CORYNEBACTERIUM GLUTAMICUM: CHARAKTERISTIKA, MORFOLÓGIA, KULTÚRA - BIOLÓGIE - 2025

Corynebacterium glutamicum je gram-pozitívna, fakultatívna anaeróbna tyčovitá baktéria prítomná v pôde. Nie je ani spórotvorný, ani patogénny. Spolu so zvyškom Corynebacteriaceae a baktériami rodín Mycobacteriaceae a Nocardiaceae je súčasťou skupiny známej ako skupina CMN. Táto skupina zahŕňa mnoho baktérií lekárskeho a veterinárneho významu.

Baktéria C. glutamicum sa v priemysle bežne používa na výrobu aminokyselín. Použitie tejto baktérie na priemyselnú výrobu sa datuje viac ako 40 rokov.

Corynebacterium glutamicum. Foto: AJC1 Flickr. Prevzaté a upravené z https://www.acercaciencia.com/2013/05/16/germenes-con-caracteristicas-humanas/corynebacterium-glutamicum-by-ajc1-flickr/

Množstvo aminokyselín produkovaných týmito baktériami, vrátane glutamátu monosodného a L-lyzínu, v súčasnosti presahuje 100 ton za rok.

Všeobecné charakteristiky

Tieto baktérie rozkladajú uhľovodíky fermentačným procesom. Produkcia aminokyselín je ovplyvnená daným zdrojom uhlíka a určitými doplnkovými podmienkami, ako je napríklad obmedzenie biotínu.

Na získanie inokula sa použili kultivačné médiá komplexov tryptónu (YT), kvasnicový extrakt a modifikované minimálne médiá CGXII.

Na kultiváciu sa odporúčajú teploty 30 ° C a pH 7,4 - 7,5. Zdroje uhlíka, ako aj látky, ktoré sa použijú na obohatenie plodiny, budú závisieť od výsledkov, ktoré sa majú dosiahnuť.

Napríklad sa zistilo, že glukóza, síran amónny, síran horečnatý a fosforečnan draselný majú významný vplyv na produkciu sukcinátu.

Na získanie vysokej koncentrácie L-lyzínu musí kultivačné médium obsahovať glukózu, síran amónny, uhličitan vápenatý, kyselinu bactokasamínovú, hydrochlorid tiamínu, D-biotín, dihydrogenfosforečnan draselný, heptahydrát síranu horečnatého, heptahydrát síranu železnatého. a tetrahydrát chloridu mangánu.

Corynebacterium glutamicum, Foto Carlos Barreiro. Prevzaté a upravené z adresy http://www.dicyt.com/viewItem.php?itemId=14535

pathogen

Aj keď väčšina baktérií patriacich do čeľade Corynebacteriaceae je patogénna, niektoré z nich vrátane C. glutamicum sú neškodné. Posledné uvedené, známe ako non-záškrtové corynebaktérie (CND), sú komenzálne látky alebo saprofyty, ktoré sa môžu vyskytovať u ľudí, zvierat a pôdy.

Niektoré CND, ako napríklad C. glutamicum a C. feeiciens, sa používajú na výrobu esenciálnych aminokyselín a vitamínov.

Použitie v biotechnológii

Genóm C. glutamicum je relatívne stabilný, rýchlo rastie a nevylučuje extracelulárnu proteázu. Okrem toho nie je patogénny, netvorí spóry a má relatívne nízke požiadavky na rast.

Tieto vlastnosti a skutočnosť, že produkuje enzýmy a ďalšie užitočné zlúčeniny, umožnili tejto baktérii, aby sa v biotechnológii nazývala „workhorse“.

Produkcia aminokyselín

Prvým zisteným produktom, o ktorom bolo známe, že je biosyntetizovaný C. glutamicum, bol glutamát. Glutamát je neesenciálna aminokyselina prítomná v asi 90% synapsií v mozgu.

Podieľa sa na prenose informácií medzi neurónmi centrálneho nervového systému a na tvorbe a obnove pamäte.

Lyzín, esenciálna aminokyselina pre človeka a časť proteínov syntetizovaných živými bytosťami, produkuje tiež C. glutamicum.

Ďalšie aminokyseliny získané z týchto baktérií zahŕňajú treonín, izoleucín a serín. Threonín sa používa hlavne na prevenciu výskytu oparu.

Serín pomáha pri tvorbe protilátok a imunoglobulínu. Izoleucín sa podieľa na syntéze proteínov a produkcii energie počas fyzického cvičenia.

Iné výrobky a aplikácie

pantothenát

Je to najaktívnejšia forma vitamínu B5 (kyselina pantoténová), pretože pantotenát vápenatý sa používa ako doplnok stravy. Vitamín B5 je nevyhnutný pri syntéze uhľohydrátov, lipidov a proteínov.

Organické kyseliny

C. glutamicum okrem iného produkuje laktát a sukcinát. Laktát má okrem iného viacúčelové použitie, ako napríklad aviváž, regulátor kyslosti potravín, vyčiňovanie kože, očistenie.

Sukcinát sa používa na výrobu lakov, farbív, parfumov, prídavných látok v potravinách, liekov a na výrobu biologicky rozložiteľných plastov.

alkoholy

Pretože fermentuje cukry, je schopný produkovať alkoholy, ako je etanol a izobutanol. Z tohto dôvodu existujú pokusy na syntézu etanolu v plodinách C. glutamicum z odpadu z cukrovej trstiny. Cieľom týchto pokusov je dosiahnuť priemyselnú výrobu biopalív.

Xylitol, polyol alebo cukrový alkohol, sa používa ako sladidlo pre diabetikov, pretože nezvyšuje hladinu cukru v krvi.

Bioremediation

C. glutamicum obsahuje vo svojom genóme dva operóny nazývané ars1 a ars2, ktoré sú rezistentné na arzén. Prebiehajú štúdie, ktorých cieľom je nakoniec použiť túto baktériu na absorbovanie arzénu z prostredia.

Biologicky rozložiteľné plasty

Okrem sukcinátu, organickej kyseliny prirodzene produkovanej baktériami, použiteľnej na výrobu biodegradovateľných plastov, existuje ďalšia možná zlúčenina, ktorá sa môže použiť na tieto účely.

Táto zlúčenina je polyester nazývaný poly (3-hydroxybutyrát) (P (3HB)). P (3HB) sa prirodzene nevyrába z C. glutamicum. Genetickí inžinieri však vykonali štúdie s cieľom vytvoriť v baktériách genetickou manipuláciou biosyntetickú cestu, ktorá umožňuje jej výrobu.

Referencie

1. S. Abe, K.-I. Takayama, S. Kinoshita (1967). Taxonomické štúdie o baktériách produkujúcich kyselinu glutámovú. Vestník všeobecnej a aplikovanej mikrobiológie.
2. J.-Y. Lee, Y.-A. Na, E. Kim, H.-S. Lee, P. Kim (2016). Actinobacterium Corynebacterium glutamicum, priemyselný pracovný kôň. Vestník mikrobiológie a biotechnológie.
3. J. Lange, E. Münch, J. Müller, T. Busche, J. Kalinowski, R. Takors, B. Blombach (2018). Oddelenie adaptácie Corynebacterium glutamicum pri prechode z aerobiózy cez mikroaerobiózu na anaerobiózu. gény
4. S. Wieschalka, B. Blombach, M. Bott, BJ Eikmanns (2012). Biologická výroba organických kyselín s Corynebacterium glutamicum. Biotechnológia.
5. M. Wachi (2013). Vývozcovia aminokyselín v Corynebacterium glutamicum. In: H. Yukawa, M. Inui (Eds.) Biológia a biotechnológia Corynebacterium glutamicum.
6. Corynebacterium glutamicum. Na Wikipédii. Našiel sa 25. septembra 2018 z en.wikipedia.org.
7. Corynebacterium glutamicum. Na mikrobiologickej wiki. Získané 25. septembra 2018 z microbewiki.kenyon.edu.