CORYNEBACTERIUM GLUTAMICUM: EIGENSCHAFTEN, MORPHOLOGIE, KULTUR - BIOLOGIE - 2025

Corynebacterium glutamicum ist ein grampositives, fakultatives anaerobes, stäbchenförmiges Bakterium, das im Boden vorhanden ist. Es ist weder sporenbildend noch pathogen. Zusammen mit dem Rest der Corynebacteriaceae und den Bakterien der Familien Mycobacteriaceae und Nocardiaceae gehört es zur Gruppe, die als CMN-Gruppe bekannt ist. Diese Gruppe umfasst viele Bakterien von medizinischer und veterinärmedizinischer Bedeutung.

Das Bakterium C. glutamicum wird in der Industrie häufig zur Herstellung von Aminosäuren verwendet. Die Verwendung dieses Bakteriums für die industrielle Produktion reicht mehr als 40 Jahre zurück.

Corynebacterium glutamicum. Foto von AJC1 Flickr. Entnommen und bearbeitet von https://www.acercaciencia.com/2013/05/16/germenes-con-caracteristicas-humanas/corynebacterium-glutamicum-by-ajc1-flickr/

Die Menge an Aminosäuren, die von diesen Bakterien produziert werden, einschließlich Mononatriumglutamat und L-Lysin, übersteigt derzeit 100 Tonnen pro Jahr.

Allgemeine Charakteristiken

Diese Bakterien bauen während des Fermentationsprozesses Kohlenhydrate ab. Die Aminosäureproduktion wird durch die gegebene Kohlenstoffquelle und durch bestimmte Ergänzungsbedingungen wie die Biotinbegrenzung beeinflusst.

Um die Inokula zu erhalten, wurden Kulturmedien von Tryptonkomplexen (YT), Hefeextrakt und modifizierte Minimalmedien von CGXII verwendet.

Für die Kultivierung werden Temperaturen von 30 ° C und ein pH von 7,4 - 7,5 empfohlen. Die Kohlenstoffquellen sowie die Substanzen, die zur Anreicherung der Kultur verwendet werden sollen, hängen von den zu erzielenden Ergebnissen ab.

Beispielsweise wurde festgestellt, dass Glucose, Ammoniumsulfat, Magnesiumsulfat und Dikaliumphosphat einen signifikanten Einfluss auf die Succinatproduktion haben.

Um eine hohe Konzentration an L-Lysin zu erhalten, muss das Kulturmedium Glucose, Ammoniumsulfat, Calciumcarbonat, Bactocasaminosäure, Thiaminhydrochlorid, D-Biotin, Kaliumdihydrogenphosphat, Magnesiumsulfatheptahydrat, Eisensulfatheptahydrat enthalten und Manganchloridtetrahydrat.

Corynebacterium glutamicum, Foto von Carlos Barreiro. Entnommen und bearbeitet von http://www.dicyt.com/viewItem.php?itemId=14535

Pathogenese

Obwohl die meisten Bakterien der Familie der Corynebacteriaceae pathogen sind, sind einige von ihnen, einschließlich C. glutamicum, harmlos. Letztere, bekannt als Nicht-Diphtherie-Corynebakterien (CND), sind Kommensale oder Saprophyten, die in Menschen, Tieren und im Boden vorhanden sein können.

Einige CNDs wie C. glutamicum und C. feeiciens werden zur Herstellung essentieller Aminosäuren und Vitamine verwendet.

Verwendung in der Biotechnologie

Das Genom von C. glutamicum ist relativ stabil, wächst schnell und sezerniert keine extrazelluläre Protease. Darüber hinaus ist es nicht pathogen, bildet keine Sporen und hat relativ geringe Wachstumsanforderungen.

Diese Eigenschaften und die Tatsache, dass es Enzyme und andere nützliche Verbindungen produziert, haben es ermöglicht, dieses Bakterium in der Biotechnologie als „Arbeitspferd“ zu bezeichnen.

Produktion von Aminosäuren

Das erste gefundene Produkt, von dem bekannt war, dass es von C. glutamicum biosynthetisiert wird, war Glutamat. Glutamat ist eine nicht essentielle Aminosäure, die in etwa 90% der Synapsen im Gehirn vorhanden ist.

Es ist an der Übertragung von Informationen zwischen den Neuronen des Zentralnervensystems sowie an der Bildung und Wiederherstellung des Gedächtnisses beteiligt.

Lysin, eine essentielle Aminosäure für den Menschen und Teil der von Lebewesen synthetisierten Proteine, wird ebenfalls von C. glutamicum produziert.

Andere von diesen Bakterien erhaltene Aminosäuren umfassen Threonin, Isoleucin und Serin. Threonin wird hauptsächlich verwendet, um das Auftreten von Herpes zu verhindern.

Serin hilft bei der Produktion von Antikörpern und Immunglobulin. Isoleucin seinerseits ist an der Proteinsynthese und der Energieerzeugung während körperlicher Betätigung beteiligt.

Andere Produkte und Anwendungen

Pantothenat

Es ist die aktivste Form von Vitamin B5 (Pantothensäure), da Calciumpantothenat als Nahrungsergänzungsmittel verwendet wird. Vitamin B5 ist wichtig für die Synthese von Kohlenhydraten, Lipiden und Proteinen.

Organische Säuren

C. glutamicum produziert unter anderem Laktat und Succinat. Laktat hat mehrere Anwendungen, wie Weichspüler, Regler für den Säuregehalt von Lebensmitteln, Ledergerbung und Abführmittel.

Succinat wird seinerseits zur Herstellung von Lacken, Farbstoffen, Parfums, Lebensmittelzusatzstoffen, Arzneimitteln und zur Herstellung von biologisch abbaubaren Kunststoffen verwendet.

Alkohole

Da es Zucker fermentiert, kann es Alkohole wie Ethanol und Isobutanol produzieren. Aus diesem Grund gibt es Versuche zur Synthese von Ethanol in C. glutamicum-Pflanzen aus Zuckerrohrabfällen. Ziel dieser Versuche ist es, die industrielle Produktion von Biokraftstoffen zu erreichen.

Xylitol, ein Polyol oder Zuckeralkohol, wird als Süßungsmittel für Diabetiker verwendet, da es den Blutzuckerspiegel nicht erhöht.

Bioremediation

C. glutamicum enthält zwei Operons in seinem Genom, ars1 und ars2, die gegen Arsen resistent sind. Derzeit laufen Studien mit dem Ziel, dieses Bakterium schließlich zur Absorption von Arsen aus der Umwelt zu verwenden.

Biologisch abbaubare Kunststoffe

Neben Succinat, einer von Bakterien auf natürliche Weise produzierten organischen Säure, die zur Herstellung biologisch abbaubarer Kunststoffe geeignet ist, gibt es eine weitere mögliche Verbindung, die für diese Zwecke verwendet werden kann.

Diese Verbindung ist ein Polyester, der als Poly (3-hydroxybutyrat) (P (3HB)) bezeichnet wird. P (3HB) wird von C. glutamicum nicht auf natürliche Weise produziert. Gentechniker haben jedoch Studien durchgeführt, um in den Bakterien durch genetische Manipulation einen Biosyntheseweg zu schaffen, der die Herstellung ermöglicht.

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