革新的な生合成、人工知能

Scientific Reports volume 12、記事番号: 21851 (2022) この記事を引用

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ナノテクノロジーにおける微生物ベースの戦略は、従来の化学的および物理的プロトコルに比べて、経済的、環境に優しく、バイオセーフティー上の利点をもたらします。 現在の研究では、先駆者である Streptomyces sp. を利用した、キトサン ナノ粒子 (CNP) の新しい生合成プロトコルについて説明しています。 NEAE-83 株は、CNP 生合成に大きな可能性を示しました。 これは、形態学的および生理学的特性、ならびに 16S rRNA 配列 (GenBank アクセッション番号: MG384964) に基づいて、Streptomyces microflavus 株 NEAE-83 として同定されました。 CNP は、SEM、TEM、EDXS、ゼータ電位、FTIR、XRD、TGA、および DSC によって特性評価されました。 CNP の生合成は、数学的モデルである面心中心複合設計 (CCFCD) を使用して最大化されました。 CNP の最高収量 (9.41 mg/mL) は、実行番号 2 で得られました。 図２７では、初期ｐＨ５．５、１％キトサン、４０℃、および１２時間のインキュベーション期間を使用した。 革新的には、CCFCD の試験データに基づいて CNP 生合成を検証および予測するために、人工ニューラル ネットワーク (ANN) が使用されました。 両方のモデルの精度が高いにもかかわらず、ANN は CCFCD と比較して CNP 生合成の予測において最高でした。 ANN は予測効率が高く、誤差値 (RMSE、MDA、および SSE) が低かった。 Streptomyces microflavus NEAE-83 株によって生合成された CNP は、ジャガイモ軟腐病の原因となる Pectobacterium carotovorum に対して in vitro 抗菌活性を示しました。 これらの結果は、有害なジャガイモ軟腐病の防除に応用できる可能性を示唆しました。 これは、新たに単離されたCNPを用いたCNPの生合成に関する最初の報告である。 環境に優しいアプローチと人工知能による生合成プロセスの最適化としての Streptomyces microflavus NEAE-83 株。

放線菌は、ゲノム内に高い GC 含量 (69 ～ 73%) を有する、グラム陽性好気性放線菌の広範でユニークなグループで構成されています。 放線菌は、多核気中フィラメントに交差壁を形成することによって胞子の鎖に発達する分岐基質と気中菌糸体を生成します。 このグループの細菌は土壌中に広く分布しており、豊富な色素沈着パターンを持っています 1,2。 Streptomyces 種は、多数の付加価値のある二次代謝産物を生成する能力と生物学的プロセスにおけるいくつかの応用により、放線菌の中で産業的に最も重要です 3,4,5。 放線菌の新たに出現した有望な応用例の 1 つは、ナノ粒子の生合成への応用です 1,6。

近年、ナノ粒子はその興味深い特性により大きな注目を集めています7。 バルク材料と比較して、ナノ粒子は体積に対する表面積の比が大きいため、高い反応活性を示します8。 一般に、ナノ粒子は化学的、物理的、機械的、または生物学的経路によって生成されます9。

キトサンやアルブミンとトリポリリン酸ナトリウム (TPP) など、有害な材料や高価な材料を使用せずに生体適合性のナノ構造システムを提供する非生物学的方法があります 10、11、12。 それにもかかわらず、高コスト、高圧、エネルギー、温度、有害化合物の使用、大きな粒子サイズなど、多くの障害が非生物学的方法の限界に寄与しています13。 危険な化学物質により、医療および臨床分野でのナノ粒子の使用が制限されます。 したがって、ナノ粒子を合成するための環境に優しい代替方法を確立することが急務となっている9。 さらに、環境に優しく経済的な微生物ベースのナノ粒子合成は、清潔さ、安全性、堅牢性を提供し、さらに微生物代謝産物の還元能力により単分散ナノ粒子を容易に生成できます9。

キトサンはキチンの脱アセチル化誘導体であり、N-アセチル-2 アミノ-2-デオキシ-d-グルコース (グルコサミン) と 2-アミノ-2-デオキシ-d の残基が (β1 → 4) 結合した直鎖多糖で構成されています。 -グルコース（N-アセチルグルコサミン）。 これは生分解性であり、第一級アミンのプロトン化によって水性酸性媒体に可溶であり、遊離アミノ基はそのポリマー鎖に正電荷を生成します 14,15。