Микробный синтез на основе целлюлозы: белок и другие ценные продукты - Лобанок А.Г.
ISBN 5-343-00283-8
Скачать (прямая ссылка):
Образование целлюлаз у бактерий и грибов существенно зависит от источника углерода и условий культивирования микроорганизмов. Berg et al. (1972) установили, что ферментативная активность Celhibrio fulvus изменяется при изменении времени культивирования и источника углерода. Следы целлюлазы всегда присутствуют в среде в стационарной фазе. При росте бактерий на среде с глюкозой Сх-целлюлаза в фильтратах появляется в стационарной фазе. Одновременно целлюлазная активность связанная с клеткой, уменьшается. Высокая активность целлюлаз отмечается при использовании в качестве источника углерода производных целлюлозы. Рост бактерий при этом сильно замедляется. Большие концентрации глюкозы подавляют синтез целлюлаз. Обнаружено, что целлюлаза также локализована в пери-плазматической и мембранной фракциях клетки. При росте на среде с целлюлозой фермент выделяется в среду. При росте на среде с целлобиозой и амилозой фермент продуцируется с меньшей скоростью, чем на среде с целлюлозой (Berg, 1975).
Hulme, Stranks (1974) полагают, что целлюлаза Myrothecium verrucaria конститутивна и ее образование определяется «метаболическим состоянием» клетки, а целлюлозный субстрат явля-
55
ется «естественным источником углеводов», выделяемых в среду с некоторой скоростью. Достигнуть необходимого для образования фермента «метаболического состояния» клетки при лимите глюкозы или глицерина авторам не удалось из-за меняющейся, по их мнению, скорости прироста биомассы гриба.
Нами (Лобанок, 1977) была исследована зависимость специфической и дифференциальной скорости синтеза ферментов от скорости роста Trichoderma lignorum на среде с лактозой (молочной сывороткой). Установлено, что максимум синтеза ферментов отмечается при замедлении или даже полном прекращении роста гриба. Синтез целлюлаз и рост гриба не совпадают по времени. Лактоза — хороший индуктор целлюлазы у многих видов грибов рода Trichoderma. От целлобиозы лактоза отличается конфигурацией у четвертого углеродного атома. Окисление редуцирующей группы лактозы лишает ее индуцирующих свойств.
По мнению Reese (1972, 1971), любой метод, который способствует медленному поступлению «индуктора» синтеза целлюлазы целлобиозы в растущую культуру микроорганизма-проду-цента, уменьшая катаболитную репрессию (КР), способствует образованию фермента. Желаемый результат может быть достигнут различными способами ингибирования роста, например использованием субоптимальной для роста продуцента температуры, некоторых соединений в концентрациях, слегка токсичных для данного микроорганизма, а также лимитацией одного из компонентов среды, необходимых для роста.
Нами (Лобанок, 1977) было высказано предположение, что образование целлюлазы у Trichoderma lignorum, так же как и пектолитических ферментов у Sclerotinia sclerotiorum, на среде с лактозой обусловлено медленным потреблением этого дисахарида. Скорость потребления продуктов расщепления лактозы (глюкозы и галактозы) выше, чем скорость их образования из лактозы, поэтому не происходит репрессии биосинтеза. Максимум активности (3-галактозидазы совпадает со снижением количества лактозы в среде и увеличением активности синтеза пек-тиназ, целлюлазы, амилазы и целлобиазы. Использование для получения целлюлазы или пектиназы среды, содержащей такой растворимый индуктор, как лактоза, делает более реальным получение этих ферментов в протоке.
Было установлено, что при лимите источника углерода активация синтеза целлюлазы у Trichoderma lignorum находится в обратной зависимости от накопления биомассы и скорости поступления того или иного источника углерода в питательную среду и специфически не связана с тем или иным соединением. Ограничение потребления источника углерода замедляет рост гриба и, снижая катаболитную репрессию в 10—200 раз (в зависимости от источника углерода), увеличивает продуцирующую способность мицелия. Добавление в среду с простыми источни-
56
камн углерода динитрофенола и малоната, тормозящих их окисление, также активирует синтез фермента. Эти данные коррелируют с фактом реверсии малоновой кислотой катаболитной репрессии глюкозой и сукцинатом синтеза целлюлазы у Trichoderma lignorum на среде с целлюлозой. Аналогичные данные были получены по стимуляции синтеза пектиназ путем лимитации роста Sclerotinia sclerotiorum различными факторами среды.
Хотя роль катаболитной репрессии и скорости роста в регуляции синтеза целлюлаз и пектиназ и других гидролаз у ряда микроскопических грибов очевидна, вопрос о природе индуктора и механизма индукции до конца не ясен. Большой интерес представляет, например, возможная «самоиндукция» целлюлазы ди-, три- и полисахаридами с (3-1—>-3 и |3-1—>-6-связями, вклю-
чая софорозу, которые образуются вследствие трансгликозилаз-ной активности грибов. В этой связи небезынтересны данные о метаболической индукции (3-галактозидаз у кишечной палочки путем образования из лактозы истинного индуктора аллолактозы трансгликозилированием.
По мнению Reese et al. (1971), имеется реальная возможность активного синтеза целлюлазы с высоким выходом при культивировании грибов на среде, содержащей целлобиозу. При добавлении некоторых поверхностно-активных веществ в культуры, растущие на среде с целлобиозой, образование целлюлазы увеличивается стократно. В фазе образования фермента в присутствии олеата продуцирующая способность мицелия возрастает. Олеат замедляет потребление целлобиозы, действуя, как полагают, на клеточную мембрану, и способствует выходу целлюлазы в среду. Однако главный эффект олеата, очевидно, связан с превращением целлобиозы в более активный индуктор.
