Микробный синтез на основе целлюлозы: белок и другие ценные продукты - Лобанок А.Г.
ISBN 5-343-00283-8
Скачать (прямая ссылка):
Farkas et al. (1986) на модели мутанта Trichoderma reesei CC 11 показали, что, поддерживая концентрацию лактозы в среде на определенном уровне, можно обеспечить продолжительную непрерывную секрецию целлюлазы в среду без заметного роста биомассы. Оценивая результаты опытов с лактозой, следует иметь в виду, что в условиях паровой стерилизации лактоза разрушается, причем степень разрушения возрастает при щелочных значениях pH среды, при больших исходных концентрациях лактозы, выдерживании среды перед стерилизацией, а также в присутствии карбонатных и фосфатных анионов. Первичным продуктом разрушения лактозы является лактулоза, которая, как и другие производные лактозы, не метаболизируется.
По данным Yamane (1970), высокополимерные целлюлозные субстраты индуцируют образование целлюлазы у аэробной мезо-фильной бактерии Pseudomonas fluorescens var. cellulosae, и более 90% фермента выделяется в культуральную жидкость. Софороза обладает сходным индуцирующим эффектом. На простых сахарах Pseudomonas fluorescens синтезирует конститутивно незначительное количество внутри- и внеклеточной целлюлазы. Лимитация легкоусвояемых источников углерода замедляет рост и значительно усиливает образование целлюлазы, главным образом внеклеточной. Гентиобиоза оказывает очень незначительный индуцирующий эффект на образование внеклеточной целлюлазы. Лимитация галактозы не активирует синтез целлю-
59
лазы, а самым плохим индуктором, как отмечалось, является лактоза. Манноза — плохой источник углерода, но хорошо стимулирует синтез внеклеточной целлюлазы.
Целлобноза индуцирует синтез целлюлолитическоп системы у Thermomonospora sp., однако удельная активность образования целлюлаз выше на среде с целлюлозой (Moreira et al., 1981). У актпномицетов Alicromonospora chalcae и Pseudonocardia ther-mophila (3-1,4-глюкозидазы связаны преимущественно с клеткой, а карбоксиметилцеллюлазы равномерно распределены между клеточной фракцией и средой. Глюкоза репрессирует синтез, а карбоксиметилцеллюлоза и целлобиоза действуют как индукторы (Malfait et al., 1984).
У гриба Sporotrichum thermophila (Canevascini et al., 1979) синтез карбоксиметилцеллюлазы индуцируется целлюлозой, глю-команнаном, целлобиозой, а также в меньшей степени ламина-рабиозой и целлобионовой кислотой. Предполагается, что естественным индуктором синтеза целлюлазы является целлобиоза. В отличие от других организмов синтез целлюлазы на среде с целлобиозой отмечается в фазе активного роста гриба, репрессия глюкозой осуществляется на уровне трансляции.
Термофильный гриб Talaromyces emersonii при культивировании на среде с целлюлозой продуцирует множественные формы экзо- и эндоглюканаз п |3-глюкозидазы. Индуцированный синтез репрессируется лактозой, целлобиозой и глюкозой, а со-фороза не влияет на образование ферментов. Вероятно, внутриклеточная |3-глюкозидаза, обладая трансферазной активностью, удаляет репрессор и образует индуктор биосинтеза (Coughlan et al., 1984).
По данным Kawamori et al. (1986), синтез целлюлаз у мутантов Trichoderma reesei индуцирует L-сорбоза — ингибитор синтеза |3-1,3-глюкана. Индуцирующая активность сравнима с таковой у софорозы. Добавление 1—5% сорбозы к культуре Trichoderma reesei на среде с 1 % глюкозы стимулирует образование целлюлолитических ферментов. Эффект L-сорбозы связан с регуляцией потребления глюкозы. При добавлении в среду другого источника углерода скорость поглощения L-сорбозы и глюкозы падает (Sakoo et al., 1986).
У всех штаммов Trichoderma reesei синтез целлюлаз индуцируется целлюлозой, лактозой или софорозой и репрессируется глюкозой и целлобиозой. Истинный индуктор синтеза целлюлаз не найден. По мнению Mandels (1984), такой индуктор образуется из целлюлозы в результате первичной атаки на субстрат целлюлазы, синтезирующейся конститутивно в следовых количествах. В качестве потенциальных индукторов рассматриваются целлобиоза и софороза (2-0-р-?>-глюкопиронозил~?>-глюкоза). В основе последнего соображения лежит также факт, что софороза обнаруживается в ферментативных (Trichoderma reesei) гидролизатах целлюлозы. В отличие от целлобиозы софороза ин-
60
дуцирует синтез ферментов у отмытого мицелия Trichoderma reesei, она поглощается мицелием и метаболизируется. Софороза гидролизуется с образованием продуктов, которые вызывают катаболитную репрессию. Ее индуцирующий эффект проявляется при низких концентрациях, поэтому его трудно разграничить с катаболитной репрессией. Уровень софорозы для индукции синтеза Trichoderma reesei ниже, чем оптимум для поглощения этого дисахарида и роста гриба (Mandels, 1984).
Целлобиаза у Trichoderma reesei преимущественно внутриклеточная. Внутри- и внеклеточные целлобиазы Trichoderma reesei не идентичны. Видимо, р-глюкозидаза выполняет определенную роль в поглощении софорозы клетками Trichoderma reesei. Софороза гидролизуется р-глюкозидазой, связанной с мицелием. Репрессия синтеза р-глюкозидазы софорозой способствует индуцирующему действию софорозы на синтез целлюлазы. В больших концентрациях софороза репрессирует и синтез целлюлаз. Софороза индуцирует синтез целлюлазы не у всех грибов. Это может быть обусловлено неспособностью софорозы проникнуть в клетку, превратиться в истинный индуктор и, наконец, слишком быстрым ее метаболизмом. Синтез целлюлаз Trichoderma reesei меньше, если используется среда с лактозой. Применение лактозы как растворимого источника углерода имеет свои преимущества как для изучения физиологии организма, так и для регуляции синтеза целлюлаз. Среда с лактозой наиболее пригодна для осуществления непрерывного культивирования.
