CORYNEBACTERIUM GLUTAMICUM: CHARAKTERYSTYKA, MORFOLOGIA, KULTURA - BIOLOGIA - 2026

Corynebacterium glutamicum to gram-dodatnia, fakultatywnie beztlenowa bakteria w kształcie pałeczki obecna w glebie. Nie tworzy zarodników ani nie jest chorobotwórczy. Wraz z resztą Corynebacteriaceae i bakteriami z rodzin Mycobacteriaceae i Nocardiaceae należy do grupy znanej jako CMN. Do tej grupy zalicza się wiele bakterii o znaczeniu medycznym i weterynaryjnym.

Bakteria C. glutamicum jest szeroko stosowana w przemyśle do produkcji aminokwasów. Zastosowanie tej bakterii do produkcji przemysłowej sięga ponad 40 lat wstecz.

Corynebacterium glutamicum. Zdjęcie: AJC1 Flickr. Zrobione i zredagowane z https://www.acercaciencia.com/2013/05/16/germenes-con-caracteristicas-humanas/corynebacterium-glutamicum-by-ajc1-flickr/

Ilość aminokwasów wytwarzanych przez te bakterie, w tym glutaminian sodu i L-lizynę, przekracza obecnie 100 ton rocznie.

Charakterystyka ogólna

Bakterie te rozkładają węglowodany w procesie fermentacji. Na produkcję aminokwasów wpływa dane źródło węgla oraz pewne warunki suplementacji, takie jak ograniczenie biotyny.

Aby otrzymać inokulę, użyto pożywki z kompleksami tryptonu (YT), ekstraktu drożdżowego i zmodyfikowanej minimalnej pożywki CGXII.

Do uprawy zaleca się temperaturę 30 ° C i pH 7,4 - 7,5. Źródła węgla, a także substancje, które zostaną użyte do wzbogacenia uprawy, będą zależały od wyników, które mają być uzyskane.

Na przykład stwierdzono, że glukoza, siarczan amonu, siarczan magnezu i fosforan dipotasowy mają znaczący wpływ na produkcję bursztynianu.

Aby uzyskać wysokie stężenie L-lizyny, pożywka hodowlana musi zawierać glukozę, siarczan amonu, węglan wapnia, baktokazaminokwas, chlorowodorek tiaminy, D-biotynę, diwodorofosforan potasu, heptahydrat siarczanu magnezu, heptahydrat siarczanu żelazawego i czterowodzian chlorku manganu.

Corynebacterium glutamicum, fot. Carlos Barreiro. Zrobione i zredagowane z http://www.dicyt.com/viewItem.php?itemId=14535

Patogeneza

Chociaż większość bakterii z rodziny Corynebacteriaceae jest chorobotwórcza, niektóre z nich, w tym C. glutamicum, są nieszkodliwe. Te ostatnie, znane jako non-diphtheria corynebacteria (CND), są komensalami lub saprofitami, które mogą występować u ludzi, zwierząt i gleby.

Niektóre CND, takie jak C. glutamicum i C. feeiciens, są wykorzystywane do produkcji niezbędnych aminokwasów i witamin.

Zastosowania w biotechnologii

Genom C. glutamicum jest względnie stabilny, szybko rośnie i nie wydziela pozakomórkowej proteazy. Ponadto jest niepatogenny, nie tworzy zarodników i ma stosunkowo niskie wymagania wzrostu.

Te cechy oraz fakt, że wytwarza ona enzymy i inne przydatne związki, pozwoliły tej bakterii nazywać się „koniem roboczym” w biotechnologii.

Produkcja aminokwasów

Pierwszym produktem, o którym wiadomo, że jest biosyntetyzowany przez C. glutamicum, był glutaminian. Glutaminian to nieistotny aminokwas obecny w około 90% synaps w mózgu.

Bierze udział w przekazywaniu informacji między neuronami ośrodkowego układu nerwowego oraz w tworzeniu i przywracaniu pamięci.

Lizyna, aminokwas niezbędny dla człowieka i część białek syntetyzowanych przez żywe istoty, jest również produkowana przez C. glutamicum.

Inne aminokwasy uzyskane z tej bakterii to treonina, izoleucyna i seryna. Treoninę stosuje się głównie w celu zapobiegania pojawieniu się opryszczki.

Seryna pomaga w produkcji przeciwciał i immunoglobulin. Z kolei izoleucyna bierze udział w syntezie białek i produkcji energii podczas wysiłku fizycznego.

Inne produkty i aplikacje

Pantotenian

Jest najbardziej aktywną formą witaminy B5 (kwas pantotenowy), gdyż pantotenian wapnia stosowany jest jako suplement diety. Witamina B5 jest niezbędna w syntezie węglowodanów, lipidów i białek.

Kwasy organiczne

C. glutamicum wytwarza między innymi mleczan i bursztynian. Mleczan ma wiele zastosowań, między innymi jako zmiękczacz do tkanin, regulator kwasowości żywności, garbowanie skóry, środki przeczyszczające.

Z kolei bursztynian jest wykorzystywany do produkcji lakierów, barwników, perfum, dodatków do żywności, leków oraz do produkcji tworzyw biodegradowalnych.

Alkohole

Ponieważ fermentuje cukry, jest w stanie wytwarzać alkohole, takie jak etanol i izobutanol. Z tego powodu istnieją próby syntezy etanolu w uprawach C. glutamicum z odpadów trzciny cukrowej. Celem tych prób jest osiągnięcie przemysłowej produkcji biopaliw.

Ksylitol, poliol lub alkohol cukrowy, jest stosowany jako słodzik dla diabetyków, ponieważ nie podnosi poziomu cukru we krwi.

Bioremediacja

C. glutamicum zawiera w swoim genomie dwa operony, zwane ars1 i ars2, które są odporne na arsen. Trwają badania mające na celu ostateczne wykorzystanie tej bakterii do wchłaniania arsenu ze środowiska.

Tworzywa biodegradowalne

Oprócz bursztynianu, kwasu organicznego wytwarzanego naturalnie przez bakterie, przydatnego do produkcji biodegradowalnych tworzyw sztucznych, istnieje inny możliwy związek, który można wykorzystać do tych celów.

Ten związek to poliester zwany poli (3-hydroksymaślanem) (P (3HB)). P (3HB) nie jest wytwarzany naturalnie przez C. glutamicum. Jednak inżynierowie genetyczni przeprowadzili badania nad stworzeniem w bakteriach, poprzez manipulacje genetyczne, szlaku biosyntetycznego, który umożliwia jej produkcję.

Bibliografia

1. S. Abe, K.-I. Takayama, S. Kinoshita (1967). Badania taksonomiczne bakterii wytwarzających kwas glutaminowy. 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, przemysłowy koń pociągowy. Journal of Microbiology and Biotechnology.
3. J. Lange, E. Münch, J. Müller, T. Busche, J. Kalinowski, R. Takors, B. Blombach (2018). Rozszyfrowanie adaptacji Corynebacterium glutamicum w przejściu od tlenobiozy przez mikroaerobiozę do beztlenowej. Geny
4. S. Wieschalka, B. Blombach, M. Bott, BJ Eikmanns (2012). Biologiczna produkcja kwasów organicznych z Corynebacterium glutamicum. Biotechnologia.
5. M. Wachi (2013). Eksporterzy aminokwasów w Corynebacterium glutamicum. W: H. Yukawa, M. Inui (red.) Corynebacterium glutamicum biology and biotechnology.
6. Corynebacterium glutamicum. Na Wikipedii. Pobrane 25 września 2018 z en.wikipedia.org.
7. Corynebacterium glutamicum. Na Wiki Microbe. Pobrane 25 września 2018 z microbewiki.kenyon.edu.