Corynebacterium glutamicum характеристики, таксономія, морфологія, культура



Corynebacterium glutamicum являє собою бактерію у вигляді палички, грампозитивної, факультативної анаеробної і присутньої в грунті. Вона не утворює спори і не є патогенною. Разом з рештою Corynebacteriaceae і бактеріями сімейств Mycobacteriaceae і Nocardiaceae він входить до групи, відомої як група CMN. Ця група включає багато бактерій медичного та ветеринарного значення.

Бактерія C. glutamicum Він широко використовується в промисловості для виробництва амінокислот. Використання цієї бактерії для промислового виробництва сягає більш ніж 40 років. 

Кількість амінокислот, що утворюються цими бактеріями, включаючи глутамат натрію і L-лізин, в даний час перевищує 100 тонн на рік.

Індекс

  • 1 Загальна характеристика
  • 2 Таксономія
  • 3 Морфологія
  • 4 Культивування
  • 5 Патогенез
  • 6 Використання в біотехнології
    • 6.1 Виробництво амінокислот
    • 6.2 Інші продукти та застосування
  • 7 Посилання

Загальна характеристика

-Corynebacterium glutamicum являє собою непатогенну грампозитивну бактерію.

-Не виробляє спори.

-Містить каталазу.

-Розкладає вуглеводи через його ферментативний обмін.

-Він здатний синтезувати такі амінокислоти, як серин, глутамат і лізин.

Таксономія

Вид C. glutamicum Вперше він був відкритий в Японії і описаний Кіношіта і співавторами в 1958 році під назвою Micrococcus glutamicus. Пізніше (1967) Абе і співавтори перенесли його в жанрі Коринебактерія.

Бактерії роду Коринебактерія вони таксономічно розташовані в підряду Corynebacterineae. Цей підряд у свою чергу відноситься до порядку Actinomycetales, класу Actinobacteria.

Підряд Corynebacterineae включає сімейства Corynebacteriaceae, Mycobacteriaceae та Nocardiaceae, названі групою CMN. Коринебактерія належить до першої з цих сімей.

Морфологія

Бактерія має форму стрижня з набряклими кінцями у вигляді молотка або клубу. Має хромосому і круговий плазмід. Його геном складається з 3,314,179 нуклеотидів.

Клітинна стінка складається, серед інших речовин, з шару пептидоглікану, коротколанцюгових міколічних кислот, мезо-діамінопімелінових кислот і арабіно-галактанових полімерів..

Культивування

Corynebacterium glutamicum використовують широкий спектр субстратів, включаючи цукру, органічні кислоти і спирти, для його росту і виробництва амінокислот.

Ця бактерія розщеплює вуглеводи через процес бродіння. На виробництво амінокислот впливає даний джерело вуглецю і певні умови добавок, такі як обмеження біотину.

Для отримання інокулята використовували культуральні середовища триптонного комплексу (YT), дріжджового екстракту і мінімально модифікованої середовища CGXII..

Для культивування рекомендуються температури 30 ° C і pH 7,4 - 7,5. Джерела вуглецю, а також речовини, які будуть використовуватися для збагачення врожаю, будуть залежати від результатів, які ви хочете отримати.

Наприклад, було виявлено, що глюкоза, сульфат амонію, сульфат магнію і фосфат дикалия мають значний вплив на отримання сукцинату.

Щоб отримати високу концентрацію L-лізину, культуральне середовище повинно мати глюкозу, сульфат амонію, карбонат кальцію, бактосамовую кислоту, тіамін гідрохлорид, D-біотин, дигідрофосфат калію, гептагідрат сульфату магнію, гептагідрат заліза і тетрагидрат хлориду марганцю.

Патогенез

Хоча більшість бактерій, що належать до сімейства Corynebacteriaceae, є патогенними, деякі з них, в тому числі C. glutamicum, Вони нешкідливі. Останні, відомі як не-дифтерійні коринебактерии (CND), є комменсальними або сапрофітними, які можуть бути присутніми у людей, тварин і грунті..

Деякі CND, як C. glutamicum і C. feeiciens, використовуються у виробництві незамінних амінокислот і вітамінів.

Використання в біотехнології

Геном Росії C. glutamicum він відносно стабільний, швидко росте і не секретує позаклітинну протеазу. Крім того, він не є патогенним, не утворює спори і має відносно невеликі вимоги до зростання.

Ці характеристики, а також той факт, що він виробляє ферменти та інші корисні сполуки, дозволили цій бактерії назвати «робочу конячку» в біотехнології..

Виробництво амінокислот

Перший продукт виявив, що було відомо, що його можна біосинтезувати C. glutamicum Це був глутамат. Глутамат є несуттєвою амінокислотою, що присутня в близько 90% синапсів мозку.

Втручається в передачу інформації між нейронами центральної нервової системи і у формуванні і відновлення пам'яті.

Лізин, незамінна амінокислота для людини і частина білків, синтезованих живими істотами, також виробляється C. glutamicum.

Інші амінокислоти, отримані з цієї бактерії, включають треонін, ізолейцин і серин. Треонін використовується в основному для запобігання появи герпесу.

Серин допомагає у виробництві антитіл і імуноглобулінів. Ізолейцин, у свою чергу, бере участь у синтезі білків і у виробництві енергії під час практики фізичних вправ.

Інші продукти та застосування

Пантотенат

Це найактивніша форма вітаміну В5 (пантотенова кислота), оскільки пантотенат кальцію використовується як добавка в раціоні. Вітамін B5 має важливе значення в синтезі вуглеводів, ліпідів і білків.

Органічні кислоти

Серед інших, C. glutamicum продукує лактат і сукцинат. Лактат має декілька застосувань, таких як пом'якшувач, регулятор харчової кислотності, дублення шкір, проносний, серед іншого.  

Сукцинат, у свою чергу, використовується для виробництва лаків, барвників, парфумерії, харчових добавок, лікарських засобів і для виробництва біорозкладаних пластмас.

Спирти

Оскільки він ферментує цукру, він здатний продукувати спирти, такі як етанол і ізобутанол. З цієї причини проводяться випробування на синтез етанолу в культурах Росії  C. glutamicum з відходів, що надходять з цукрового очерету. Метою цих випробувань є досягнення промислового виробництва біопалива.

Ксиліт, поліспирт або цукровий спирт використовують як підсолоджувач для діабетиків, оскільки він не підвищує рівень цукру в крові.

Біоремедіація

C. glutamicum Він містить два оперона в його геномі, звані ars1 і ars2, які стійкі до миш'яку. Існують дослідження з метою подальшого використання цієї бактерії для поглинання миш'яку з навколишнього середовища.

Біорозкладані пластмаси

На додаток до сукцинату, органічної кислоти, природно одержуваної бактеріями, корисної для виробництва біорозкладаних пластиків, є ще одна можлива сполука, яка може бути використана для цих цілей..

Це з'єднання являє собою поліефір, званий полі (3-гідроксибутират) (P (3HB)). P (3HB) не виробляється природним шляхом  C. glutamicum. Тим не менш, інженери-генетики мають просунуті дослідження для створення в бактерії, шляхом генетичних маніпуляцій, біосинтетичного шляху, який дозволяє його виробляти.

Список літератури

  1. S. Abe, K.-I. Такаяма, С. Кіношіта (1967). Таксономічні дослідження бактерій, що продукують глутамінову кислоту. Журнал загальної та прикладної мікробіології.
  2. J.-Y. Lee, Y.-A. Na, E. Kim, H.-S. Лі, П. Кім (2016). Актинобактерія Corynebacterium glutamicum, промислова робоча конячка. Журнал мікробіології та біотехнології.
  3. J. Lange, E. Münch, J. Müller, T. Busche, J. Kalinowski, R. Takors, B. Blombach (2018). Розшифровка адаптації Corynebacterium glutamicum при переході від аеробіозу через мікроаеробіоз до анаеробіозу. Гени.
  4. S. Wieschalka, B. Blombach, M. Bott, B.J. Eikmanns (2012). Біологічне виробництво органічних кислот з Corynebacterium glutamicum. Біотехнологія.
  5. M. Wachi (2013). Експортери амінокислот в Росії Corynebacterium glutamicum. У: H. Yukawa, M. Inui (ред.) Corynebacterium glutamicum біології та біотехнології.
  6. Corynebacterium glutamicum. У Вікіпедії. Отримано 25 вересня 2018 р. З en.wikipedia.org.
  7. Corynebacterium glutamicum. У вікні Мікроб. Отримано 25 вересня 2018 року з сайту microbewiki.kenyon.edu.