST608 to degrade vulcanized rubber glove with identification of strains that played important roles in the process, and revealed the substantial differences in the active sites of LCPRr proteins to other rubber degrading proteins. |
Abstract(Thai): | กลุ่มจุลินทรีย์ย่อยสลายยาง ST 608 ที่คัดแยกได้จากน้ําเสียจากกระบวนการผลิต ยาง โดยทําการ เพิ่มจํานวนในอาหาร Mineral Salts Medium (MSM) ที่ใช้ถุงมือยางซึ่งเป็นตัวแทน ของยางวัลคาไนซ์เป็นแหล่งคาร์บอนเพียงแหล่งเดียว เมื่อบ่มไปสามสัปดาห์ พบว่าถุงมือยาง มีการ ย่อยสลายอย่างเห็นได้ชัด ซึ่งแสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพการทํางานของกลุ่มจุลินทรีย์ย่อยสลายยาง โดยหลังการบ่มเป็นเวลา 30 วัน พบว่าน้ําหนักของยางหายไปมากถึง 50 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งสอดคล้องกับ ผลการวัดปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์ที่ถูกปล่อยออกมา 57 เปอร์เซ็นต์ โดยคํานวนจากปริมาณ คาร์บอนทั้งหมดในตัวอย่าง จากการตรวจสอบการเสื่อมสภาพของชิ้นยาง โดยส่องผ่านกล้อง จุลทรรศน์อิเล็กตรอน (Scanning Electron Microscope, SEM) พบว่ามีจุลินทรีย์เกาะติดผิวหน้าชิ้น ยางจํานวนมากตรงพื้นที่ที่มีการย่อยสลายอย่างชัดเจน ซึ่งเป็นสาเหตุทําให้มีการเปลี่ยนแปลงทาง โครงสร้างของยางจากการตรวจวัดด้วยวิธีการ Fourier Transform Infrared Spectroscopy Attenuated Total Reflectance (FTIR-ATR) พบว่า 1) พันธะคู่ในสายไอโซพรีนลดลงอย่างเห็นได้ ชัด 2) มีหมู่แอลดีไฮด์และคีโตนเกิดขึ้นที่ปลายสายโซ่ 3) พบการสร้างพันธะของสารกลุ่มกรดไขมัน และพอลิแซคคาไรด์จากเซลล์ของจุลินทรีย์ จากการตรวจวิเคราะห์กลุ่มจุลินทรีย์ ST608 โดยวิธีการ Polymerase Chain Reaction Denaturing Gradient Gel Electrophoresis (PCR-DGGE) พบจุลินทรีย์ 8 สายพันธุ์ที่มี บทบาทสําคัญ เมื่อบ่งชี้ชนิดด้วยยีน 16S rRNA พบว่าส่วนใหญ่เป็นจุลินทรีย์กลุ่มแอคติโนมัยซีทีส จาก งานวิจัยชิ้นนี้แสดงให้เห็นว่ากลุ่มจุลินทรีย์ ST608 เป็นกลุ่มที่มีประสิทธิภาพสูงในการย่อยสลายยางในขณะเดียวกันก็มีการเปลี่ยนแปลงของกลุ่มประชากรแบคทีเรียในขณะเกิดกระบวนการย่อยสลาย ด้วย เนื่องจากองค์ความรู้เรื่องเอ็นไซม์ย่อยสลายยางและยีนที่เกี่ยวข้องยังมีเพียงเล็กน้อย โดยเฉพาะอย่างยิ่งในแง่ของความรู้ทางชีวเคมีที่เกี่ยวกับการแตกตัวของไอโซพรีนโดย Lcps (Latex Clearing Proteins) รวมไปถึงชนิดและหน้าที่การทํางานของโคแฟกเตอร์ ในงานวิจัยครั้งนี้ค้นพบ แบคทีเรียย่อยสลายยาง Rhodococcus rhodochrous สายพันธุ์ RPK1 ได้มาจากกลุ่มจุลินทรีย์ ST608 ที่มีประสิทธิภาพสูงซึ่งน่าสนใจ และยังไม่มีการศึกษาถึงคุณสมบัติทางชีวภาพที่เกี่ยวข้องกับ การย่อยสลายยาง ดังนั้นจึงมีการศึกษาการบ่งชี้ชนิดและอธิบายลักษณะคุณสมบัติของ Lcper โดยทํา การคัดแยกยีนที่ทําหน้าที่เปลี่ยนรหัสการสังเคราะห์โปรตีนที่ทําให้ไอโซพรีนแตกตัว จากนั้นโคลน และให้แสดงออกในแบคทีเรีย Escherichia coli และทําโปรตีนที่ผลิตได้ให้บริสุทธิ์ เมื่อวัดค่ากิจกรรม จําเพาะของโปรตีน Lcpar (Specific activity) ที่อุณหภูมิ 30 องศาเซลเซียส พบว่ามีค่า 3.1 U/mg ซึ่งสามารถย่อยสลายไอโซพรีนสายยาว ให้เป็นโมเลกุลของไอโซพรีนสายสั้นที่มีปลายเป็นคีโตนและ แอลดีไฮด์ และยังพบว่าค่าความเป็นกรด-เบสที่เหมาะสมสําหรับการทํางานของโปรตีน LCpar ที่ pH 8 มีค่าสูงกว่าค่าความเป็นกรด-เบสของเอ็นไซม์ย่อยสลายยางตัวอื่นที่พบ (pH 7) เมื่อวิเคราะห์ LCpR ด้วย UVvis spectroscopy พบว่าโปรตีนชนิดนี้มีการดูดกลืนแสงที่ช่วงคลื่นจําเพาะของไซโทโครม และยังพบลักษณะเด่นโดยดูดกลืนแสงช่วงคลื่นที่ยาวกว่าโปรตีนย่อยสลายยางตัวอื่นที่พบ และยังไม่ เคยมีรายงานมาก่อน นอกจากนี้ยังพบว่าโปรตีน LCps เป็นโปรตีนที่มีฮีมชนิดบีเป็นโคแฟกเตอร์ (6- type heme) โดยทําการวิเคราะห์จาก 1) การวิเคราะห์โลหะ 2) การสกัดด้วยสารตัวทําละลาย 3) การวิเคราะห์ด้วยวิธี Bipyridyl 4) การตรวจวัดด้วย mass-spectrometry ในการศึกษาครั้งนี้ชี้ให้เห็นถึงประสิทธิภาพการย่อยสลายถุงมือยางวัลคาไนซ์ของ กลุ่มจุลินทรีย์ ST608 พร้อมทั้งบ่งชี้ชนิดของจุลินทรีย์ที่มีบทบาทสําคัญในกระบวนการ และยังแสดง ให้เห็นถึงลักษณะคุณสมบัติทางชีวเคมีของโปรตีน LCps ซึ่งแตกต่างจากโปรตีนย่อยสลายยางตัวอื่นๆ อีกด้วย |
Description: | Thesis (Ph.D., Microbiology) Prince of Songkla University, 2017 |
URI: | http://kb.psu.ac.th/psukb/handle/2016/11369 |
Appears in Collections: | 326 Thesis |
Files in This Item:
File | Description | Size | Format | |
---|---|---|---|---|
416889.pdf | 3.15 MB | Adobe PDF | View/Open |
Items in PSU Knowledge Bank are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.