Синтез L-аскорбиновой кислоты

В настоящее время для крупномасштабного про­изводства L-аскорбиновой кислоты (витамина С) используют весьма трудоемкий процесс, включа­ющий одну микробиологическую стадию и не­сколько химических; исходным субстратом для него является D-глюкоза (рис.4). На послед­нем этапе этого процесса 2-кето-L-гулоновая ки­слота (2-KLG) превращается в кислых условиях в L-аскорбиновую кислоту. Биохимические ис­следования метаболизма различных микроорга­низмов показали, что 2-KLG можно получить другим путем. Так, одни бактерии (Acetobacter, Gluconobacter и Erwinia)могут превращать глю­козу в 2,5-дикето-О-глюконовую кислоту (2,5-DKG), а другие (Corynebacterium, Brevibacteriumи Arthrobacter), синтезирующие фермент 2,5-DKG-редуктазу, - преобразовывать 2,5-DKG в 2-KLG.

Использующийся в настоящее время комбинированный способ получения аскорбиновой кислоты можно было бы существенно усовершенствовать, заменив большинство химических стадий на одну микробиологическую. Эта стадия включала бы в себя совмест­ное культивирование указанных микроорганиз­мов для превращения глюкозы в 2-KLG. К сожалению, такое культивирование имеет свои трудности, поскольку эти микроор­ганизмы могут иметь разные оптимумы темпе­ратуры и рН, могут различаться также состав среды и скорость роста. Иными словами, усло­вия культивирования, оптимальные для одного организма, могут быть неприемлемы для другого, что приведет к спонтанному «вымыванию» из среды одного из них.

 

В принципе можно культивировать каждый из микроорганизмов в отдельных последователь­но расположенных ферментерах, однако такой процесс трудно будет сделать непрерывным, если для роста микроорга­низмов необходимы существенно разные среды. Поэтому наилучшим выходом из этой ситуации было бы создание одного микроорганизма, синтезирую­щего все ферменты, необходимые для превраще­ния глюкозы в 2-KLG. Erwinia herbicolaосущест­вляет превращение D-глюкозы в 2,5-DKG в несколько стадий, катализируемых разными ферментами, в то время как Cotynebacterium sp. для превращения 2,5-DKG в 2-KLG необходима только одна стадия. Следовательно, наиболее простой способ создания одного микроорганиз­ма, способного превращать D-глюкозу в 2-KLG, состоит в выделении гена 2,5-ОКС-редуктазы Corynebacterium sp. и введении его в Erwinia her­bicola

После получения такие трансформированные клетки Erwiniaактив­но превращали D-глюкозу непосредственно в 2-KLG, при этом собственные ферменты Erwinia,локализованные во внутренней мембране бакте­риальной клетки, преобразовывали глюкозу в 2,5-DKG, а 2,5-DKG-редуктаза, локализован­ная в цитоплазме, катализировала превращение 2,5-DKG в 2-KLG (рис.6). Таким образом, с помощью генетических манипуляций метаболи­ческие реакции, протекающие в столь разных микроорганизмах, удалось осуществить в одном из них. Этот гибрид приобрел способность син­тезировать конечный продукт комбинирован­ного метаболического пути. Такой организм можно использовать как фабрику для производ­ства 2-KLG, заменяющую первые три стадии в том процессе получения L-аскорбиновой кислоты, который используют в настоящее время.

Антибиотики

Со времени открытия пенициллина в конце 1920-х годов из различных микроорганизмов были выделены тысячи антибиотиков, обла­дающих разной специфичностью и разным ме­ханизмом действия. Их широкое применение для лечения инфекционных заболеваний помог­ло сохранить миллионы жизней. Подавляющее большинство основных антибиотиков было вы­делено из грамположительной почвенной бакте­рии Streptomyces,хотя их продуцируют также грибы и другие грамположительные и грамотрицательные бактерии.

В настоящее время в рамках обширных исследовательских программ по скринингу природных микробных сообществ каждый год ученые обнаружи­вают от 100 до 200 новых антибиотиков, многие из которых имеют уникальные структуры и характеристики. Однако получение и кли­нические испытания новых препаратов обходят­ся очень дорого и занимают много времени. Поэтому в продажу поступают не более 1-2% всех об­наруживаемых этим путем антибиотиков. Большой эффект здесь может дать технология рекомбинантных ДНК. Во-первых, с ее помощью можно созда­вать новые антибиотики с уникальной структу­рой, оказывающие более мощное воздействие на определенные микроорганизмы и обладаю­щие минимальными побочными эффектами. Во-вторых, генноинженерные подходы могут использоваться для увеличения выхода уже известных анти­биотиков и соответственно для снижения стои­мости их производства.

Однако на пути использования генно-инженерных технологий имеется целый ряд препятствий. Это связано с тем, что синтез молекул антибиотиков является сложным многостадийным процессом, включающим в себя различные типы химических реакций и требующим большого числа ферментов различных классов. Общее число генов, задействованных для их синтеза, может достигать до 1-2 и более % от общего числа генов, и они могут иметь различную локализацию в хромосомах. Все это существенно затрудняет анализ путей биосинтеза антибиотиков и идентификацию отдельных мутаций, способных увеличить выход продукта. Поэтому, пока, большинство известных в настоящее время высокопродуктивных штаммов продуцентов антибиотиков получено традиционными методами мутагенеза и селекции.

 








Дата добавления: 2016-01-30; просмотров: 979;


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам перенёс пользу информационный материал, или помог в учебе – поделитесь этим сайтом с друзьями и знакомыми.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2024 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.005 сек.