شبیه سازی عملکرد قارچ موناسکوس در تولید لواستاتین در بیوراکتور

---

شرح پروژه

با سلام

من صرفا شبیه سازی نرم افزاری را نیاز دارم. بهمین علت پروپوزال خود را خدمت شما ارسال کرده ام. در صورت نیاز می توانم داده های لازم را در اختیار شما بگذارم.

بيان مسأله اساسي تحقيق به طور كلي (شامل تشريح مسأله و معرفي آن، بيان جنبه‏هاي مجهول و مبهم، بيان متغيرهاي مربوطه و منظور از تحقيق) :

بسیاری از فرآیندها به دلیل استفاده از تعداد معادلات و مراحل زیاد و پیچیدگی روابط و الگوریتم باید به کمک کامپیوتر طراحی، آنالیز و شبیه سازی شوند. در ابتدای طراحی یک فرآیند لازم است با استفاده از داده های تقریبی و انجام دادن محاسبات سریع کامپیوتری، به یک توجیه فنی و اقتصادی در مورد آن دست یافت تا بتوان در مورد توجیه پذیر بودن طرح تصمیم گیری کرد. در طی توسعه یک فرآیند با دسترسی به مجموعه اطلاعات بیشتر و بررسی جزئیات، فرآیند شکل پیچیده تری به خود می گیرد، بنابراین لازم است طراحان و مهندسان از مجموعه منابع و برنامه های مختلف کامپیوتری کمک بگیرند.

در این تحقیق سعی بر آن است تا عملکرد قارچ موناکوس پرپرئوس با اسفاده از نرم افزار Comsol  و با بکارگیری یکسری فرضیات ساده کننده در تولید داروی لواستاتین یا مونوکولین A  بررسی شود و نتایج حاصله با نتایج تجربی مقایسه گردند.

برای این منظور دیاگرام شبیه سازی بر روی شبیه ساز با استفاده از مدل های استاندارد موجود در کتابخانه شبیه ساز یا مدل های تعریف شده توسط کاربر ایجاد می گردد و خواص و ثوابتی که در بانک داده ها موجود می باشد به سیستم داده خواهد شد. در صورت عدم وجود این اطلاعات خاص با کمکPerry’s Handbook  اطلاعات مورد نظر یافت و وارد فیزیک مسئله خواهد شد. اطلاعات مربوط به جریان های ورودی و شرایط عملیاتی واحد ها به سیستم داده خواهد شد و مدل آماده اجرا توسط کامپیوتر خواهد شد و نتایج حاصله تجزیه و تحلیل خواهد شد.

د - اهمیت و ضرورت انجام تحقيق (شامل اختلاف نظرها و خلاءهاي تحقيقاتي موجود، ميزان نياز به موضوع، فوايد احتمالي نظري و عملي آن و همچنين مواد، روش و يا فرآيند تحقيقي احتمالاً جديدي كه در اين تحقيق مورد استفاده قرار مي‏گيرد:

لواستاتین، یک عامل قوی برای کاهش کلسترول خون به حساب می­آید. از آنجا که علل اصلی مرگ و میر در کشورهای در حال توسعه، بیماری های قلبی- عروقی است که در نتیجه ی رسوب چربیها و بویژه کلسترول در شریانهای بزرگ بوجود می­آید. بنابراین، رژیم غذایی حاوی لواستاتین میتواند سبب پیشگیری از ابتلا به این بیماری شود. از طرفی آلودگی های مواد غذایی به عوامل اکسیداتیو سبب بروز انواع سرطان­ها شده است که با توجه به اینکه لواستاتین تا حدودی دارای خواص ضد سرطانی است، تولید این متابولیت اهمیت می یابد. از آنجا که مقدار تولید این متابولیت در طبیعت کم است لذا برای تجاری سازی این محصول، نیاز به بهینه سازی آن است. قارچ موناسکوس پورپورئوس به عنوان یکی از منابع اصلی تولید ماده موثره لواستاتین، بیش از 2000 سال است که در کشورهای آسیایی به خصوص چین، استفاده غذایی-دارویی پیدا کرده است و امروزه با توجه به جایگاه مواد دارویی طبیعی توجه ویژه ای به این قارچ شده است. بطوریکه در دهه های اخیر، حجم زیادی از مقاله­ها به بررسی خواص دارویی-درمانی از قبیل کاهش کلسترول خون و خواص ضد سرطانی حاصل از متابولیت های ثانویه این قارچ و بویژه لواستاتین پرداخته اند. از آنجایی که این خواص، متاثر از سامانه­های رشدی و بسترهای کشت این قارچ می باشد، بهینه سازی این شرایط لازم است. در حقیقت با توجه به نیاز روز افزون به داروهای با منشا زیستی و گذر از تولید سنتی به صنعتی جهت افزایش مقیاس، این بهینه سازی ها را به دنبال داشته است. به گونه­ای که در برخی از مطالعات، قارچ های پنی سیلیوم و آسپرژیلوس به عنوان قارچ صنعتی برای تولید لواستاتین در نظر گرفته شده اند. درحالیکه جایگاه گونه های مختلف قارچ موناسکوس به عنوان منبع طبیعی و سنتی محفوظ است. و از انجا که هدف از شبیه سازی کامپیوتری دسترسی به دیتاها و اطلاعات مفید در طراحی و ساخت یک ابزار خاص یا فرآیند می باشد، لذا قبل از انجام آزمایش ها و صرف هزینه، شبیه سازی کامپیوتری با انتخاب یک نرم افزار مناسب صورت می پذیرد.

نرم افزار کامسول که با نام Comsol Multiphysics شناخته می شود یک نرم افزار المان محدود است که با داشتن ماژول های مختلف از جمله انتقال حرارت، سیستم میکروالکترومکانیکال MEMS، سیستم های شیمیایی   Chemical Engineering Modul ، آکوستیک Acoustic Module و امکان کار بر روی انواع فیزیک ها مانند جریان سیال، جامدات، الکتروترمال و  غیره.  گزینه مناسبی برای شبیه سازی می باشد. این نرم افزار مزایای زیادی در شبیه سازی کلیه سیستم ها اعم از زیستی و غیر زیستی از خود نشان داده است.

به دلیل شبیه سازی سیستم ها در هر محیط خاص و شرایط ترمودینامیکی و فیزیکی که شبیه ساز برای سیستم تعریف می کند، می توان بهترین و شفاف ترین نوع شبیه سازی را از نظر گرافیکی و ساختاری بدست آورد.

ه- مرور ادبیات و سوابق مربوطه (بيان مختصر پیشینه تحقيقات انجام شده در داخل و خارج کشور پيرامون موضوع تحقیق و نتايج آنها و مرور ادبیات و چارچوب نظري تحقیق):

با توجه به مقاله­های در دسترس، برای اولین بار بهینه سازی تولید موناکولین در کشت غوطه­ور توسط موناسکوس پورپورئوس در بیوراکتور صورت گرفته است. همچنین برای اولین بار بر­همکنش عوامل تغذیه­ای و شیمیایی به عنوان متغیرهای اثر­گذار، در روش آماری بررسی شده است.به منظور افزایش بازده تولید موناکولین توسط جنس موناسکوس در تخمیر غوطه ور، مطالعات اندکی در دسترس است. بطوریکه تنها چند نمونه در تاریخچه آن ذکر شده است که با روش­های آماری معتبر مثل پلاکت برمن و سطح پاسخ نیز انجام گرفته است. اکثر مطالعات انجام شده در محیط جامد صورت گرفته است. در مقاله­های مختلف در زمینه­ی بهینه سازی تولید موناکولین، به روش غوطه­ور و یا جامد، با توجه به تغییر شرایط فیزیکی و عوامل مغذی با روش­های مختلف آماری و یا روش­های تجربی میزان تولید موناکولین بررسی شده است.

چانگ و همکاران (2002)، تولید موناکولین را توسط موناسکوس رابر CCRC 31535 در محیط غوطه­ور و در فلاسک بررسی کردند. برای افزایش بازده تولید موناکولین، از روش پاسخ سطح (RSM) برای بهینه سازی ترکیب محیط کشت استفاده شد. پس از 10 روز، بازده تولید موناکولین در محیط بهینه سازی شده حاوی پودر برنج g/L 4/34، پپتونg/L 8/10، گلیسیرین mL/L  4/26 و گلوکز g/L 2/129، در شرایط rpm 150،C  º25 و 5=pH، mg/L 131 بدست آمد.

سید و همکاران (2006)، در کشت غوطه­ور موناسکوس پورپورئوس MTCC369 در شیکر فلاسک، 5 متغیر غذایی شامل MnSO4.H2O، MgSO4.7H2O، dextrose، KH2PO4 و NH4CL را با روش پلاکت برمن غربال کردند و سپس بهینه سازی را با روش سطح پاسخ طراحی Box-Behnken انجام دادند. آنها توانستند در محیط بهینه سازی شده، پس از 14 روز  در rpm 110،C  º30 به تولید mg/l  326 دست یابند.

سرامان و همکاران (2010)، 12 ترکیب تغذیه­ای مختلف را به کمک آنالیز آماری پلاکت برمن غربال کرده و سپس عوامل مهم در بهینه سازی تولید موناکولین توسط موناسکوس پورپورئوس MTCC369 را به کمک روش سطح پاسخ، بهینه کرده اند. از میان عوامل انتخاب شده برای غربالگری، گلوکز، پپتون، MnSO4·H2O، NaCl و NH4Cl عوامل تاثیر­گذار بر تولید موناکولین شناخته شدند. پس از 14 روز، در شرایط بهینه حاوی گلوکز g/L 61/52، پپتون g/L 65/16، g/L 1 NH4Cl، g/L 1 KH2PO4، عصاره مخمرg/L  3، g/L 1 K2HPO4، g/L 5/0 KNO3، g/L 2/0 MgSO4·7H2O، g/L 418/0 MnSO4·H2O، g/L 5/0NaCl ، g/L 1/0 CaCl2·2H2O و g/L  001/0FeSO4·7H2O ، بازده تولید موناکولین در Cº30 و rpm 120، mg/L 97.5 بدست آمد. تولید لواستاتین توسط موناسکوس پورپورئوس در محیط بهینه سازی شده، 4 برابر بیشتر از مقدار آن در محیط کشت پایه در تخمیر غوطه ور شده است.

لی و همکاران (2011)، تولید لواستاتین را توسط سویه­ی وحشی آسپرژیلوس ترئوس CA99 و سویه­­ی جهش یافته­ی آن در محیط مایع مورد بررسی قرار دادند. آنها توانستند از سویه­ی جهش یافته آسپرژیلوس در محیط شیمیایی تعریف شده شامل 3% گلیسرول، 1% آرد ذرت و 2% سدیم نیترات، درC  º30 و در شیکر فلاسک به تولیدµg/mL  7/916 دست یابند.

ساب و همکاران (2012)، از درمنه کوهی به عنوان بستر کشت موناسکوس پیلوسوس KMU108 استفاده کردند که از تخمیر این بستر، میزانmg/kg  219/2 موناکولین تولید شد. با بهینه سازی غلظت گلوکز و درمنه کوهی به روش RSM، تولید موناکولین افزایش یافت. در شرایط بهینه حاوی 2/2% از درمنه کوهی و 8/3 از گلوکز، بازده تولید موناکولین پس از 15 روز به mg/kg 007/3 رسید.

کوماری و همکاران (2012)، عوامل تغذیه­ای مثل منبع کربن (گلوکز، مالتوز، ساکارز، لاکتوز و فروکتوز) و نیتروژن (آمونیوم نیترات، آمونیوم سولفات، عصاره مخمر، پپتون و آمونیوم کلراید)، pH (3، 5، 7، 9، 11، 13) و دما (20، 25، 28، 30، 35) را در بازده تولید موناکولین توسط موناسکوس پورپورئوس در محیط غوطه­ور بررسی کرده اند. در این مطالعه هیچ روش آماری بکار برده نشده است و تولید موناکولین، هم به صورت درون سلولی و هم برون سلولی بررسی شده است. شرایط بهینه­ی به دست آمده در این مطالعه، در 5=pH، دمای Cº28 و در حضور منابع مالتوز و پپتون بوده است. در این شرایط، تولید موناکولین به mg/L 81.27 افزایش یافته است.

پائولاک و همکاران (2012)، برای بررسی تاثیر حجم­های کاری مختلف بر میزان تولید موناکولین توسط آسپرژیلوس ترئوس ATCC 20542 سه حجم کاری از جمله: mL150 در ارلن، بیوراکتور 95/1 لیتری و 3/5 لیتری را مورد بررسی قرار دادند. آنها به این نتیجه رسیدند که در حجم بالاتر میزان تولید کاهش می یابد. میزان تولید موناکولین در حجم کاری ارلن، mg/L 5/87 بود، در حالیکه در فرمانتور همزن­دار 3/5 لیتری، در مقایسه با ارلن، تولید به میزان 87% کاهش یافته بود.

جیمز و همکاران  (2014 )  در یک روش شیبیه سازی ارتباط میان بیوسنتز لواستاتین به نسبت کربن -  نیتروژن را بدست آورده و ساختار مناسبی جهت اجرای یک استاتژی در کنترل تولید لواستاتین به کمک روش های آماری از جمله شاخص ویلموت بذدست آوردند.

جیراساتیدا و همکاران (2013)اثر حرارت ذخیره سازی ( 4 ، 20 ، 30 ، 40 ، 50 درجه سانتیگراد )  و شرایط جوی بسته بندی (خلاء – اتمسفر) در سینتیک تخریب موناکولین k در پودر برنج قرمز را با استفاده از روش مدلسازی  Multiresponse مورد بررسی قرار دادند.آنهادر این بررسی یافتند که میزان تخریب به ناخالصی ناشناخته در دمای بالای 30 درجه سانتیگراد اتفاق می افتد.

این پروژه شامل 1 فایل مهم است، لطفا قبل از ارسال پیشنهاد حتما نسبت به بررسی این فایل اقدام فرمایید.

مهارت ها و تخصص های مورد نیاز

---

---