Χαρακτηριστικά του Corynebacterium glutamicum, ταξινόμηση, μορφολογία, πολιτισμός

Corynebacterium glutamicum είναι ένα βακτήριο με τη μορφή βακίλου, Gram θετικό, προαιρετικό αναερόβιο και παρόν στο έδαφος. Δεν σχηματίζει σπόρια ούτε είναι παθογόνο. Μαζί με την υπόλοιπη οικογένεια Mycobacteriaceae Corynebacteriaceae και βακτήρια Nocardiaceae και αποτελεί μέρος της ομάδας γνωστή ως ομάδα CMN. Αυτή η ομάδα περιλαμβάνει πολλά βακτήρια ιατρικής και κτηνιατρικής σημασίας.

Το βακτήριο C. glutamicum Χρησιμοποιείται ευρέως στη βιομηχανία για την παραγωγή αμινοξέων. Η χρήση αυτού του βακτηριδίου για βιομηχανική παραγωγή χρονολογείται από περισσότερα από 40 χρόνια. 

Η ποσότητα των αμινοξέων που παράγονται από αυτά τα βακτήρια, συμπεριλαμβανομένων όξινο γλουταμινικό νάτριο και L-λυσίνη, υπερβαίνει τώρα 100 τόνους ανά έτος.

Ευρετήριο

• 1 Γενικά χαρακτηριστικά
• 2 Ταξινόμηση
• 3 Μορφολογία
• 4 Καλλιέργεια
• 5 Παθογένεια
• 6 Χρήσεις στη βιοτεχνολογία
  • 6.1 Παραγωγή αμινοξέων
  • 6.2 Άλλα προϊόντα και εφαρμογές
• 7 Αναφορές

Γενικά χαρακτηριστικά

-Corynebacterium glutamicum είναι ένα μη παθογόνο Gram θετικό βακτήριο.

-Δεν παράγει σπόρια.

-Περιέχει καταλάση.

-Αποσυνθέτει τους υδατάνθρακες μέσω του ζυμωτικού μεταβολισμού του.

-Είναι σε θέση να συνθέσει αμινοξέα όπως σερίνη, γλουταμικό και λυσίνη.

Ταξινόμηση

Το είδος C. glutamicum Ανακαλύφθηκε για πρώτη φορά στην Ιαπωνία και περιγράφεται από τον Kinoshita και τους συνεργάτες του το 1958, υπό την επωνυμία Micrococcus glutamicus. Αργότερα (1967), η Abe και οι συνεργάτες της μετέφεραν στο είδος Corynebacterium.

Τα βακτήρια του γένους Corynebacterium βρίσκονται ταξινομικά στην υποενότητα Corynebacteriineae. Αυτή η υποενότητα, με τη σειρά της, ανήκει στην τάξη Actinomycetales, κατηγορίας Actinobacteria.

Η υπόταξη corynebacterineae περιλαμβάνει Corynebacteriaceae, Nocardiaceae Mycobacteriaceae και οικογένειες αναφέρονται ως η ομάδα CMN. Corynebacterium ανήκει στην πρώτη από αυτές τις οικογένειες.

Μορφολογία

Το βακτήριο είναι διαμορφωμένο σαν μια ράβδος με διογκωμένα άκρα με τη μορφή σφυρί ή κλαμπ. Έχει ένα χρωμόσωμα και ένα κυκλικό πλασμίδιο. Το γονιδίωμα του αποτελείται από 3.314.179 νουκλεοτίδια.

Το κυτταρικό τοίχωμα αποτελείται, μεταξύ άλλων ουσιών, μια στιβάδα της πεπτιδογλυκάνης, βραχείας αλύσου μυκολικά οξέα, μεσο-diaminopimélicos οξέος και των πολυμερών αραβινο γαλακτάνη.

Καλλιέργεια

Corynebacterium glutamicum χρησιμοποιεί μια μεγάλη ποικιλία υποστρωμάτων, συμπεριλαμβανομένων των σακχάρων, οργανικών οξέων και αλκοολών, για την ανάπτυξη και την παραγωγή αμινοξέων.

Αυτό το βακτήριο διασπά τους υδατάνθρακες μέσω της διαδικασίας ζύμωσης. Η παραγωγή αμινοξέων επηρεάζεται από την δεδομένη πηγή άνθρακα και από ορισμένες συνθήκες συμπληρωμάτων όπως ο περιορισμός της βιοτίνης.

Για να ληφθεί εμβόλιο, χρησιμοποιήθηκαν θρεπτικά μέσα καλλιέργειας συμπλόκου τρυπτών (ΥΤ), εκχύλισμα ζύμης και ελάχιστα τροποποιημένα μέσα CGXII..

Για καλλιέργεια, συνιστώνται θερμοκρασίες 30 ° C και pH 7,4 - 7,5. Οι πηγές άνθρακα, καθώς και οι ουσίες που πρόκειται να χρησιμοποιηθούν για τον εμπλουτισμό της καλλιέργειας, θα εξαρτηθούν από τα αποτελέσματα που θέλετε να αποκτήσετε.

Για παράδειγμα, έχει βρεθεί ότι η γλυκόζη, θειικό αμμώνιο, θειικό μαγνήσιο και όξινου φωσφορικού, έχουν σημαντική επίδραση στην παραγωγή ηλεκτρικού.

Για να ληφθεί μια υψηλή συγκέντρωση της L-λυσίνης, το μέσο καλλιέργειας πρέπει να έχει γλυκόζη, θειικό αμμώνιο, ανθρακικό ασβέστιο, bactocasaminoácido, υδροχλωρική θειαμίνη, D-βιοτίνη, δισόξινο φωσφορικό κάλιο, επταένυδρο θειικό μαγνήσιο, επταένυδρου θειικού σιδήρου και τετραϋδρικό χλωριούχο μαγγάνιο.

Παθογένεια

Παρόλο που τα περισσότερα από τα βακτηρίδια που ανήκουν στην οικογένεια Corynebacteriaceae είναι παθογόνα, μερικά από αυτά, C. glutamicum, Είναι αβλαβείς. Ο τελευταίος, είναι γνωστή ως Nondiphtherial κορυνοβακτήρια (CND) είναι συμβιωτικών ή σαπροφυτικών που μπορεί να υπάρχουν σε ανθρώπους, ζώα και το έδαφος.

Μερικά CND, όπως C. glutamicum και C., χρησιμοποιούνται στην παραγωγή βασικών αμινοξέων και βιταμινών.

Χρήσεις στη βιοτεχνολογία

Το γονιδίωμα του C. glutamicum είναι σχετικά σταθερό, αναπτύσσεται ταχέως και δεν εκκρίνει εξωκυτταρική πρωτεάση. Εκτός αυτού, δεν είναι παθογόνο, δεν σχηματίζει σπόρια και έχει σχετικά λίγες απαιτήσεις ανάπτυξης.

Αυτά τα χαρακτηριστικά, καθώς και το γεγονός ότι παράγει ένζυμα και άλλες χρήσιμες ενώσεις, επέτρεψαν σε αυτό το βακτήριο να ονομαστεί "workhorse" στη βιοτεχνολογία..

Παραγωγή αμινοξέων

Το πρώτο προϊόν διαπίστωσε ότι ήταν γνωστό ότι θα μπορούσε να βιοσυντίθεται από C. glutamicum Ήταν γλουταμινικό. Το γλουταμικό είναι ένα μη απαραίτητο αμινοξύ που υπάρχει στο περίπου 90% των συνάψεων του εγκεφάλου.

Παρεμβαίνει στη μετάδοση πληροφοριών μεταξύ των νευρώνων του κεντρικού νευρικού συστήματος και στη δημιουργία και ανάκτηση της μνήμης.

Η λυσίνη, ένα απαραίτητο αμινοξύ για τον άνθρωπο και μέρος των πρωτεϊνών που συντίθενται από ζωντανά όντα, παράγεται επίσης από C. glutamicum.

Άλλα αμινοξέα που λαμβάνονται από αυτό το βακτήριο περιλαμβάνουν θρεονίνη, ισολευκίνη και σερίνη. Η θρεονίνη χρησιμοποιείται κυρίως για την πρόληψη της εμφάνισης του έρπητα.

Η σερίνη βοηθά στην παραγωγή αντισωμάτων και ανοσοσφαιρίνης. Η ισολευκίνη, με τη σειρά της, εμπλέκεται στη σύνθεση πρωτεϊνών και στην παραγωγή ενέργειας κατά την άσκηση σωματικών ασκήσεων.

Άλλα προϊόντα και εφαρμογές

Παντοθενικό

Είναι η πιο δραστική μορφή βιταμίνης Β5 (παντοθενικό οξύ), καθώς το παντοθενικό ασβέστιο χρησιμοποιείται ως συμπλήρωμα διατροφής. Η βιταμίνη Β5 είναι απαραίτητη στη σύνθεση υδατανθράκων, λιπιδίων και πρωτεϊνών.

Οργανικά οξέα

Μεταξύ άλλων, C. glutamicum παράγει γαλακτικό και ηλεκτρικό. Το γαλακτικό έχει πολλαπλές εφαρμογές, όπως μαλακτικό, ρυθμιστή της οξύτητας των τροφίμων, μαυρίσματος δέρματος, καθαριστικό, μεταξύ άλλων.  

Ηλεκτρικό, εν τω μεταξύ, χρησιμοποιείται για την παραγωγή βερνικιών, χρώματα, αρώματα, πρόσθετα τροφίμων, φαρμάκων και για την παρασκευή βιοαποικοδομήσιμων πλαστικών.

Αλκοόλες

Επειδή ζυγίζει σάκχαρα, είναι ικανό να παράγει αλκοόλες, όπως αιθανόλη και ισοβουτανόλη. Γι 'αυτό το λόγο υπάρχουν δοκιμές για τη σύνθεση αιθανόλης σε καλλιέργειες  C. glutamicum από απόβλητα που προέρχονται από ζαχαροκάλαμο. Στόχος αυτών των δοκιμών είναι η επίτευξη της βιομηχανικής παραγωγής βιοκαυσίμων.

Η ξυλιτόλη, μια πολυαλκοόλη, ή σάκχαρο αλκοόλη, χρησιμοποιείται ως γλυκαντική ουσία για τους διαβητικούς επειδή δεν αυξάνουν τα επίπεδα του σακχάρου στο αίμα.

Βιορευστοποίηση

C. glutamicum Περιέχει δύο οπερόνια στο γονιδίωμα του, που ονομάζονται ars1 και ars2, τα οποία είναι ανθεκτικά στο αρσενικό. Υπάρχουν μελέτες σε εξέλιξη με σκοπό την τελική χρήση αυτού του βακτηρίου για την απορρόφηση του αρσενικού από το περιβάλλον.

Βιοαποικοδομήσιμα πλαστικά

Εκτός από το ηλεκτρικό, οργανικό οξύ που παράγεται φυσικά από τα βακτήρια, χρήσιμο για την παραγωγή βιοαποικοδομήσιμων πλαστικών, υπάρχει μια άλλη πιθανή ένωση που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τους σκοπούς αυτούς.

Αυτή η ένωση είναι ένας πολυεστέρας που ονομάζεται πολυ (3-υδροξυβουτυρικός εστέρας) (Ρ (3ΗΒ)). Το P (3HB) δεν παράγεται φυσικά από  C. glutamicum. Ωστόσο, οι γενετικοί μηχανικοί έχουν προχωρήσει σε μελέτες για τη δημιουργία στο βακτήριο, με γενετικό χειρισμό, μιας βιοσυνθετικής διαδρομής που επιτρέπει την παραγωγή.

Αναφορές

1. S. Abe, Κ .-I. Takayama, S. Kinoshita (1967). Ταξιδιωτικές μελέτες για τα βακτήρια που παράγουν γλουταμινικό οξύ. Η Εφημερίδα της Γενικής και της Εφαρμοσμένης Μικροβιολογίας.
2. J.-Y. Lee, Υ.-Α. Na, Ε. Kim, Η.-δ. Lee, Ρ. Kim (2016). Το ακτινοβακτηρίδιο Corynebacterium glutamicum, ένα βιομηχανικό άλογο εργασίας. Εφημερίδα της Μικροβιολογίας και της Βιοτεχνολογίας.
3. J. Lange, Ε. Münch, J. Müller, Τ. Busche, J. Kalinowski, R. Takors, Β. Blombach (2018). Προσδιορισμός της προσαρμογής του Corynebacterium glutamicum στη μετάβαση από την αερόβιοση μέσω της μικροαεροβιοσίας στην αναερόβωση. Γονίδια.
4. S. Wieschalka, Β. Blombach, Μ. Bott, B.J. Eikmanns (2012). Βιολογική παραγωγή οργανικών οξέων με Corynebacterium glutamicum. Βιοτεχνολογία.
5. Μ. Wachi (2013). Εξαγωγείς αμινοξέων στο Corynebacterium glutamicum. Στο: Η. Yukawa, Μ. Inui (Eds.) Corynebacterium glutamicum τη βιολογία και τη βιοτεχνολογία.
6. Corynebacterium glutamicum. Στη Βικιπαίδεια. Ανακτήθηκε στις 25 Σεπτεμβρίου 2018 από το en.wikipedia.org.
7. Corynebacterium glutamicum. Στο Microbe Wiki. Ανακτήθηκε στις 25 Σεπτεμβρίου 2018 από το microbewiki.kenyon.edu.