Микробный синтез на основе целлюлозы: белок и другие ценные продукты - Лобанок А.Г.
ISBN 5-343-00283-8
Скачать (прямая ссылка):
Толчком к началу современных исследований целлюлаз послужило плесневение и порча армейского обмундирования и оборудования (США) в годы второй мировой войны в джунглях островов южной части Тихого океана. В 1950 г. Reese et al. на основании того, что одни микроорганизмы растут на средах, содержащих в качестве единственного источника углерода нативную целлюлозу, а другие — только на глюкозе или растворимом производном целлюлозы (натрийкарбоксиметилцеллюлозе), выдвинули концепцию Сг и Сж-целлюлолитических ферментов. Они предположили, что первая группа микроорганизмов в дополнение к целлюлолитическим ферментам Сж-типа, продупируехмых микроорганизмами, способными к росту на дериватах целлюлозы, образует Срфермент, обусловливающий расщепление высокоорганизованной целлюлозы, действие которого направлено на надмолекулярную структуру субстрата. Были высказаны предположения, что возможными точками приложения Сгфермеита могут быть
21
водородные связи между полимерными цепями целлюлозы или он воздействует на кристаллическую структуру. Допускалось, что действие Сркомпонента имеет негидролитическую природу. Однако ферментов с указанными свойствами выделено не было.
Reese el al. предложили Q—Сж-концешшю как гипотетическую модель без всяких доказательств предгидролитического этапа. Основной вывод из их работы, который имеет значение еще и сегодня, заключается в том, что целлюлоза расщепляется в результате 2—3-ступенчатых реакций. Сегодня еще невозможно сделать обобщение, касающееся целлюлолитических систем всех групп микроорганизмов. В определенной степени такие обобщения могут быть сделаны лишь для отдельных групп микроорганизмов.
Ферментативные механизмы, связанные с расщеплением целлюлозы, наиболее детально были изучены у гриба- возбудителя белой гнили Sporotrichum pulverulentum и микромицета Tricho-derma viride QM 6a (позднее названного T. reesei). Целлюлоди-тические системы у обоих организмов сходны. Помимо гидролитических ферментов в последнее время у этих организмов обнаружена способность образовывать окислительные ферменты (Ayers et al., 1978; Vaheri, 1982). Eriksson et al. (1986) охарактеризован фермент, выделяемый Phanerochaete chrysosporium, который окисляет глюкозу и образует Н202.
Целлюлолитические микроорганизмы широко распространены в природе. Они включают аэробные и анаэробные грибы и бактерии. Многие из них растут при экстремальных условиях температуры и pH. Таким образом, целлюлолитические микроорганизмы можно обнаружить в различных условиях обитания. Наиболее важным потенциальным источником целлюлаз с точки зрения их промышленного использования являются грибы следующих родов: Agaricus, Aspergillus, Botryodiplodia, Chaetomium, Cladosporium, Coriolus, Eupenicillium, Fomes, Fusarium, Humicola, Hypocopa, Irpex, Myceliophtora, Myriococcutn, Myrothecium, Neocallimaslix, Neurospora, Paecilomyces, Penicillium, Pestalopsis, Phanerochaete, Phialophora, Phoma, Physarium, Pleuroius, Podospora, Polyporus, Poria, Poronia, Saccobolus, Schizophyllum, Sclerotinia, Sordaria, Sporotrichum, Talaromyces, Thermoascus, Thraustotheca, Torula, Trichoderma, Trichurus, Verticillium и др. (Ljungdahl, Eriksson,
1985).
По данным Stevens и Payne (1977), дрожжи Trichosporon culaneum и T. pullulans обладают такой же способностью к разложению бумаги, как и грибы Trichoderma viride и Myrothecium verrucaria. Культуральная жидкость дрожжей обладает также высокой ксиланазной активностью. Основными продуктами разложения целлюлозы являются целлобиоза и глюкоза. Дрожжи Cryptococcibs albidus образуют внеклеточную эндо-|5-1,4-ксилана-зу, природным индуктором ксиланазы служит ксилобпоза (Biely et al., 1980).
22
Наиболее активными продуцентами целлюлолитических ферментов являются грибы рода Trichoderma, особенно Т. viride QM 6а, выделенный из гниющего патронташа в Новой Гвинее во время второй мировой войны и более тридцати лет изучавшийся в Нэтике (США) доктором Ризом и сотр. В 1977 г. было доказано, что Trichoderma viride QM 6а имеет специфические видовые признаки, и в честь доктора Риза он был переименован в Т. reSsei. За последние 20 лет из этого организма был получен ряд перспективных мутантов, обладающих способностью к сверхсинтезу целлюлаз.
В природе непрерывное разложение растительных остатков происходит под действием сапрофитных микроорганизмов. Наиболее важными деградаторами древесины являются грибы белой и бурой гнили. Однако разложение древесины в естественных условиях редко происходит под действием монокультуры, но имеет место сукцессия микроорганизмов, колонизирующих лигноцел-люлозный субстрат в виде древесных остатков. Обычно такая сукцессия предполагает три стадии: 1 — колонизацию лигноцеллюлозных остатков сапрофитными грибами, которые метаболи-зируют легкоусвояемые соединения (сахара и Др.); 2— преобладание грибов, разлагающих целлюлозу; 3 — преобладание деструкторов лигнина. Однако эта схема условна, и в реальной ситуации характер разложения растительных остатков и сукцессии микроорганизмов подвержены влиянию многих факторов.
