Микробный синтез на основе целлюлозы: белок и другие ценные продукты - Лобанок А.Г.
ISBN 5-343-00283-8
Скачать (прямая ссылка):
Установлено, что метанобразующие бактерии используют продукты, полученные в процессе ферментации целлюлозы анаэробными грибами, для образования метана. Так, уксусная кислота превращается в С02 и СН4 Mefhanosarcina barheri. Это указывает на то, что целлюлолитические анаэробные грибы могут играть важную роль в разложении целлюлозы в рубце. В этой связи возникает вопрос о возможной роли анаэробных грибов в других экологических средах: почве, грязях.
Принято считать, что грибы бурой гнили, интенсивно разлагающие целлюлозу, продуцируют только эндоглюканазу и не продуцируют экзоглюканазу (Koenigs, 1974). Эти грибы в процессе роста на древесине «атакуют» целлюлозу на значительном расстоянии от грибной клеточной стенки, что послужило поводом для предположения о том, что первоначальная атака целлюлозы осуществляется низкомолекулярным веществом, легко диффундирующим на расстоянии. Однако и сегодня механизм деградации целлюлозы грибами бурой гнили нельзя считать установленным.
Хотя грибы, вызывающие мягкую гниль, способны расщеплять кристаллическую целлюлозу, только некоторые из них продуцируют полные внеклеточные целлюлолитические системы (эндо- и экзоглюканазы и (3-глюкозидазу). Среди них Trichoderma viride, Т. reesei, Т. koningii, Penicillium funiculosum, Fusarium sotani и др. Для культуральной жидкости большинства других грибов этой группы характерно отсутствие экзоглюканазы. Эти грибы, следовательно, могут деградировать более аморфные формы целлюлозы.
Деградация высокоупорядоченной формы целлюлозы осуществляется благодаря синергическому действию комплекса целлюлолитических ферментов. При любой комбинации экзо- и эндоглюканаз Trichoderma koningii, Fusarium solani и Penicillium funiculosum отмечается выраженный синергизм. Однако синергизм между экзоглюканазами этих грибов и эндоглюканазами грибов, не продуцирующих экзоглюканазу (Myrothecium verruca-
25
ria), не выявлен. Нет также синергизма между экзоглюканазами грибов н эндоглюканазами рубцовых бактерий. Последнее указывает на существенное различие целлюлолитических систем грибов и бактерий (Ljungdahl, Eriksson, 1985).
Разложение целлюлозы бактериями осуществляется в аэробных и анаэробных условиях. В естественной среде значительная часть растительной биомассы превращается анаэробными бактериями в метан и углекислый газ. Такие процессы происходят в болотах, почве, реках, озерах и компостах. Особый интерес представляет разложение целлюлозы в организмах травоядных животных и насекомых. Из содержимого задней кишки термитов были выделены Bacillus cereus, Serratia sp., а также 20 штаммов актиномицетов, обладающих целлюлолитической активностью (Pasti, Belli, 1985). Bacillus sereus хорошо растет на a-целлюлозе и карбоксиметилцеллюлозе, а виды Serratia — на всех видах целлюлозы (Thayer, 1976). Симбиотическое расщепление целлюлозы бактериями отмечено также в кишечном тракте зеленой черепахи (Panchel et al., 1979).
Как уже отмечалось, целлюлолитические системы бактерий отличны от таковых у грибов. Так, у многих целлюлолитических бактерий нет целлобиазы, а если и есть, то и в этом случае они могут усваивать целлодекстрины и целлобиозу с помощью фос-форилаз. В природе целлюлозные волокна, возможно, являются для целлюлолитических бактерий лучшим субстратом, чем продукты разложения. Это создает для бактерий ряд экологических преимуществ. Бактерии, адсорбированные на целлюлозных волокнах, способны лучше потреблять продукты деградации субстрата.
Анаэробная бактерия Acetivibrio cettulolyticus продуцирует внеклеточную целлюлазу, сопоставимую по активности с препаратами из Aspergillus niger и Trichoderma viride (Khan, 1980). Это облигатный анаэроб, растет при pH 6,5—7,7 и температуре 20—40 °С, ферментирует целлюлозу, целлобиозу и глюкозид салицин с образованием водорода, углекислого газа, уксусной кислоты, этанола, пропанола и бутанола. Acetivibrio cellulolyticus продуцирует индуцируемую внеклеточную эндоглюканазу. Синтез эндоглюканазы репрессируется глюкозой, хотя последняя не метаболизируется Acetivibrio cellulolyticus (Mac Kenzie, Bilous,
1982). Основная масса клеток Acetivibrio cellulolyticus не агрегирует вокруг целлюлозных частиц. Полагают, что Acetivibrio cellulolyticus может быть хорошим объектом для изучения деградации целлюлозы прокариотами (Mac Kenzie, Bilous, 1982).
Целлюлолитические организмы встречаются и среди клостри-дий. Среди них известны Clostridium cellobioparum, выделенный из рубца, С. papyrosolvens, С. thermocellum, выделенные из навоза, С. stercorarium, выделенный из компоста. Установлено, что Clostridium acetobutilicum образует целлюлазу и целлобиазу.
26
Главный продукт деградации целлюлозы Clostridium thermocel-lum — целлобиоза и целлодекстрины. Полагают, что эти продукты проникают в клетку, где они метаболизируются с участием специфических фосфорилаз с образованием глюкозо-1-фосфата и свободной глюкозы. Образование глюкозо-1-фосфата является преимуществом для этого организма, так как при этом сохраняется энергия гликозидной связи. Конечными продуктами метаболизма являются Н2, С02, этанол, уксусная и молочная кислоты и др.
