پایان نامه ارشد درباره انفورماتیک، محیط زیست، مدل پیشنهادی، ارزیابی پایداری

دانلود پایان نامه ارشد

فهرست جدولها
عنوان
صفحه
جدول 1-1. موتیفهای حفظ شده و اختصاصی متصل شونده به یونهای فلزی
8
جدول 1-2. مهمترين صنايع توليد كننده فاضلاب حاوي فلز سنگين
15
جدول 1-3. خانوادههای مهم پروتئینهای دخیل در نقل وانتقالات فلزات سنگین در باکتریها
22
جدول1 -4. ارگانلهای سطحی باکتریایی که از طریق مسیر چاپرون-آشر اسمبل میشوند
35
جدول 1-5. خلاصه ای از اپی توپها و موتیفهای ارائه شده توسط پیلیها
38
جدول 2-1. پایگاههایداده و برنامههای بیوانفورماتیکی
42
جدول 2-2.ابزارهای مقایسه توالی
43
جدول 2-3. ابزارهای آنالیز توالی اول پروتئین
43
جدول 2-4. روشهای جستجوی پروفایل و پترن
44
جدول 2-5. ابزارهای پیشگویی ساختار دوم
44
جدول 2-6. ابزارها و روش های پیشگویی ساختار سوم
45
جدول 2-7. ابزارهای آنالیز و مشاهده ملکولی
46
جدول 2-8. مشخصات پلاسمیدهای استفاده شده و یا ساخته شده در این تحقیق
56
جدول 2-9. مشخصات اوليگونوکلئوتيدهای استفاده شده در اين تحقيق
57
جدول 2-10. ترکیبات استفاده شده در یک واکنش SOEing-PCR
65
جدول 2-11. واكنش برش آنزيمي پلاسمید pPR322
67
جدول 2-12. تركيبات مورد استفاده براي واكنش الحاق
68
جدول 3-1 توالی اسید آمینه ای زیرواحد اصلی و چاپرون دو سیستم CS3 و کپسول آنتیژنی F1
81
جدول 3-2. ویژگیهای ساختاری الگو-هدف که توسط روشهای محاسباتی به همراه امتیازات نمرهدهی بدست آمدهاست
87
جدول 3-3. مناطق و اسیدهایآمینه درگیر در ارتباطات ملکولی و غیرقابل دسترس ملکول CstH
94
جدول 3- 4. اثر رقابتی یونهای Ni2+, Cu2+ و Cr3+ بر جذب Cd2+ در حضور کادمیوم
121
4 -1. مقایسه میزان جذب یون کادمیم در سیستمهای نمایشسطحی مختلف و نتایج حاصل از این تحقیق
133

فهرست شکلها
عنوان
صفحه
شکل 1-1. بخشی از اطلاعاتی که از پایگاه داده Swiss-Prot برای زیر واحد اصلی پروتیئن CS3
6
شکل 1-2. برخی از عناصر سنگین مهم در طبیعت
14
شکل 1-3. آرایش عناصر ساختار دوم دومین HMA در پروتئین CadA و اندرکنش فلز سنگین با اسیدهای آمینه سیسئین موجود در پروتئین ناقل فلز سنگین
23
شکل 1-4. ساختار شیمیایی فیتوچلاتین طبیعی و فیتوچلاتین سنتزشده
26
شکل 1-5. ترکیبات سطحی باکتریهای گرم منفی و گرم مثبت
27
شکل 1-6. عرضه سطحی در باکتریهای گرم منفی
29
شکل 1-7. دیاگرام شمایتک از سرهم بندی پیلی توسط مسیر چاپرون و آشر.
34
شکل 1-8. سازماندهی ژنتیکی لوکوسهای اپرون CS3 ، فلشها جهت پروموترها را نشان میدهد
39
شکل 2-2. خلاصه مراحل مدلسازی پروتئینها
48
شکل 2-3. SOEing-PCR برای وارد کردن موتیف متصل شونده به فلز سنگین در جایگاه مجاز 38 و ساخت وکتور بیانی
66
شکل2-4 .نقشه ژنتیکی پلاسمیدهای دارنده ژن کامل اپرون cst ( pPM4567 ) و ژنcstH (pPM4555)
74
شکل 3-1. پترن توافقی دومین اتصال به فلزات سنگین (HMA_1) و نمایش لوگوی توالی پترن
77
شکل3-2. توالی و نمودار شماتیک مربوط به دومین HMA _1 در پروتئین CadA
78
شکل 3-3. تطابق توالی بر مبنای ساختار دوم در منطقه انتهای آمینی انواع پروتئینهای دسته P1-type ATPases
79
شکل 3-4. همردیفی توالی- ساختاری بین پروتئین های الگو-هدف
85
شکل 3-5. همردیفی توالی الگو و هدف زیرواحد اصلی و چاپرون دو پیلی CS3 و F1 antigen
86
شکل .3-6. مدلهای تولید شده برای دو پروتئین CstH (سمت چپ) و CS3-1
88
شکل 3-7. ارزیابی پایداری دو ملکول CstH وCS3-1 در طی شبیه سازی دینامیک ملکولی
88
شکل 3-8. بررسی کیفیت مدل های CstH و cs3-1توسط سرور تحت شبکه Prosa و نقشه راما چاندران با سرور Procheck
90
شکل 3-9. کاندیدهای جایگاه های مجاز
91
شکل 3-10. آنالیز در معرض قرارگیری مدل CstH با کمک نرم افزار Discovery Studio 2.5
92
شکل 3-11. آنالیز مدل CstH با سرور VADAR
92
شکل 3-12. پیش گویی پیشگویی ساختار دوم زیرواحد اصلی پیلی CstHو موقعیت نسبی مناطق مجاز بر روی آن

95
شکل 3-13. مدل سه بعدی CstH و موقعیت جایگاه های مجاز در آن
شکل 3-14. مقایسه ساختاری الگوها با مدل هیبرید و آنالیز و بررسی در معرض قرارگیری موتیف متصل شونده به فلز سنگین
96
97
شکل 3- 15. ساخت کاست های ژنی از ترکیب ژن cstH و توالی متصل شونده به کادمیوم
99
شکل 3–16. الکتروفورز محصولات SOEing-PCR
100
شکل 3-17. نحوه کلونینگ محصولات SOEing PCR در ناقل pBR322
102
شکل 3-18. الکتروفورز DNA پلاسمید pBR322 و کلونهای نوترکیب بر روی ژل آگارز یک درصد
103
شکل 3- 19. الکتروفورز محصولاتPCR کلون های نوترکيب
شکل 3-20. الکتروفورز محصول برش آنزیمی DNA نوترکیب با آنزیمهای AocI و. BamH1
104
105
شکل3- 21. شکل شماتیک کلونینگ ژن هیبرید cstH::cbm و cstH::cbβm در اپرون پیلی CS3
107
شکل3 -22. برش آنزیمی پلاسمید pPM4567 و پلاسمیدهای نوترکیب
108
شکل 3-23. الکتروفورز DNA پلاسمیدهای نوترکیب pEYSm2 و pEYSbm2 روی ژل آگارز یک درصد.
109
شکل3-24. الکتروفورز برش آنزیمی DNA پلاسمیدهای حامل اپرون نوترکیب با آنزیم HindIII بر روی ژل آگارز یک درصد
110
شکل 3-25. الکتروفورز محصول واکنش PCR کلونهای نوترکیب حامل کل اپرون بر روی ژل آگارز یک درصد.
112
شکل 3-26. دات بلاتینگ باکتری E. coli بیان کننده پیلی هیبرید با استفاده از آنتیبادی CS3
113
شکل 3-27. وسترن بلاتینگ باکتری E. coli بیان کننده پیلی نوترکیب با استفاده از آنتیCS3.
115
شکل 3-28. تصاویر میکروسکوپ فلوئورسانس باکتریE. coli بیان کننده پیلی نوترکیب با استفاده از آنتیبادی CS3
116
شکل 3- 29. منحنی ظرفیت جذب کادمیوم در باکتری بیان کننده موتیف اتصالی به کادمیوم و باکتری E. coli میزبان
117
شکل 3-30. بررسی اثر عامل زمان بر جذب کادمیوم در باکتریهای مهندسی شده
118
شکل 3-31. مقایسه جذب کادمیوم در سلولهای کنترل و سلولهای نوترکیب
120
شکل 4- 1. ساختار دمین متصل شونده به فلز واقع در انتهایآمینی پروتئین CadA باکتری لیستریا مونوسیتوژن و مدل پیشنهادی برای نحوه پیوند فلز با موتیف
128

1- مقدمه و مروری بر مطالب گذشته
1-1 زیستفناوری
زیستفناوری یکی از محورهای اساسی توسعه در بسیاری از کشورها قلمداد شده و در تنظیم راهکارها و برنامهریزیهای ملی توجه جدی به آن معطوف شدهاست. این دسته از کشورها در حوزههای مختلف مانند کشاورزی، داروسازی، محیط زیست و حوزههای بسیار جدید مانند تراشههای زیستی1 و سوختهای زیستی2، بهره فراوانی از زیستفناوری کسب کردهاند (Report,2011, Nikaido., 2003).
حفاظت محیطزیست و در نظرگرفتن آن به عنوان یک جزء از سرمایه ملی کشورها و لزوم حفظ آن با به‌کارگیری زیست‌فناوری یکی از حوزههای مهم پیشرفت بشری در نیمه دوم قرن بیستم میباشد. امروزه در برخی از معادن دنیا، استخراج و بازیافت کانیهای پرارزشی مانند طلا، نقره، مس و اورانیوم به کمک ریزسازوارهها و با روشهای فروشویی زیستی3 صورت میگیرد (Sasson, 2005, Grommen and Verstraete, 2002). تولید پلاستیکهای قابل تجزیه4 (Sasson, 2005)، تولید انرژیهای تجدید پذیر با استفاده از تودههای زیستی5 (Chakrabarti, 2009)، طراحی و تولید ساختارهای نانومتری6 جدید مثل ترانزیستورها7 و تراشههای زیستی، پلیمرهای پروتئینی، افزایش بازیافت و سولفورزدایی نفت خام و پاکسازی آلودگیهای زیست محیطی، حذف مؤثر آلاینده‌های محیطی خطرناک و استفاده از فنون نگهداری ذخایر ژنتیکی از جمله کاربردهای زیست‌فناوری در زمینه محیط زیست و صنعت است (Kotrba et al., 1999a EuropaBio, 2003 ,).
در چند دهه اخیر با ابداع روشهای نوین در زیستفناوری بخصوص ورود بیوانفورماتیک به عرصه مهندسی پروتیئن تغییرات چشمگیری در راهبردهای حذف زیستی برای افزایش حذف آلایندهها بوجود آمدهاست. دراین تحقیق سعی شده است تواناییها و امکانات موجود در این دانش به عنوان ابزاری جهت بهبود و ارتقا روشهای پیشین حذف فلزات سنگین مورد بررسی و استفاده قرارگیرد.
2-1 بیوانفورماتیک و نقش آن در زیستفناوری
دانش بیوانفورماتیک یکی از جدیدترین حوزههای علمیاست که با بهرهگیری از علوم کامپیوتر، ریاضیات (بویژه آمار) و اطلاعات زیستشناسی مولكولي- توالي‌ ژنها و پروتئینها را در بانکهای اطلاعاتی ذخیره نموده و با ابزارهای کامپیوتری و الگوریتمهای قدرتمند ریاضی آنها را آنالیز و تحلیل مینماید. این علم به سرعت در حال رشد میباشد و ابزارهای بیوانفورماتیک، قابلیت‌های سودمندی در تحقیق و توسعه صنایع مختلف از جمله داروسازی، مهندسی پزشکی، معادن و پاکسازی زیستی پیدا کردهاست.
در تکنولوژی حذفزیستی از پتانسیل و توانایی میکربها برای تجزیه ترکیبات مضر استفاده میگردد. ریزسازوارهها طیف قابل توجهی از آلاینده ها را تجزیه کرده و آنها را به شرایط طبیعی برمیگردانند. امروزه نه تنها تحقیقات فراوانی جهت بکارگیری پتانسیلهای موجود در حوزههای ژنومیکس8 و پروتئومیکس9 میکروبی جهت حذف زیستی آلایندههایی مانند فلزات سنگین در حال انجاماست. بلکه ضروری بنظر میرسد که علاوه بر توسعه مطالعات در حوزههای ژنومیکس، پروتئومیکس، مطالعات و فعالیتهای بیشتری در زمینه توسعه و گسترش پایگاههای داده، زیستشناسی سیستمها10، زیست شناسیمحاسباتی11، درختهای فیلوژنتیکی12 و همچنین بهره برداری و بکارگیری هرچه بیشتر و تخصصیتر ابزارها و امکانات این دانش جهت استخراج و دسترسی آسان به اطلاعات پروتئینها و اسیدهای نوکلئیک، تعیین و پیشگویی ساختارهای سهبعدی پروتئینها و مسیرهای تجزیه زیستی ترکیبات مخرب محیط زیست انجامپذیرد. (Sharma, 2008, Bansal, 2005).
1-2-1 پایگاه داده
پایگاه داده13 یک برنامه کامپیوتری است که با روشهای بسیار منظمياطلاعات را در کامپیوتر ذخیره میکند و با سرعت فوق العادهای، در آن اطلاعات جستجو کرده و نتیجه جستجو را ارائه میدهد (xiong,2006)
بدلیل افزایش دادههای زیستی اعم از مقالات، ثبت اختراعات، گزارشات توالیهای نوکلئوتیدی یا اسیدهای آمینه و ساختارهای سهبعدی ماکروملکولها، ایجاد پایگاههای زیستی ضرورت یافتهاست .یکی از اولین پایگاههایداده، GeneBank (Benson et al., 2011) میباشد که در سال 1982 با 5 توالی شروع شد. هم اکنون این پایگاه بیش از 80 میلیون رکورد14 را در خود جای دادهاست، این پایگاهداده توسط مرکز ملی اطلاعات زیست فناوری15 سرپرستی میشود. دستجات مختلفی از پایگاههای اطلاعاتی زیستی وجود دارد که دو گروه عمده آن شامل، پایگاهداده اولیه16 و پایگاههای اطلاعاتی ثانویه17 میباشد. برخی از پایگاهها و جایگاههای اطلاعات پروتئینی که در این تحقیق ازآنها استفاده شده، در ادامه به اختصار به آنها اشاره شدهاست.
1-1-2-1 جایگاه18 Expasy
Expasy 19 با آدرس دسترسی http://www.expasy.org جایگاه اینترنتی برای اطلاعات پروتئینی میباشد که در آن اطلاعات کامل در مورد برخی از پروتئینها وجود دارد، بطوریکه محقیقین میتوانند بدون هیچ محدودیتی به اطلاعاتی مانند پروتئومیکس، ژنومیکس، تکامل/ فیلوژنی، سیستم بیولوژی، ژنتیکجمعیت و غیره دسترسی داشته باشند. در این زمینه میتوان سایتهای دیگری را نیز نام برد مانند پایگاههایداده Swiss-prot,UniprotKB و Prosite که از طریق این سایت قابل دسترسی میباشند(Gasteiger et al., 2003).
2-1-2-1 پایگاهداده Swiss-Prot
آدرس جهانی دسترسی به این بانک اطلاعاتی http:/expasy.org/sprot است. این بانک اطلاعات مربوط به ساختمان اول پروتئینها را در خود ذخیره میکند که در سال 1989 توسط Amos Boiroch و با همکاری بخش بیوشیمی پزشکی دانشگاه ژنو و مرکز تحقیقات بیولوژی ملکولی اروپا EMBL20 پایهگذاری شد. این مجموعه در سال 1994 به انستیتو تحقیقات بیوانفورماتیک اروپا 21EBI منتقل گردید و در آوریل 1998 به انستیتو بیوانفورماتیک پروتئین 22SIB3 انتقال یافت. اکنون این بانک توسط سه موسسه EBI,EMBL و SIB نگهداری میشود. نکته مهم در خصوص این بانک توضیحات و شرح و بسط در

پایان نامه
Previous Entries منابع پایان نامه با موضوع انقلاب اسلامی، اندیشه اسلامی، فرهنگ اسلامی، حوزه و دانشگاه Next Entries پایان نامه ارشد درباره انفورماتیک، حالت طبیعی، شبیه سازی، دینامیکی