CORYNEBACTERIUM GLUTAMICUM: CHARAKTERISTIKA, MORFOLOGIE, KULTURA - BIOLOGIE - 2025

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

Bakterie C. glutamicum je v průmyslu široce používána pro produkci aminokyselin. Použití této bakterie pro průmyslovou výrobu sahá více než 40 let.

Corynebacterium glutamicum. Foto: AJC1 Flickr. Převzato a upraveno z

Množství aminokyselin produkovaných těmito bakteriemi, včetně glutamátu monosodného a L-lysinu, v současnosti přesahuje 100 tun ročně.

Obecné vlastnosti

Tyto bakterie rozkládají cukry fermentačním procesem. Produkce aminokyselin je ovlivněna daným zdrojem uhlíku a určitými podmínkami suplementace, jako je například omezení biotinu.

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

Pro kultivaci se doporučuje teploty 30 ° C a pH 7,4 - 7,5. Zdroje uhlíku, jakož i látky, které budou použity k obohacení plodiny, budou záviset na výsledcích, kterých má být dosaženo.

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

Aby se dosáhlo vysoké koncentrace L-lysinu, musí kultivační médium obsahovat glukózu, síran amonný, uhličitan vápenatý, kyselinu bactokasaminovou, hydrochlorid thiaminu, D-biotin, dihydrogenfosforečnan draselný, heptahydrát síranu hořečnatého, heptahydrát síranu železnatého a tetrahydrát chloridu manganičitého.

Corynebacterium glutamicum, Foto Carlos Barreiro. Převzato a upraveno z

Pathogeny

Ačkoli většina bakterií patřících do čeledi Corynebacteriaceae je patogenních, některé z nich, včetně C. glutamicum, jsou neškodné. Posledně jmenované, známé jako non-záškrtové korynebakterie (CND), jsou komenzální látky nebo saprofyty, které se mohou vyskytovat u lidí, zvířat a půdy.

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

Využití v biotechnologii

Genom C. glutamicum je relativně stabilní, roste rychle 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 nazývána „workhorse“.

Produkce aminokyselin

Prvním zjištěným produktem, o kterém bylo známo, že je biosyntetizován C. glutamicum, byl glutamát. Glutamát je neesenciální aminokyselina přítomná v asi 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 část proteinů syntetizovaných živými bytostmi, je také produkován C. glutamicum.

Mezi další aminokyseliny získané z těchto bakterií patří threonin, isoleucin a serin. Threonin se používá hlavně k prevenci výskytu oparu.

Serin pomáhá při tvorbě protilátek a imunoglobulinu. Isoleucin se podílí na syntéze proteinů a produkci energie během fyzického cvičení.

Další produkty a aplikace

Pantothenate

Je to nejaktivnější forma vitaminu B5 (kyselina pantothenová), protože pantothenát vápenatý se používá jako doplněk stravy. Vitamin B5 je nezbytný při syntéze sacharidů, lipidů a proteinů.

Organické kyseliny

C. glutamicum mimo jiné produkuje laktát a sukcinát. Laktát má několik aplikací, jako je změkčovač tkanin, regulátor kyselosti potravin, vyčiňování kůže, očistec a další.

Sukcinát se používá pro výrobu laků, barviv, parfémů, potravinářských přídatných látek, léčiv a pro výrobu biologicky rozložitelných 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 pokusů 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 na arsen. Probíhají studie s cílem nakonec tuto bakterii použít k absorpci arsenu z okolního prostředí.

Biologicky rozložitelné plasty

Kromě sukcinátu, organické kyseliny produkované přirozeně bakteriemi, použitelné pro výrobu biologicky rozložitelných plastů, existuje další možná sloučenina, která může být použita 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, aby v bakteriích vytvořili genetickou manipulací biosyntetickou cestu, která umožňuje její produkci.

Reference

1. S. Abe, K.-I. Takayama, S. Kinoshita (1967). Taxonomické studie o bakteriích produkujících kyselinu glutamovou. Žurnál obecné a aplikované mikrobiologie.
2. J.-Y. Lee, Y.-A. Na, E. Kim, H.-S. Lee, P. Kim (2016). Actinobacterium Corynebacterium glutamicum, průmyslový pracovní kůň. Žurnál mikrobiologie a biotechnologie.
3. J. Lange, E. Münch, J. Müller, T. Busche, J. Kalinowski, R. Takors, B. Blombach (2018). Rozdělení adaptace Corynebacterium glutamicum při přechodu z aerobiózy přes mikroaerobiózu na anaerobiózu. Geny
4. S. Wieschalka, B. Blombach, M. Bott, BJ Eikmanns (2012). Biologická produkce organických kyselin s Corynebacterium glutamicum. Biotechnologie.
5. M. Wachi (2013). Vývozci aminokyselin v Corynebacterium glutamicum. In: H. Yukawa, M. Inui (Eds.) Biologie a biotechnologie Corynebacterium glutamicum.
6. Corynebacterium glutamicum. Na Wikipedii. Citováno z 25. září 2018 z en.wikipedia.org.
7. Corynebacterium glutamicum. Na mikrobiologické wiki. Citováno z 25. září 2018 z microbewiki.kenyon.edu.