CORYNEBACTERIUM GLUTAMICUM: ХАРАКТЕРИСТИКА, МОРФОЛОГИЯ, КУЛЬТУРА - БИОЛОГИЯ - 2025

Corynebacterium glutamicum - это грамположительные факультативные анаэробные палочковидные бактерии, присутствующие в почве. Он не является спорообразующим и не патогенным. Наряду с остальными Corynebacteriaceae и бактериями семейств Mycobacteriaceae и Nocardiaceae он входит в группу, известную как группа CMN. В эту группу входят многие бактерии, имеющие медицинское и ветеринарное значение.

Бактерия C. glutamicum широко используется в промышленности для производства аминокислот. Использование этой бактерии в промышленном производстве насчитывает более 40 лет.

Corynebacterium glutamicum. Фото AJC1 Flickr. Взято и отредактировано с https://www.acercaciencia.com/2013/05/16/germenes-con-caracteristicas-humanas/corynebacterium-glutamicum-by-ajc1-flickr/

Количество аминокислот, вырабатываемых этими бактериями, включая глутамат натрия и L-лизин, в настоящее время превышает 100 тонн в год.

Общие характеристики

Эти бактерии расщепляют углеводы в процессе ферментации. На производство аминокислот влияет данный источник углерода и определенные условия добавления, такие как ограничение биотина.

Для получения инокулята использовали культуральные среды комплексов триптона (YT), дрожжевой экстракт и модифицированные минимальные среды CGXII.

Для выращивания рекомендуется температура 30 ° C и pH 7,4-7,5. Источники углерода, а также вещества, которые будут использоваться для обогащения урожая, будут зависеть от результатов, которые должны быть получены.

Например, было обнаружено, что глюкоза, сульфат аммония, сульфат магния и дикалийфосфат оказывают значительное влияние на производство сукцината.

Для получения высокой концентрации L-лизина питательная среда должна содержать глюкозу, сульфат аммония, карбонат кальция, бактоказаминовую кислоту, гидрохлорид тиамина, D-биотин, дигидрофосфат калия, гептагидрат сульфата магния, гептагидрат сульфата железа. и тетрагидрат хлорида марганца.

Corynebacterium glutamicum, фото Карлоса Баррейро. Взято и отредактировано с http://www.dicyt.com/viewItem.php?itemId=14535

патогенез

Хотя большинство бактерий, принадлежащих к семейству Corynebacteriaceae, являются патогенными, некоторые из них, включая C. glutamicum, безвредны. Последние, известные как недифтерийные коринебактерии (CND), представляют собой комменсалы или сапрофиты, которые могут присутствовать в организме человека, животных и почвы.

Некоторые CND, такие как C. glutamicum и C. feeiciens, используются в производстве незаменимых аминокислот и витаминов.

Использование в биотехнологии

Геном C. glutamicum относительно стабилен, быстро растет и не секретирует внеклеточную протеазу. Кроме того, он непатогенен, не образует спор и требует относительно низкого роста.

Эти характеристики, а также тот факт, что она производит ферменты и другие полезные соединения, позволили этой бактерии называться «рабочей лошадкой» в биотехнологии.

Производство аминокислот

Первым обнаруженным продуктом, биосинтезируемым C. glutamicum, был глутамат. Глутамат - это заменимая аминокислота, которая присутствует примерно в 90% синапсов головного мозга.

Он участвует в передаче информации между нейронами центральной нервной системы, а также в формировании и восстановлении памяти.

Лизин, незаменимая аминокислота для человека и часть белков, синтезируемых живыми существами, также продуцируется C. glutamicum.

Другие аминокислоты, полученные из этих бактерий, включают треонин, изолейцин и серин. Треонин используется в основном для предотвращения появления герпеса.

Серин помогает в производстве антител и иммуноглобулинов. Изолейцин, в свою очередь, участвует в синтезе белка и производстве энергии во время физических упражнений.

Другие продукты и приложения

пантотенат

Это наиболее активная форма витамина B5 (пантотеновая кислота), так как пантотенат кальция используется в качестве добавки к диетам. Витамин B5 необходим для синтеза углеводов, липидов и белков.

Органические кислоты

Среди прочего, C. glutamicum продуцирует лактат и сукцинат. Лактат имеет множество применений, таких как смягчитель тканей, регулятор кислотности пищевых продуктов, дубление кожи, слабительное и другие.

Сукцинат, в свою очередь, используется для производства лаков, красителей, парфюмерии, пищевых добавок, лекарств и для производства биоразлагаемых пластиков.

Спирты

Поскольку он сбраживает сахара, он способен производить спирты, такие как этанол и изобутанол. По этой причине существуют испытания синтеза этанола в культурах C. glutamicum из отходов сахарного тростника. Целью этих испытаний является промышленное производство биотоплива.

Ксилит, полиол или сахарный спирт, используется в качестве подсластителя для диабетиков, поскольку он не повышает уровень сахара в крови.

Биоремедиация

C. glutamicum содержит в своем геноме два оперона, называемые ars1 и ars2, которые устойчивы к мышьяку. В настоящее время ведутся исследования с целью использования этой бактерии для поглощения мышьяка из окружающей среды.

Биоразлагаемый пластик

Помимо сукцината, органической кислоты, вырабатываемой бактериями в естественных условиях и пригодной для производства биоразлагаемых пластиков, существует еще одно возможное соединение, которое можно использовать для этих целей.

Это соединение представляет собой полиэфир, называемый поли (3-гидроксибутират) (P (3HB)). P (3HB) не вырабатывается C. glutamicum естественным образом. Однако генные инженеры провели исследования, чтобы создать в бактериях путем генетических манипуляций биосинтетический путь, который позволяет им продуцировать.

Ссылки

1. С. Абэ, К.-И. Такаяма, С. Киношита (1967). Таксономические исследования бактерий, продуцирующих глутаминовую кислоту. Журнал общей и прикладной микробиологии.
2. J.-Y. Ли, Ю.-А. На, Э. Ким, Х.-С. Ли, П. Ким (2016). Актинобактерии Corynebacterium glutamicum, промышленная рабочая лошадка. Журнал микробиологии и биотехнологии.
3. Дж. Ланге, Э. Мюнх, Дж. Мюллер, Т. Буше, Дж. Калиновски, Р. Такорс, Б. Бломбах (2018). Расшифровка адаптации Corynebacterium glutamicum при переходе от аэробиоза через микроаэробиоз к анаэробиозу. гены
4. С. Вишалка, Б. Бломбах, М. Ботт, Б. Дж. Эйкманнс (2012). Производство органических кислот на биологической основе с помощью Corynebacterium glutamicum. Биотехнология.
5. М. Вачи (2013). Экспортеры аминокислот в Corynebacterium glutamicum. В: Х. Юкава, М. Инуи (ред.) Corynebacterium glutamicum, биология и биотехнология.
6. Corynebacterium glutamicum. В Википедии. Получено 25 сентября 2018 г. с сайта en.wikipedia.org.
7. Corynebacterium glutamicum. На Microbe Wiki. Получено 25 сентября 2018 г. с сайта microbewiki.kenyon.edu.