Please use this identifier to cite or link to this item: http://cmuir.cmu.ac.th/jspui/handle/6653943832/77927
Full metadata record
DC FieldValueLanguage
dc.contributor.advisorMonsicha Pongpom-
dc.contributor.authorArtid Amsrien_US
dc.contributor.otherSirida Youngchim-
dc.contributor.otherParameth Thiennimitr-
dc.contributor.otherSomdet Srichairatanakool-
dc.date.accessioned2022-12-18T03:30:27Z-
dc.date.available2022-12-18T03:30:27Z-
dc.date.issued2022-11-
dc.identifier.urihttp://cmuir.cmu.ac.th/jspui/handle/6653943832/77927-
dc.description.abstractSiderophores are low molecular weight organic compounds with a high affinity and specificity for iron (III), which are produced by microorganisms, especially bacteria and fungi. Siderophores have received much attention because of their potential roles in the medical field. Siderophores can be used as iron chelator drugs for the treatment of iron-overload conditions. Another medical application is using the "Trojan horse strategy", to generate complexes between siderophores and antimicrobials to facilitate the delivery of antibiotics to pathogens. Some siderophores possess antimalarial or anticancer activity. Moreover, siderophores can be used as the diagnostic markers for the detection of infectious diseases. Fungal siderophores have more advantages than those produced from bacteria because molecules are more diverse and have a higher iron binding affinity. Currently fungal siderophores have not been widely used, even though several types have been previously characterized with studies demonstrating their feasibility for clinical applications. It is possible that fungi are limited by slow growth and low siderophore production. Hence, the purpose of this study is to generate a genetically modified strain (mutant) that enhances siderophore production, as well as to conduct preliminary testing of the characteristics of siderophore, to guide its medical application. Talaromyces marneffei is chosen in conducting research since there is currently established methodology for genetic manipulation in this fungus. Additionally, the siderophore biosynthesis pathway is previously described. Our goal for this study is to generate the strain of T. marneffei which possesses the ability to produce high amounts or a specific type of siderophore. Then the produced siderophores are purified and tested for possibilities to be used in the medical field. First, several mutants of genes involved in siderophore biosynthesis in T. marneffei were generated. The subjected genes are hapX and sreA which encode transcription factors in control of siderophore biosynthesis, and sidC and sidF which encode enzymes involved in intracellular and extracellular siderophore production. Additionally, two genes encoding transcription factors acuK and acuM, that are presumed to be involved in iron metabolism from previous studies were included. Phenotypic analysis revealed that ∆hapX and ∆sidF mutant strains exhibited limited growth and decreased percentage of germination, whereas ∆sreA and ∆sidC did not show growth defects when cultured in normal medium. The ∆acuK and ∆acuM, despite showed normal growth on normal medium; however, they showed no growth in iron-depleted conditions. The siderophore level was measured by using Chrome Azurol S (CAS) assay. Siderophore production in ∆hapX and ∆sidF significantly decreased while ∆sreA increased. The level of siderophore production in ∆acuK and ∆acuM did not differ from the wild type. Transcriptome analysis indicated that genes encoding iron-containing proteins, required for general metabolism and energy production in ∆acuK and ∆acuM, were downregulated. The failure of ∆acuK and ∆acuM to grow on iron-depleted conditions could be explained by the combination of lack of these proteins and iron element, not by lack of siderophores. Among all mutants, the ∆sreA resulted in markedly elevated siderophore production. From phenotypic studies, we therefore selected the ∆sreA strain for further experiments from its ability to produce highest siderophores among all mutants. Then, the siderophores produced from ∆sreA strain were purified from the culture filtrate and analyzed. Chemical characterization by FTIR and NMR identified the siderophore as a coprogen B extracellular type of siderophore. The ∆sreA strain could produce high amounts of coprogen B, and it could be purified with high purity. Cytotoxicity testing with Huh7 human hepatocellular carcinoma found that the coprogen B was nontoxic. Importantly, the compound showed powerful iron-binding activity, and it could significantly reduce the labile iron pool (LIP) levels in an iron-loaded cell model. Furthermore, antimicrobial activity of the coprogen B was tested with representative microorganisms, Escherichia coli, Staphylococcus aureus and Candida albicans. The coprogen B did not support the growth of all microorganisms tested. In contrast, it could inhibit growth of C. albicans and E. coli in a dose-dependent manner. Collectively, these results suggested that coprogen B from T. marneffei ∆sreA siderophore-enhancing strain could be used as a new iron chelating agent, from its ability to withdraw irons from the iron-loaded cells, without disturbing viability of human cells. The coprogen B was found not to support the growth of microbial pathogens; therefore, it be safely used as the iron chelator.en_US
dc.language.isoenen_US
dc.publisherChiang Mai : Graduate School, Chiang Mai Universityen_US
dc.subjectTalaromyces marneffeien_US
dc.subjectcoprogen Ben_US
dc.subjectiron chelatoren_US
dc.subjectsiderophoreen_US
dc.subjectTranscription factoren_US
dc.titleGenetic manipulation to enhance siderophore production in Talaromyces marneffeien_US
dc.title.alternativeการจัดการทางพันธุกรรมเพื่อเพิ่มการผลิตไซเดอร์โรฟอร์ ในเชื้อ Talaromyces marneffeien_US
dc.typeThesis
thailis.controlvocab.thashTalaromyces marneffei-
thailis.controlvocab.thashHeredity-
thailis.controlvocab.thashSiderophore-
thesis.degreedoctoralen_US
thesis.description.thaiAbstractไซเดอร์โรฟอร์ เป็นสารประกอบอินทรีย์ขนาดโมเลกุลต่ำที่มีความจำเพาะสูงต่อเฟอริกไอออน สร้างจากเชื้อจุลชีพ โดยเฉพาะแบคทีเรียและเชื้อรา ไซเดอร์โรฟอร์ ได้รับความสนใจอย่างมากเนื่องจากมีบทบาทในด้านการแพทย์ ไซเดอร์โรฟอร์ถูกนำมาพัฒนาเป็นยาจับธาตุเหล็กสำหรับรักษาโรคที่มีภาวะเหล็กเกิน "กลยุทธ์ม้าโทรจัน" เป็นอีกหนึ่งการประยุกต์ใช้ไซด์โรฟอร์ โดยสร้างเป็นสารประกอบเชิงซ้อนกับยาต้านจุลชีพเพื่อช่วยในการส่งยาปฏิชีวนะเข้าไปยังเชื้อโรค ไซเดอร์โรฟอร์บางชนิดมีคุณสมบัติในการต้านเชื้อมาลาเรีย หรือต้านมะเร็ง นอกจากนี้ยังสามารถใช้ไซเดอร์โรฟอร์เป็นเครื่องหมายในการตรวจวินิจฉัยโรคติดเชื้อได้อีกด้วย ไซเดอร์โรฟอร์ที่ผลิตจากเชื้อรามีข้อได้เปรียบมากกว่าจากแบคทีเรีย เนื่องจากโมเลกุลมีความหลากหลายและมีความสามารถในการจับเหล็กสูงกว่า การใช้ไซเดอร์โรฟอร์จากเชื้อราในปัจจุบันยังไม่แพร่หลาย แม้ว่าจะมีรายงานการศึกษาด้านคุณลักษณะเฉพาะหลายชนิดและการประยุกต์ใช้ทางคลินิก ซึ่งสาเหตุอาจเนื่องด้วยเชื้อรามีการเจริญเติบโตช้าและผลิตไซเดอร์โรฟอร์ได้น้อย ดังนั้น จุดประสงค์ของการศึกษานี้คือ การสร้างเชื้อราสายพันธุ์กลายเพื่อช่วยเพิ่มการผลิตไซเดอร์โรฟอร์ รวมทั้งทำการทดสอบเบื้องต้นเกี่ยวกับลักษณะของไซเดอโรฟอร์ที่สร้างขึ้นนี้ เพื่อเป็นแนวทางในการประยุกต์ใช้ทางการแพทย์ การศึกษาครั้งนี้ทำในเชื้อรา Talaromyces marneffei เนื่องจากปัจจุบันมีการพัฒนาวิธีการด้านพันธุวิศวกรรมแล้ว นอกจากนี้ ยังทราบถึงวิถีการสังเคราะห์ทางชีวภาพของไซเดอร์โรฟอร์เป็นอย่างดี ดังนั้นเป้าหมายในการศึกษาครั้งนี้คือ เพื่อสร้างเชื้อ T. marneffei สายพันธุ์ที่มีความสามารถในการผลิตไซเดอร์โรฟอร์ในปริมาณมากขึ้นหรือมีความจำเพาะต่อประเภทของไซเดอร์โรฟอร์ จากนั้นสารไซด์โรฟอร์ที่ผลิตออกมาได้จะถูกทำให้บริสุทธิ์และทดสอบเบื้องต้นในความเป็นไปได้ที่จะนำไปพัฒนาทางด้านการแพทย์ อันดับแรก ทำการสร้างเชื้อรากลายพันธุ์หลายชนิดบริเวณตำแหน่งยีนที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์ไซเดอร์โรฟอร์ในเชื้อรา T. marneffei ยีนเป้าหมาย ได้แก่ ยีน hapX และ sreA ซึ่งเป็นโปรตีนปัจจัยการถอดรหัส ควบคุมกระบวนการสังเคราะห์ไซด์โรฟอร์ ยีน sidC และ sidF ทำหน้าที่ในการสร้างเอนไซม์ในการผลิตไซเดอร์โรฟอร์ภายในเซลล์และภายนอกเซลล์ ตามลำดับ นอกจากนี้ ยังรวมถึงยีน acuK และ acuM ซึ่งเป็นโปรตีนปัจจัยการถอดรหัส ที่สันนิษฐานว่าเกี่ยวข้องกับเมตาบอลิซึมการใช้เหล็ก จากนั้นทำการวิเคราะห์ลักษณะฟีโนไทป์ พบว่าสายพันธุ์กลาย ∆hapX และ ∆sidF มีอัตราการเจริญเติบโตและร้อยละของการงอกลดลง ในขณะที่ ∆sreA และ ∆sidC ไม่พบความผิดปกติในการเจริญเติบโตเมื่อเพาะเลี้ยงในอาหารเลี้ยงเชื้อ อย่างไรก็ตาม สายพันธุ์กลาย ∆acuK และ ∆acuM แม้จะสามารถเจริญได้ในอาหารปกติ แต่ไม่สามารถเจริญเติบโตได้ในภาวะขาดธาตุเหล็ก ในการวัดปริมาณไซเดอร์โรฟอร์ด้วยวิธี Chrome Azurol S (CAS) พบว่าการผลิตไซเดอร์โรฟอร์ของสายพันธุ์กลาย ∆hapX และ ∆sidF มีระดับลดลงอย่างมีนัยสำคัญในขณะที่สายพันธุ์กลาย ∆sreA สามารถผลิตไซเดอร์โรฟอร์เพิ่มมากขึ้น ส่วนการผลิตไซเดอร์โรฟอร์ของสายพันธุ์กลาย ∆acuK และ ∆acuM พบว่าไม่แตกต่างจากสายพันธุ์ตั้งต้น การวิเคราะห์ทรานสคริปโตมพบว่าการแสดงออกของยีนกำหนดการสร้างโปรตีนที่ต้องอาศัยธาตุเหล็กเป็นองค์ประกอบ ซึ่งมีความจำเป็นต่อกระบวนการเมแทบอลิซึมทั่วไปและการสร้างพลังงานของสายพันธุ์กลาย ∆acuK และ ∆acuM มีระดับลดลง ดังนั้น การไม่สามารถเจริญเติบโตได้ในอาหารที่ขาดธาตุเหล็ก จึงสามารถอธิบายได้จากการมีโปรตีนเหล่านี้ลดลง ร่วมกับการไม่มีธาตุเหล็ก ไม่ใช่เกิดจากการสร้างไซเดอร์โรฟอร์ลดลง จากผลการศึกษาด้านฟีโนไทป์ จึงได้เลือกสายพันธุ์ ∆sreA ในการทดลองต่อไป เนื่องจากมีความสามารถในการผลิตไซเดอร์โรฟอร์สูงสุดในบรรดาสายพันธุ์กลายทั้งหมด จากนั้นไซเดอร์โรฟอร์จากสายพันธุ์ ∆sreA จึงถูกสกัดจากน้ำเลี้ยงเชื้อให้บริสุทธิ์และนำไปวิเคราะห์ลักษณะเฉพาะทางเคมีด้วยเทคนิค Fourier transform Infrared (FTIR) Spectroscopy และ Nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy ซึ่งบ่งชี้ให้เห็นว่าเป็นชนิด โคโพรเจนบี (Coprogen B) ซึ่งเป็นไซเดอร์โรฟอร์ชนิดภายนอกเซลล์ สายพันธุ์ ∆sreA สามารถผลิตโคโพรเจนบีได้ในปริมาณสูงและสามารถถูกสกัดให้มีความบริสุทธิ์สูง การทดสอบกับเซลล์มะเร็งตับของมนุษย์ (Huh7) พบว่าโคโพรเจนบีไม่มีความเป็นพิษ ที่สำคัญคือสารนี้มีความสามารถในการจับธาตุเหล็กได้อย่างมีประสิทธิภาพ และสามารถลดปริมาณของธาตุเหล็กภายในเซลล์ (Labile iron pool : LIP) ในเซลล์ Huh7 ที่มีการชักนำให้เกิดสภาวะเหล็กเกินได้ นอกจากนี้ การทดสอบฤทธิ์ต้านจุลชีพของโคโพรเจนบี ต่อเชื้อ Escherichia coli, Staphylococcus aureus และ Candida albicans พบว่า โคโพรเจนบีไม่สนับสนุนการเจริญเติบโตของจุลชีพทั้งสามสายพันธุ์ ตรงกันข้าม สารนี้สามารถยับยั้งการเจริญเติบโตของเชื้อ Candida albicans และ Escherichia coli ได้โดยขึ้นอยู่กับปริมาณของสารที่เพิ่มขึ้น โดยสรุปแล้ว ผลการศึกษาครั้งนี้แสดงให้เห็นว่า โคโพรเจนบีที่แยกได้จากเชื้อรา T. marneffei สายพันธุ์กลาย ∆sreA อาจมีประโยชน์ในการพัฒนาเป็นยาจับธาตุเหล็กชนิดใหม่ เนื่องจากสามารถดึงเหล็กออกจากเซลล์ที่มีธาตุเหล็กได้โดยไม่เป็นพิษต่อเซลล์มนุษย์ อีกทั้งการที่โคโปรเจนบีไม่เสริมการเจริญเติบโตของเชื้อจุลชีพก่อโรค จึงสามารถใช้เป็นยาจับเหล็กได้อย่างปลอดภัยen_US
Appears in Collections:MED: Theses

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
620751011 Artid Amsri.pdfGenetic manipulation to enhance siderophore production in Talaromyces marneffei8.28 MBAdobe PDFView/Open    Request a copy


Items in CMUIR are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.