Микробный синтез на основе целлюлозы: белок и другие ценные продукты - Лобанок А.Г.
ISBN 5-343-00283-8
Скачать (прямая ссылка):
Синтез и выделение целлюлаз стимулируются рядом факторов. По наблюдениям Zamost и McClary (1983), регуляторы роста растений индол-3-уксусная и гибберелиновая кислоты в малых количествах стимулируют образование целлюлазы у штаммов Trichoderma reesei, а в больших подавляют прорастание спор и синтез целлюлаз. Интересно, что стимуляция синтеза целлюлазы стимуляторами роста растений происходит и в условиях катабо-литной репрессии синтеза. Индолил-З-уксусная и гибберелиновая кислоты не влияют на накопление биомассы Trichoderma reesei, но в два раза увеличивают выход целлюлаз. Zamost и McClary
(1983) полагают, что в присутствии регулятора роста растений повышается проницаемость клеточных стенок гриба, вследствие чего усиливается выделение ферментов в среду. Следовательно, регуляторы роста растений могут быть использованы в условиях промышленной ферментации.
Холин стимулирует синтез внеклеточных белков у Trichoderma reesei. Твин 80, который тоже стимулирует секрецию белков у Trichoderma reesei, предотвращает стимуляцию секреции цел-люлолитических ферментов холином. Возможно, холин стимулирует синтез экзопротеинов, увеличивая содержание эндоплазма-тического ретикулума (Schreiber et al., 1986).
5 Зак 966
65
Перспективным подходом к изучению регуляции образования целлюлаз является получение мутантов целлюлолитических микроорганизмов. Peiris et al. (1982) установили, что мутация, вызвавшая повышение целлюлолитической активности у штамма Cellulomonas, сопровождается возрастанием активности образования ксиланазы. В опытах по индукции выявлено различие целлюлолитической и ксиланазной активности, хотя перекрестная активность двух систем не исключается. Предполагается, что мутация происходит в одном гене, контролирующем образование обоих ферментов.
Mishra et al. (1982) получили конститутивный мутант Trichoderma reesei С-5, который продуцирует целлюлазу на среде с глюкозой или сахарозой с активностью, как у исходного штамма Trichoderma reesei QM 9414. Профиль образования ферментов у мутанта С-5, по мнению авторов, указывает на то, что все три целлюлозных компонента контролируются одним главным регуляторным геном. Это предположение подтверждается конститутивным синтезом трех целлюлазных ферментов в результате одной мутации. Получены мутанты Trichoderma reesei—сверхпродуценты целлюлаз, у которых отсутствует катаболитная репрессия. На пилотной установке на среде с лактозой концентрация внеклеточного белка достигала 40 г/л. Durand et al. (1985) предполагают наличие у этого штамма отдельных, но тесно связанных регуляторных генов целлюлазы, р-глюкозидазы и ксиланазы с высокой частотой двойных мутаций.
Из сверхсинтезирующего штамма Trichoderma reesei получены мутанты, плохо секретирующие целлюлазы при 37 °С. Видимо, эта мутация нарушает регуляцию экспрессии целлюлазы или нарушение происходит в гене, регулирующем секрецию только целлюлазы (Suh Duck et al., 1986). У цел_-мутантов Trichoderma viride маинаназная и ксиланазная активность также отсутствует. Это указывает на то, что в мутацию вовлечен общий регуляторный механизм образования этих ферментов (Nevalainen, Palva, 1978).
Создание новых микроорганизмов—продуцентов целлюлаз методами генетической инженерии развивается в трех направлениях. Это перенос целлюлазных генов анаэробных термофильных бактерий или грибов в легко культивируемые аэробные бактерии типа кишечной палочки, увеличение числа целлюлазных генов и получение конститутивных мутантов — продуцентов целлюлаз и, наконец, создание с помощью техники рекДНК, штаммов дрожжей или бактерий, способных продуцировать целлюлазы и сбраживать продукты гидролиза целлюлозы до этанола. На основе использования генов бактериальных целлюлаз в эксперименте удается их экспрессия у бактерий и даже дрожжей. Однако образующиеся ферментные белки в отличие от донорских микроорганизмов связаны с клеткой. Из этого обстоятельства вытекает целесообразность проведения работ по повышению эффективно-
66
сти экспрессии генов целлюлаз в клетках организма-реципиента. Хотя донорские и реципиентные организмы окончательно не подобраны и пока нет явных достижений практического характера, генетическая инженерия целлюлаз очень перспективна.
Пектолитические ферменты продуцируются очень многими бактериями, главным образом родов Pseudomonas, Xanthomonas, Erwinia, Bacillus, Clostridium. Фитопатогенные и сапрофитные бактерии выделяют один или несколько пектолитических ферментов. Синтез пектолитических ферментов может быть как индуцированным, так и конститутивным.
Грибы являются наиболее мощными продуцентами комплексов пектолитических ферментов. Их состав варьирует в зависимости от свойств организма-продуцента и условий образования ферментов. Секреция пектолитических ферментов происходит уже на ранних стадиях роста грибов. В процессе роста возможна последовательная индукция ферментов этого комплекса (Rom-bouts, Pilnik, 1980). Выраженной пектолитической активностью обладают многие дрожжи; Kluyveromyces jragilis (Saccharomy-ces fragilis), Candida pseudotropicalis и др. Продуцируется в основном эндополигалактуроназа.
