Aureobasidium pullulans AKW의 멜라닌 생산 최적화를 위한 반응표면 방법론과 인공신경망을 이용한 비교 연구

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 13545(2023) 이 기사 인용

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Aureobasidium pullulans AKW의 멜라닌 생성에 대한 세 가지 독립 변수(즉, 티로신, 자당 및 배양 시간)의 효과는 반응 표면 방법론(예: Box Behnken 설계(BBD))과 인공 신경망(ANN)이라는 두 가지 독특한 접근 방식으로 밝혀졌습니다. 이 연구에서는 처음으로 단순한 매체를 사용했습니다. BBD와 관련하여 수크로스와 배양 간격은 생산량(멜라닌 수준)에 상당한 영향을 주었지만 티로신은 그렇지 않았습니다. 검증 과정은 실험적인 멜라닌 생성과 BBD 및 ANN 패러다임의 높은 일관성을 보여주었습니다. ANN과 관련하여 멜라닌의 예측 값은 BBD와 경쟁하는 사소한 오류를 제외하고 실험 값과 매우 유사했습니다. BBD(9.295 ± 0.556 g/L) 및 ANN(10.192 ± 0.782 g/L)을 사용하여 매우 비교 가능한 멜라닌 실험 값이 달성되었습니다. ANN은 멜라닌 생성을 정확하게 예측하여 BBD보다 약 9.7% 더 높은 멜라닌 생성 개선 효과를 보였습니다. 정제된 멜라닌 구조는 주사전자현미경(SEM), 에너지분산형 X선 분광법(EDX), X선 회절 패턴(XRD), 열중량 분석(TGA)을 통해 검증됐다. 그 결과, SEM 분석을 통해 입자의 계층적 구조가 작은 나침반으로 확인되었고, XRD 분석은 층간 간격, EDX 분석은 탄소 및 산소 원자의 최대 원자%, TGA 분석은 뛰어난 열 안정성을 확인했습니다. 정제된 멜라닌. 흥미롭게도, 현재의 새로운 내생균주는 티로신에 독립적이었고, 독특하게 적용된 ANN 패러다임은 상대적으로 짧은 시간(168시간)에 간단한 배지에서 양이 증가한 멜라닌 생성을 모델링하는 데 더 효율적이었으며, 이는 추가 극대화를 위한 추가 최적화 연구를 제안합니다. 멜라닌 생산의

발암성, 알레르기 유발성, 독성으로 인해 화장품, 식품 가공, 섬유 및 의약품 분야에서 합성 염료의 사용이 제한되면서 천연 색소, 특히 미생물 색소에 대한 호기심이 소비자의 관심을 끌었습니다1,2. 미생물 색소의 가치에는 높은 안정성, 수율, 생산 용이성, 저렴한 비용, 미생물 배양 용이성이 포함됩니다3. 미생물 멜라닌 생산은 천연 색소를 안전한 제품, 쉽게 분해 가능하고 환경 친화적인 제품으로 요구하는 산업의 성장으로 인해 재능 있는 연구 분야입니다1.

멜라닌은 글루타미닐-3,4-디하이드록시벤젠, 카테콜, 3,4-디하이드록시나프탈렌 또는 3,4-디하이드록시-페닐알라닌과 같은 페놀 화합물의 산화 중합에 의해 형성되는 암갈색 색소입니다. 또 다른 경로는 3,4-디히드록시페닐알라닌 경로로, 여기서 티로신은 티로시나제와 라카제에 의해 촉매작용을 거쳐 도파퀴논을 형성하고, 이는 산화되어 멜라닌으로 자동 중합됩니다3,4. 또한 멜라닌 생성은 세포 내 및/또는 세포 외 티로시나제 효소에 따라 달라지며, 이를 통해 여러 연구에서 Penicillium chrysogenium, Trichderma reesei 및 Trichoderma harzianum의 성장 동안 티로시나제 효소의 활성화, 비활성화, 유도제 및 억제제의 운동 과정을 달성했습니다2,5.

미생물 멜라닌 생산자 중에서 곰팡이는 저렴한 배양 배지에서 높은 수율의 물질을 생산하는 데 능숙하고 산업 규모에서 경제적으로 실행 가능한 바이오프로세스를 만드는 데 능숙하기 때문에 잠재적인 공급원으로서의 이용 가능성과 함께 멜라닌 구성에 있어 우월합니다3 ,4. Aureobasidium pullulans, Neophaeotheca triangularis, Trimmatostroma salinum 및 Hortaea werneckii와 같은 여러 자낭균류가 멜라닌을 생성하는 것으로 보고되었습니다6,7. 박테리아와 비교할 때, 이 곰팡이는 멜라닌 생성에 중요한 역할을 하는 두 가지 주요 효소(티로시나제 및 락카제)가 우세하기 때문에 잠재적인 이점을 가지고 있습니다8.