Produkcja lizyny: różne metody produkcji lizyny

Produkcja lizyny: różne metody produkcji lizyny!

Lizyna jest aminokwasem niezbędnym do żywienia zwierząt i ludzi. Występuje w białkach roślinnych tylko w niskich stężeniach; dodatek lizyny może zatem zwiększyć jakość pokarmów roślinnych.

Lizyna wytwarzana jest dzisiaj tylko w procesach mikrobiologicznych i opracowano różne podejścia do jej produkcji.

Wytwarzanie lizyny za pomocą kwasu diaminopimelinowego:

Podwójne mutanty auksotroficzne lizyno-histydynowe o Escherichia coli (ATCC 13002) wytwarzają kwas diaminopimelinowy (DAP) w pożywce melasowej z wydajnością 19-24 g / l. Cały roztwór fermentacyjny, w tym materiał komórkowy, jest następnie inkubowany z Aerobacter aerogenes (ATCC 12409) w temperaturze 35 ° C. Po 20 godzinach DAP został ilościowo zdekarboksylowany do L-lizyny, LL-DAP musi zostać przekształcony w mezo przez racemizację przed etapem dekarboksylacji.

Konwersja DL-α-amino kaprolaktamu:

Enzymat DL-amino kaprolaktamu do L-lizyny zachodzi zgodnie ze schematem, jak wspomniano.

Do 10% roztworu DL-amino kaprolaktamu (pH 8, 0) dodaje się do 0, 1% (w / v) wysuszonych acetonem komórek Cryptococcus laurentii i Achromobacter obae. Sprawność konwersji 99, 8% uzyskuje się w 40 ° C po 24 godzinach.

Fermentacja bezpośrednia:

Szczepy produkcyjne:

Skuteczni producenci lizyny znajdują się wśród mutantów wytwarzających glutaminowy kwas Corynebacterium i Brevibacterium, którymi są auksotrofy homoseryny lub podwójne auksotrofiny metionino-treoninowe. Wysokie szczepy wytwarzające lizynę znajdują się również wśród organizmów odpornych na litynowy antymetabolit S- (P-aminoetylo) - L-cysteiny (AEC). Najważniejszymi szczepami wydzielającymi lizynę są C. glutamicum, B.flavutn, B. lactofermentum itp.

Fuzja protoplastów pomiędzy wysokowydajnymi szczepami i dzikimi szczepami mutantów B. lactofermentum, Corynebacterium i Brevibacterium doprowadziła do szczepów o ulepszonych właściwościach wzrostu lub wyższej wydajności.

Badania klonowania za pomocą E. coli, wykorzystujące plazmid pBR322 jako wektor, wykazały, że tylko w transformowanych szczepach, które zawierają gen dap A, występuje znaczny wzrost produkcji lizyny (6, 5 g / l). Enzym przez dap A, syntaza dihydrodipikolinianowa (DDPS) jest zatem wskazany jako etap ograniczający szybkość w biosyntezie lizyny. Przeprowadzono również badania nad transformacją C.glutamicum plazmidem pAC2 jako wektorem genu kodującego DDPS.

Biosynteza i Regidacja:

Lizyna jest syntetyzowana w mikroorganizmach za pośrednictwem szlaku kwasu diaminopimelinowego lub szlaku kwasu aminoadypinowego. Jednak w każdym pojedynczym organizmie stosuje się tylko jedną z dwóch alternatyw: bakterie, promieniowce, cyjanobakterie, niektóre grzybice, wszystkie workowce i podstawczaki wykorzystują ścieżkę aminoadypową.

Chociaż dwa organizmy mogą korzystać z tej samej ścieżki, sposób, w jaki ta droga jest regulowana, może się różnić.

W Escherichia coli zaangażowane są trzy odrębne procesy regulacyjne:

ja. Istnieją dwa izoenzymy dehydrogenazy homoserynowej, które są represjonowane przez L-metioninę lub L-treoninę.

ii. Istnieją trzy izoenzymy aspartiokinazy, jedna wykazuje represję przez L-metioninę, druga wykazuje wielowartościową represję przez L-treoninę i L-izoleucynę oprócz hamowania zwrotnego przez L-treoninę, a trzecia wykazuje hamowanie zwrotne i represję przez L-lizynę.

iii. Syntaza dihydropikolinianowa, pierwszy specyficzny enzym biosyntezy lizyny, wykazuje hamowanie zwrotne dzięki L-lizynie.

W przypadku wszystkich trzech reakcji enzymatycznych należy wyeliminować mechanizmy regulacyjne, aby uzyskać nadprodukcję L-lizyny niezbędną do jej komercyjnego przygotowania.

W przeciwieństwie do E. coli, mechanizm regulacyjny dla szczepów wytwarzających lizynę, takich jak Corynebacterium glutamicum lub Brevibacterium flavum jest znacznie prostszy. Jest tylko jedna aspartokinaza i jedna dehydrogenaza homoserynowa. Aspartokinaza jest regulowana poprzez multiwalentne hamowanie zwrotne z L-teroniny i L-lizyny.

Warunki produkcji komercyjnej:

Melasa z trzciny cukrowej jest przede wszystkim wykorzystywana jako źródło węgla w produkcji przemysłowej; można również stosować octan, etanol lub alkan. Jako źródła azotu stosuje się gazowy amoniak lub sole amonowe, mocznik stosuje się również, jeśli wytwarzający mikroorganizm ma aktywność ureazy. Czynnik wzrostu L-homoserynę lub L-treoninę i L-metoninę należy dodać, ale w suboptymalnym stężeniu, aby uniknąć niepożądanych efektów regulacyjnych. Hydrolizaty białek sojowych lub inne niedrogie źródła białka są często stosowane. Zawartość biotyny w podłożu musi przekraczać 30 pg / l dla optymalnej produkcji lizyny. Zawartość biotyny w melasach z trzciny cukrowej jest zwykle wystarczająco wysoka, ale jeśli stosuje się melasy buraczane lub hydrolizaty skrobi, należy dodać biotynę.

Typowa fermentacja na bazie melasy trzcinowej z C. glutamicum (szczep nr 901) przebiega następująco:

1. Pierwsza kultura nasienna:

Glukoza 20 g; pepton 10 g; ekstrakt mięsny 5 g; NaCl 2, 5 g; woda z kranu 1 litr.

2. Druga kultura siewna:

Melasa z trzciny cukrowej 50 g; (NH ₄ ) 2SO ₄ 20 g; miazga kukurydziana o wadze 50 g; CaCO ₃ 10 g; woda z kranu 1 litr.

3. Kultura główna:

Melasy z trzciny cukrowej 200 g; hydrolizat białka sojowego 18 g; dotknij warer 1 litr. PH utrzymuje się na poziomie obojętnym za pomocą aq. NH ₃ . Czas fermentacji, 60 godzin. Prędkość wirnika 150 obr / min; napowietrzanie 0, 6 vvm; temperatura 28 ° C