Vlastnosti Corynebacterium glutamicum, morfologie, kultura

4338
Abraham McLaughlin

Corynebacterium glutamicum Je to bakterie ve formě tyčinky, grampozitivní, fakultativně anaerobní a přítomná v půdě. Není ani sporotvorná, ani patogenní. Spolu se zbytkem Corynebacteriaceae a bakteriemi čeledí Mycobacteriaceae a Nocardiaceae je součástí skupiny známé jako skupina CMN. Tato skupina zahrnuje mnoho bakterií lékařského a veterinárního významu..

Bakterie C. glutamicum Je široce používán v průmyslu pro výrobu aminokyselin. Použití této bakterie pro průmyslovou výrobu sahá více než 40 let. 

Corynebacterium glutamicum. Fotografie od AJC1 Flickr. Převzato a upraveno z https://www.acercaciencia.com/2013/05/16/germenes-con-caracteristicas-humanas/corynebacterium-glutamicum-by-ajc1-flickr/

Množství aminokyselin produkovaných těmito bakteriemi, včetně glutamátu sodného a L-lysinu, v současné době přesahuje 100 tun ročně.

Rejstřík článků

  • 1 Obecná charakteristika
  • 2 Taxonomie
  • 3 Morfologie
  • 4 Pěstování
  • 5 Patogeneze
  • 6 Využití v biotechnologiích
    • 6.1 Produkce aminokyselin
    • 6.2 Další produkty a aplikace
  • 7 Reference

Obecná charakteristika

-Corynebacterium glutamicum je nepatogenní grampozitivní bakterie.

-Nevytváří spory.

-Obsahuje katalázu.

-Štěpí sacharidy prostřednictvím svého fermentačního metabolismu.

-Je schopen syntetizovat aminokyseliny, jako je serin, glutamát a lysin.

Taxonomie

Druh C. glutamicum byl poprvé objeven v Japonsku a popsán Kinoshitou a kol. v roce 1958 pod názvem Micrococcus glutamicus. Později (1967), Abe et al. Přesunul to do žánru Corynebacterium.

Bakterie rodu Corynebacterium jsou taxonomicky umístěny v podřádu Corynebacterineae. Tento podřád zase patří do řádu Actinomycetales, třída Actinobacteria.

Podřád Corynebacterineae zahrnuje rodiny Corynebacteriaceae, Mycobacteriaceae a Nocardiaceae označované jako skupina CMN. Corynebacterium patří do první z těchto rodin.

Morfologie

Bakterie jsou ve tvaru tyčinky s oteklými konci ve tvaru paličky nebo kyje. Má chromozom a kruhový plazmid. Jeho genom se skládá z 3 314 179 nukleotidů.

Buněčná stěna se mimo jiné skládá z vrstvy peptidoglykanu, mykolových kyselin s krátkým řetězcem, mezodiaminopimelových kyselin a polymerů arabino-galaktanu.

Kultura

Corynebacterium glutamicum používá pro svůj růst a produkci aminokyselin širokou škálu substrátů, včetně cukrů, organických kyselin a alkoholů.

Tyto bakterie štěpí uhlohydráty fermentačním procesem. Produkce aminokyselin je ovlivněna daným zdrojem uhlíku a určitými podmínkami doplňování, jako je omezení biotinu.

K získání inokula byla použita kultivační média tryptonových komplexů (YT), kvasničný extrakt a modifikovaná minimální média CGXII..

Pro pěstování se doporučují teploty 30 ° C a pH 7,4 - 7,5. Zdroje uhlíku, jakož i látky, které se použijí k obohacení plodiny, budou záviset na dosažených výsledcích..

Například bylo zjištěno, že glukóza, síran amonný, síran hořečnatý a fosforečnan draselný mají významný vliv na produkci sukcinátu..

Pro získání vysoké koncentrace L-lysinu musí mít kultivační médium glukózu, síran amonný, uhličitan vápenatý, kyselinu bactocasaminovou, hydrochlorid thiaminu, D-biotin, dihydrogenfosforečnan draselný, heptahydrát síranu hořečnatého, heptahydrát síranu železnatého a tetrahydrát chloridu manganatého..

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

Patogeneze

Ačkoli většina bakterií patřících do rodiny Corynebacteriaceae je patogenních, některé z nich, včetně C. glutamicum, jsou neškodné. Posledně jmenované, známé jako nedyterické korynebakterie (CND), jsou komenzály nebo saprofyty, které mohou být přítomny u lidí, zvířat a půdy..

Některé CND, jako např C. glutamicum Y C. feeiciens, se používají při výrobě esenciálních aminokyselin a vitamínů.

Využití v biotechnologii

Genom C. glutamicum je relativně stabilní, rychle roste a nevylučuje extracelulární proteázu. Kromě toho je nepatogenní, netvoří spory a má relativně nízké požadavky na růst..

Tyto vlastnosti a skutečnost, že produkuje enzymy a další užitečné sloučeniny, umožnily, aby byla tato bakterie v biotechnologii označována jako „kůň“..

Produkce aminokyselin

Bylo zjištěno, že první produkt byl biosyntetizován C. glutamicum byl to glutamát. Glutamát je neesenciální aminokyselina přítomná v přibližně 90% synapsí v mozku.

Podílí se na přenosu informací mezi neurony centrálního nervového systému a na tvorbě a obnově paměti.

Lysin, esenciální aminokyselina pro člověka a který je součástí proteinů syntetizovaných živými bytostmi, také produkuje C. glutamicum.

Mezi další aminokyseliny získané z této bakterie patří threonin, isoleucin a serin. Threonin se používá hlavně k prevenci vzniku oparu.

Serin pomáhá při produkci protilátek a imunoglobulinů. Isoleucin se podílí na syntéze bílkovin a produkci energie během fyzického cvičení..

Další produkty a aplikace

Pantothenát

Jedná se o nejaktivnější formu vitaminu B5 (kyselina pantothenová), protože pantothenát vápenatý se používá jako doplněk stravy. Vitamin B5 je nezbytný při syntéze sacharidů, lipidů a bílkovin.

Organické kyseliny

Mezi ostatními, C. glutamicum produkuje laktát a sukcinát. Laktát má řadu aplikací, jako je aviváž, regulátor kyselosti potravin, činění kůže, projímadlo, mimo jiné..  

Sukcinát se používá k výrobě laků, barviv, parfémů, potravinářských přídatných látek, léčiv a k výrobě biologicky odbouratelných plastů..

Alkoholy

Protože fermentuje cukry, je schopen produkovat alkoholy, jako je ethanol a isobutanol. Z tohoto důvodu existují pokusy o syntézu ethanolu v kulturách  C. glutamicum z odpadu z cukrové třtiny. Cílem těchto testů je dosáhnout průmyslové výroby biopaliv.

Xylitol, polyol nebo cukerný alkohol, se používá jako sladidlo pro diabetiky, protože nezvyšuje hladinu cukru v krvi.

Bioremediace

C. glutamicum obsahuje ve svém genomu dva operony zvané ars1 a ars2, které jsou rezistentní vůči arsenu. Probíhají studie, které by nakonec mohly tuto bakterii použít k absorpci arsenu z prostředí..

Biologicky odbouratelné plasty

Kromě sukcinátu, organické kyseliny produkované přirozeně bakteriemi, užitečné pro výrobu biologicky odbouratelných plastů, existuje další možná sloučenina, kterou lze použít pro tyto účely..

Tato sloučenina je polyester zvaný poly (3-hydroxybutyrát) (P (3HB)). P (3HB) není přirozeně produkován  C. glutamicum. Genetičtí inženýři však provedli studie, které mají v bakteriích vytvořit pomocí genetické manipulace biosyntetickou cestu, která umožňuje její produkci.

Reference

  1. S. Abe, K.-I. Takayama, S. Kinoshita (1967). Taxonomické studie bakterií produkujících kyselinu glutamovou. The Journal of General and Applied Microbiology.
  2. J.-Y. Lee, Y.-A. Na, E. Kim, H.-S. Lee, P. Kim (2016). Actinobacterium Corynebacterium glutamicum, průmyslový tahoun. Journal of Microbiology and Biotechnology.
  3. J. Lange, E. Münch, J. Müller, T. Busche, J. Kalinowski, R. Takors, B. Blombach (2018). Dešifrování adaptace Corynebacterium glutamicum při přechodu od aerobiózy přes mikroaerobiózu k anaerobióze. Geny.
  4. S. Wieschalka, B. Blombach, M. Bott, B.J. Eikmanns (2012). Biologická výroba organických kyselin s Corynebacterium glutamicum. Biotechnologie.
  5. M. Wachi (2013). Vývozci aminokyselin v Corynebacterium glutamicum. In: H. Yukawa, M. Inui (Eds.) Corynebacterium glutamicum biologie a biotechnologie.
  6. Corynebacterium glutamicum. Na Wikipedii. Citováno dne 25. září 2018 z en.wikipedia.org.
  7. Corynebacterium glutamicum. Na Microbe Wiki. Citováno dne 25. září 2018 z microbewiki.kenyon.edu.

Zatím žádné komentáře