Primärer und sekundärer Stoffwechsel von Bakterien. Mikrobiologie

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Als Zielprodukte der Fermentation sind eine Reihe von Zellmetaboliten von Interesse. Sie sind in primäre und sekundäre unterteilt.

Primäre Metaboliten– Dabei handelt es sich um niedermolekulare Verbindungen (Molekulargewicht unter 1500 Dalton), die für das Wachstum von Mikroorganismen notwendig sind. Einige von ihnen sind Bausteine Makromoleküle, andere sind an der Synthese von Coenzymen beteiligt. Zu den wichtigsten Stoffwechselprodukten für die Industrie zählen Aminosäuren, organische Säuren, Nukleotide, Vitamine usw.

Biosynthese Primärmetaboliten durchgeführt durch verschiedene biologische Wirkstoffe – Mikroorganismen, pflanzliche und tierische Zellen. Dabei kommen nicht nur natürliche Organismen zum Einsatz, sondern auch speziell gewonnene Mutanten. Um hohe Konzentrationen des Produkts in der Fermentationsphase sicherzustellen, ist es notwendig, Produzenten zu schaffen, die den genetisch charakteristischen Regulierungsmechanismen ihrer natürlichen Spezies widerstehen. Beispielsweise gilt es, die Anreicherung eines Endprodukts zu verhindern, das ein wichtiges Enzym für die Produktion der Zielsubstanz unterdrückt oder hemmt.

Produktion von Aminosäuren.

Bei Fermentationsprozessen, die von Auxotrophen (Mikroorganismen, die zur Fortpflanzung Wachstumsfaktoren benötigen) durchgeführt werden, werden viele Aminosäuren und Nukleotide produziert. Häufige Selektionsobjekte für Aminosäureproduzenten sind zu den Gattungen gehörende Mikroorganismen Brevibacterium, Corynebacterium, Micrococcus, Arthrobacter.

Von den 20 Aminosäuren, aus denen Proteine bestehen, können acht im menschlichen Körper nicht synthetisiert werden (essentiell). Diese Aminosäuren müssen dem menschlichen Körper über die Nahrung zugeführt werden. Unter ihnen sind Methionin und Lysin von besonderer Bedeutung. Methionin wird durch chemische Synthese hergestellt und mehr als 80 % von Lysin werden durch Biosynthese hergestellt. Die mikrobiologische Synthese von Aminosäuren ist vielversprechend, da dabei biologisch aktive Isomere (L-Aminosäuren) entstehen und bei der chemischen Synthese beide Isomere in gleichen Mengen anfallen. Da sie schwer abzutrennen sind, ist die Hälfte der Produkte biologisch unbrauchbar.

Aminosäuren werden als Lebensmittelzusatzstoffe, Gewürze, Geschmacksverstärker und auch als Rohstoffe in der Chemie-, Parfüm- und Pharmaindustrie eingesetzt.

Die Entwicklung eines technologischen Schemas zur Gewinnung einer einzelnen Aminosäure basiert auf der Kenntnis der Wege und Mechanismen der Regulation der Biosynthese einer bestimmten Aminosäure. Das notwendige Stoffwechselungleichgewicht, das für eine Übersynthese des Zielprodukts sorgt, wird durch streng kontrollierte Veränderungen der Zusammensetzung und der Umweltbedingungen erreicht. Für die Kultivierung von Mikroorganismenstämmen bei der Produktion von Aminosäuren sind Kohlenhydrate die am besten zugänglichen Kohlenstoffquellen – Glucose, Saccharose, Fructose, Maltose. Um die Kosten des Nährmediums zu senken, werden Sekundärrohstoffe eingesetzt: Rübenmelasse, Molke, Stärkehydrolysate. Die Technologie dieses Prozesses wird in Richtung der Entwicklung kostengünstiger synthetischer Nährmedien auf Basis von Essigsäure, Methanol, Ethanol, N-Paraffine.

Herstellung organischer Säuren.

Derzeit werden eine Reihe organischer Säuren mit biotechnologischen Methoden im industriellen Maßstab synthetisiert. Davon werden Zitronen-, Glucon-, Ketoglucon- und Itaconsäure nur durch mikrobiologische Methoden gewonnen; Milch-, Salicyl- und Essigsäure – sowohl chemische als auch mikrobiologische Methoden; Apfel - auf chemischem und enzymatischem Wege.

Essigsäure ist die wichtigste aller organischen Säuren. Es wird bei der Herstellung vieler Chemikalien verwendet, darunter Gummi, Kunststoffe, Fasern, Insektizide und Arzneimittel. Die mikrobiologische Methode zur Herstellung von Essigsäure besteht in der Oxidation von Ethanol zu Essigsäure unter Beteiligung von Bakterienstämmen Gluconobacter Und Acetobacter:

Zitronensäure wird häufig in der Lebensmittel-, Pharma- und Kosmetikindustrie sowie zur Reinigung von Metallen verwendet. Der größte Produzent von Zitronensäure sind die USA. Die Herstellung von Zitronensäure ist der älteste industrielle mikrobiologische Prozess (1893). Für seine Herstellung wird eine Pilzkultur verwendet Aspergillus niger, A. wonii. Nährmedien für den Anbau von Zitronensäureproduzenten enthalten günstige Kohlenhydrat-Rohstoffe als Kohlenstoffquelle: Melasse, Stärke, Glukosesirup.

Milchsäure ist die erste organische Säure, die durch Fermentation entsteht. Es wird als Oxidationsmittel in der Lebensmittelindustrie, als Beizmittel in der Textilindustrie und auch bei der Kunststoffherstellung eingesetzt. Mikrobiologisch wird Milchsäure durch die Fermentation von Glukose gewonnen Lactobacillus delbrueckii.

Von allen Produkten, die durch mikrobielle Prozesse hergestellt werden, Höchster Wert haben sekundäre Metaboliten. Wenn die Frage nach der physiologischen Rolle von Sekundärmetaboliten in Produzentenzellen Gegenstand ernsthafter Debatten ist, dann ist ihre industrielle Produktion zweifellos von Interesse, da es sich bei diesen Metaboliten um biologisch aktive Substanzen handelt: Einige von ihnen haben antimikrobielle Aktivität, andere sind spezifische Enzyminhibitoren , und andere sind Wachstumsfaktoren. , viele haben pharmakologische Aktivität. Zu den Sekundärmetaboliten zählen Antibiotika, Alkaloide und Toxine. Die Pharmaindustrie hat hochentwickelte Methoden zum Screening (Massentest) von Mikroorganismen auf ihre Fähigkeit entwickelt, wertvolle Sekundärmetaboliten zu produzieren.

Die Begriffe „Sekundärmetabolite“ und „Sekundärstoffwechsel“ gelangten Ende des 19. Jahrhunderts in den Wortschatz der Biologen leichte Hand Professor Kossel. 1891 hielt er in Berlin auf einer Tagung der Physiologischen Gesellschaft einen Vortrag mit dem Titel „Über chemische Zusammensetzung Zellen"; Der Ursprung des Namens „Sekundärmetaboliten“ bedeutet geringfügig, „zufällig“.

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Einführung

Von allen durch mikrobielle Prozesse gewonnenen Produkten sind Sekundärmetaboliten die wichtigsten. Wenn die Frage nach der physiologischen Rolle von Sekundärmetaboliten in Produzentenzellen Gegenstand ernsthafter Debatten ist, dann ist ihre industrielle Produktion zweifellos von Interesse, da es sich bei diesen Metaboliten um biologisch aktive Substanzen handelt: Einige von ihnen haben antimikrobielle Aktivität, andere sind spezifische Enzyminhibitoren , und andere sind Wachstumsfaktoren. , viele haben pharmakologische Aktivität. Zu den Sekundärmetaboliten zählen Antibiotika, Alkaloide und Toxine. Die Pharmaindustrie hat hochentwickelte Methoden zum Screening (Massentest) von Mikroorganismen auf ihre Fähigkeit entwickelt, wertvolle Sekundärmetaboliten zu produzieren.

Der Zweck dieser Arbeit besteht darin, die Synthesemethoden, die chemische Struktur, die Eigenschaften und die Rolle von Sekundärmetaboliten im menschlichen Leben zu untersuchen.

Um dieses Ziel zu erreichen, wurden folgende Aufgaben gelöst:

Untersuchung der Prozesse, die bei der Synthese von Sekundärmetaboliten ablaufen.
Analyse der chemischen Struktur von Sekundärmetaboliten.
Bewertung der Rolle von Sekundärmetaboliten im Leben ihrer Produzenten, Menschen und höheren Tieren.

1.Sekundäre Metaboliten von Mikroorganismen. Allgemeine Informationen.

Sekundäre Metaboliten (Idiolite) sind Stoffe mikrobiellen (oder pflanzlichen) Ursprungs, die für das Wachstum und die Fortpflanzung des sie bildenden Organismus nicht unbedingt erforderlich sind. Jeder Sekundärmetabolit wird von einer relativ begrenzten Anzahl von Arten produziert. Diese Verbindungen werden am Ende exponentieller oder während stationärer Wachstumsphasen synthetisiert und ihre Bildung hängt stark von den Wachstumsbedingungen, insbesondere der Zusammensetzung des Nährmediums, ab.

Viele Sekundärmetabolite haben eine für biologische Materie ungewöhnliche chemische Struktur. Diese Verbindungen gehören zu verschiedenen Klassen organischer Substanzen – Aminocyclitole, Cumarine, Epoxide, Pyrrole, nicht-ribosomale Peptide, Polyene, Terpenoide, Tetracycline, Polyketide, Isoprenoide, Steroide, Gibberelline, Phytoalexine usw. Im Gegensatz zur Synthese des Primärmetaboliten, die gleichzeitig mit dem Wachstum und der Reproduktion der Kultur erfolgt, ist es beim Produzenten von Sekundärmetaboliten üblich, von der Trophophase (wenn die Kultur wächst und sich vermehrt) und der Idiophase (wenn das Wachstum erfolgt) zu sprechen verlangsamt sich oder stoppt und die Synthese des Produkts beginnt). Über die Mechanismen der Umstellung der Stoffwechselwege von primär auf sekundär und über die physiologische Rolle von Sekundärmetaboliten im Leben ihres eigenen Produzenten ist nur sehr wenig verlässlich bekannt. Es sind vier Klassen von Biosynthesereaktionen bekannt, die das Zwischenprodukt (aus dem Lateinischen) „entfernen“. intermedius – Medium - ein Zwischenstoff mit kurzer Lebensdauer, der bei einer chemischen Reaktion entsteht und dann weiter zu Reaktionsprodukten reagiert) über den Sekundärstoffwechselweg:

Umwandlung des Primärmetaboliten in einen spezifischen Vorläufer für den Sekundärstoffwechsel;
Modifikations- oder Aktivierungsreaktionen, die den Vorläufer auf den Weg des Sekundärstoffwechsels führen;
Polymerisation und Kondensation;
späte Modifikationsreaktionen.

Abb. 1. Zusammenhang zwischen Sekundär- und Primärstoffwechsel (SM – Sekundärmetabolit)

Zu den Sekundärmetaboliten zählen Antibiotika, Toxine, Immunsuppressiva und Stimulanzien sowie einige Speicherstoffe (Poly-β-Alkanoate). Es ist nicht bekannt, wie häufig der Sekundärstoffwechsel in der Natur vorkommt. Das eigentliche Konzept des „sekundären Metaboliten“ ist ziemlich vage und wird von vielen Forschern nicht erkannt.

2.Bildung sekundärer Metaboliten

Aus biotechnologischer Sicht sind die Konzepte der Sekundärmetaboliten bzw. Sekundärstoffwechselreaktionen von Bedeutung, die in allen lebenden Organismen ähnlich sind. Zu den sekundären Stoffwechselreaktionen zählen solche, die mit der Bildung von Alkaloiden, Antibiotika, Trisporsäuren, Gibberellinen und einigen anderen für den Hersteller unwichtigen Stoffen einhergehen. Sekundärmetaboliten sind die Produkte von durch Enzyme katalysierten Reaktionen.

Abbildung 2. Schema der Bildung sekundärer Metaboliten.

Prämetaboliten im Schema sind einfache Nährstoffe, die von außen kommen (Ammonium, Metallionen, Kohlendioxid, Sulfate, Phosphate, Nitrate für Heterotrophe – Monosaccharide und einige andere).

Zu den Zwischenprodukten oder Prometaboliten gehören einfache Zucker, Aminosäuren und Nukleinbasen. Die Informationsmoleküle DNA und RNA werden aus anderen Reaktionen isoliert, obwohl Synthese und Abbau (gestrichelte Pfeile) auch durch Enzyme katalysiert werden. Im Gegensatz zu primären Metaboliten wird die Bildung sekundärer Metaboliten nicht direkt durch nukleare oder zytoplasmatische DNA kodiert. Nach dieser Idee synthetisieren alle lebenden Organismen ihre inhärenten Sekundärmetaboliten.

Basierend auf den von V.N. formulierten Bestimmungen. Shaposhnikov (1939) durchläuft jeder Produzent zwei Phasen seiner Entwicklung, genannt Zh.D. Bu'Lokk Trophophase und Idiophase (aus dem Griechischen trophe-Ernährung, idios-eigene, spezifisch). Während der Trophophase findet der konstruktive und energetische Stoffwechsel aktiv statt – in den Zellen überwiegen synthetische Prozesse, die Zahl der Primärmetaboliten – Lipide, Glykone, Glykokonjugate – nimmt zu; die Wachstums- und Reproduktionsrate des Organismus ist hoch und die Produktivität exogener Sekundärmetaboliten gering, und im Gegenteil, in der Idiophase ist die Wachstums- und Reproduktionsrate niedrig und die Produktion exogener und endogener Sekundärmetaboliten gering ist hoch. Die Produktivität der Kultur kann durch die Einführung von Metabolitenvorläufern (hauptsächlich im Zeitraum am Ende der Idiophase) gesteigert werden.

Reis. 3. Das Verhältnis von Zellbiomasse (a), primären Metaboliten (b) und sekundären Metaboliten (c) in Kulturen von Saccharomyces cerevisiae (Bäckerhefe) (1), Penicillium chrysogenum (2), Nicotiana tabacum (3), Keratozyten (Zellen). der verhornten Bindegewebsmembranen des Auges.)(4); M-Masse getrockneter Zellen, M*-Anzahl tierischer Zellen, t-Zeit pro Tag, I-Trophophase (schattierter Teil), II-Idiophase.

Aus Abbildung 3 ist ersichtlich, dass die Dauer der Trophophase bei Hefen kürzer ist als bei Penicillium- und Tabakzellen. Die Akkumulation von Ethanol in S. cerevisiae geht mit einer Zunahme seiner hemmenden Wirkung auf den Produzenten einher, und daher verlaufen die Kurven während der Idiophase nahezu parallel und wiederholen die Natur der Kurve für Primärmetaboliten, deren Biosynthese während der Trophophase begann .

Penicillin, das von P. chrysogenum synthetisiert wird und kein hemmender Produzent ist, reichert sich während der Idiophase deutlich an.

Das Alkaloid Nikotin wird von Tabakzellen langsam synthetisiert und wenn die Kultur in die stationäre Phase übergeht, nimmt ihre Ausbeute merklich ab.

In jedem der oben genannten Beispiele kann man seine eigenen Merkmale der Biosynthese von Sekundärmetaboliten feststellen. In jedem Fall werden sie von Zellen als Naturstoffe bei der Kultivierung in geeigneten Medien und unter der katalytischen Wirkung von Enzymen gebildet.

3. Einzelne Vertreter sekundärer Metaboliten

3.1.Antibiotika

Antibiotika sind Stoffe biologischen Ursprungs, die bereits in geringen Konzentrationen das Wachstum von Mikroorganismen hemmen können. Der Begriff „Sekundärmetabolite“ entspricht dem im weiteren Sinne verwendeten Begriff „Antibiotika“. Die Fähigkeit, Antibiotika zu bilden, ist in der Natur weit verbreitet, allerdings ist sie ungleichmäßig auf verschiedene taxonomische Gruppen von Mikroorganismen verteilt. Die meisten Antibiotika werden aus Actinomyceten (Strahlpilzen) gewonnen (nach verschiedenen Schätzungen 6000 bis 10000).Streptomyceten stehen hinsichtlich der chemischen Vielfalt synthetisierter Substanzen an erster Stelle. Etwa 1.500 Antibiotika wurden aus unvollkommenen Pilzen isoliert, und etwa ein Drittel wird von Vertretern der Gattungen Penicillium und Aspergillus gebildet, aber nur wenige von ihnen haben dies getan praktische Bedeutung. Sie spielen eine wichtige Rolle als Therapeutika, Stimulanzien, Futtermittelzusatzstoffe usw. Mikroorganismen haben als Produzenten von Sekundärmetaboliten eine enorme wirtschaftliche Bedeutung erlangt. Die Entdeckung und Erforschung von Antibiotika sowie die Herstellung neuer halbsynthetischer Antibiotika haben der Medizin unschätzbare Dienste geleistet.

3.2.Bildung von Antibiotika

Bereits im letzten Jahrhundert war bekannt, dass zwischen verschiedenen Mikroorganismen sowohl symbiotische als auch antagonistische Beziehungen bestehen können. Den Anstoß zur Aufklärung der materiellen Grundlagen der Antibiose gab die Beobachtung von Fleming, der (1928) entdeckte, dass eine Kolonie des Pilzes Penicillium notatum das Wachstum von Staphylokokken unterdrückte. Die von diesem Pilz abgesonderte Substanz, die durch Diffusion in den Agar eindrang, wurde Penicillin genannt. Seitdem wurden viele Substanzen mit antibiotischer Wirkung isoliert. Es gibt Substanzen, die das Wachstum von Mikroben hemmen (bakteriostatisch, fungistatisch) und solche, die sie abtöten (bakterizid, fungizid).

3.3.Methoden zur Identifizierung von Antibiotika

Die ersten Antibiotika wurden zufällig aufgrund der Bildung von Wachstumshemmungszonen entdeckt. Auf Nähragarplatten, die dicht mit dem Testorganismus (Indikatorbakterien) beimpft waren, gab es kein Wachstum um Pilz- oder Streptomycetenkolonien: Das aus der Kolonie in den Agar diffundierende Antibiotikum verursachte die Bildung transparenter Bereiche in einem kontinuierlichen Bakterienrasen (Abbildung 4).

Abb. 4. Die Freisetzung von Antibiotika kann durch die Bildung von Hemmzonen für das Wachstum von Indikatorbakterien (Staphylococcus aureus) nachgewiesen werden, die gleichmäßig auf dem Agar verteilt sind.

Als Indikatorspezies dienen in solchen Experimenten typische Vertreter von Gruppen von Mikroorganismen. Um einen Antibiotikaproduzenten qualitativ zu testen, reicht es aus, ihn in der Mitte einer Platte mit Nähragar und Indikatorbakterien in Form von radialen Streifen zu beimpfen (Abbildung 5). Nach der Inkubation wird das Wirkungsspektrum des Antibiotikums anhand des Ausmaßes der Wachstumshemmung verschiedener Indikatororganismen beurteilt. Antibiotika unterscheiden sich in ihrer Wirkung auf grampositive und grampositive negative Bakterien, Hefe, Dermatophyten und andere Mikroorganismen.

Abb.5. Bestimmung des Wirkungsspektrums von drei Antibiotika mittels Linientest: 1- Staphylococcus aureus, 2- Streptococcus, 3- Escherichia coli, 4- Pseudomonas aeruginosa (Pseudomonas aeruginosa), 5- Candida albicans, 6- Trichophyton rubrum

Die meisten Antibiotika wurden durch ein Screening-Verfahren entdeckt.

3.4.Die wichtigsten in der Medizin eingesetzten Antibiotika

An erster Stelle steht nach wie vor Penicillin, das von Penicillium notatum, P. chrysogenum und einigen anderen Pilzen synthetisiert wird; Es war auch möglich, halbsynthetische Penicilline zu gewinnen (durch Spaltung natürlicher Penicilline zu 6-Aminopenicillansäure, zu denen dann chemisch verschiedene Seitengruppen anhängen).

Für den Menschen ist Penicillin nahezu ungiftig und verursacht nur in seltenen Fällen unerwünschte allergische Reaktionen.

Viele Bakterien produzieren Pencillinase, die den β-Lactam-Ring spaltet und Penicillin inaktiviert. Durch die Behandlung von 6-Aminopenicillansäure mit Säurechloriden können Hunderte von Penicillinen gewonnen werden (Abbildung 6). Viele halbsynthetische Penicilline werden nicht durch Penicillinase (ein Enzym, das Penicilline und Cephalosporine abbauen (inaktivieren) kann) abgebaut und können aufgrund ihrer Säureresistenz oral verabreicht werden.

Abbildung 6. Herstellung halbsynthetischer Penicilline durch Einwirkung bakterieller Enzyme auf Penicillin.

Abbildung 7. Strukturformeln Cephalosporin C, Streptomycin A, Chlormycetin, Tetracyclin und Actinomycin D (Actinomycin C 1)

Cephalosporine sind Produkte einer der Arten des Pilzes Cephalosporium. Cephalosporin C hat einen β-Lactam-Ring und ist strukturell dem Penicillin ähnlich (Abbildung 7). Durch Abspaltung der Seitenkette und anschließende Anfügung weiterer Seitengruppen an die resultierende 7-Aminocephalosporansäure ist es möglich, halbsynthetische Cephalosporine (Cephalothin, Cephaloridin) zu erhalten, die in ihrer Wirkung den Penicillin-Derivaten ähneln.

Streptomycin wurde erstmals aus der Kultur von Streptomyces griseus isoliert, wird aber auch von einigen anderen Streptomyces-Arten synthetisiert. Das Streptomycin-Molekül besteht aus drei Teilen: N-Methyl-L-2-glucosamin, Methylpentose und Diguanidin-substituiertem Inositol (Abbildung 7). Der Erfolg von Streptomycin erklärt sich aus seiner Wirkung auf eine Reihe von säurefesten und gramnegativen Bakterien, die gegenüber Penicillin unempfindlich sind. Allerdings löst Streptomycin bei Patienten schwere allergische Reaktionen aus. Dieses Antibiotikum wird auch in der Veterinärmedizin und zur Bekämpfung von Pflanzenkrankheiten eingesetzt.

Chloromycetin (Chloramphenicol) wurde erstmals in Kulturen von Streptomyces venezuelae entdeckt, kann aber auch synthetisch hergestellt werden (Abbildung 7). Es ist außergewöhnlich stabil und wirkt gegen viele gramnegative Bakterien, darunter Spirochäten, Rickettsien und Actinomyceten, sowie große Viren.

Tetracycline sind auch Metaboliten verschiedener Streptomyceten (einschließlich Streptomyces aureofaciens). Chemisch gesehen liegen sie sehr nahe beieinander und haben Naphthacen als Grundlage ihrer Struktur (Abbildung 7). Die bekanntesten sind Chlortetracyclin (Aureomycin), Oxytetracyclin (Terramycin) und Tetracyclin. Tetracycline haben ein breites Wirkungsspektrum und sind gut verträglich.

Pflanzliche Sekundärmetaboliten

Die Begriffe „Sekundärmetabolite“ und „Sekundärstoffwechsel“ gelangten Ende des 19. Jahrhunderts mit der leichten Hand von Professor Kossel in den Wortschatz der Biologen. 1891 hielt er in Berlin auf einer Tagung der Physiologischen Gesellschaft einen Vortrag mit dem Titel „Über die chemische Zusammensetzung der Zellen“. In diesem Vortrag, der im selben Jahr im Archiv für Physiologie veröffentlicht wurde, schlug er vor, die Stoffe, aus denen die Zelle besteht, in primäre und sekundäre zu unterteilen. „Während Primärmetaboliten in jeder teilungsfähigen Pflanzenzelle vorhanden sind, kommen Sekundärmetaboliten nur „zufällig“ in Zellen vor und sind für das Pflanzenleben nicht notwendig.

Die zufällige Verteilung dieser Verbindungen, ihr unregelmäßiges Vorkommen in verwandten Pflanzenarten, deutet wahrscheinlich darauf hin, dass ihre Synthese mit Prozessen verbunden ist, die nicht in jede Zelle integriert sind, sondern eher sekundärer Natur sind. Ich schlage vor, Verbindungen zu benennen, die wichtig sind denn jede Zelle ist primär und Verbindungen, die in keiner Pflanzenzelle vorkommen, sind sekundär.“ Von hier aus wird der Ursprung des Namens „Sekundärmetaboliten“ klar – er bedeutet geringfügig, „zufällig“.

Die Bandbreite der Verbindungen des Primärstoffwechsels liegt auf der Hand – das sind vor allem Proteine, Fette, Kohlenhydrate usw

Nukleinsäuren. Zwar betrachtete Kossel nur ein paar hundert niedermolekulare Verbindungen, die für jede sich teilende Pflanzenzelle notwendig sind, als Primärmetaboliten. Auch Sekundärmetabolite waren bis vor Kurzem nicht Gegenstand großer Kontroversen. Die meisten Forscher stimmten mit Kossel überein und glaubten, dass es sich hierbei um einige „Exzentrizitäten“ des Stoffwechsels handelte, also um akzeptable Exzesse. Solche Verbindungen wurden in der Literatur teilweise sogar als „Zellluxusstoffe“ bezeichnet.

Die überwiegende Mehrheit der Wirkstoffe stammt aus Pflanzen. Die erste Verbindung dieser Art war Morphin – das Alkaloid Morphin, das 1803 vom deutschen Apotheker Zerthuner aus Opium (dem getrockneten Saft von Mohnschoten) isoliert wurde. Tatsächlich kann dieses Ereignis als Beginn der Erforschung von Sekundärmetaboliten höherer Pflanzen angesehen werden.

Dann kamen andere Alkaloide an die Reihe. Der Professor der Universität Charkow, F. I. Giese, gewann 1816 Cinchonin aus der Rinde des Chinabaums, was jedoch praktisch unbemerkt blieb und viele Forscher die Entdeckung der China-Alkaloide Desos zuschreiben, der sie isolierte reiner Form Chinin und Cinchonin erst 1820

Im Jahr 1818 isolierten Cavant und Pelletier Strychnin aus der Brechnuss (Samen der Chilibuha Strychnos nux-vomica L.); Runge entdeckte 1920 das Koffein im Kaffee; 1826 entdeckte Giesecke die Coniine in der Hemlocktanne (Conium maculatum L); 1828 isolierten Possel und Ryman Nikotin aus Tabak; 1831 gewann Main Atropin aus Tollkirsche (Atropa beladonna L.).

Die Nutzung der natürlichen Vielfalt für therapeutische Zwecke beschränkt sich nicht nur auf Antibiotika produzierende Pilze und Actinomyceten. Pflanzen zeichnen sich insbesondere durch eine erstaunliche Vielfalt an Syntheseprozessen aus, deren Endprodukte Verbindungen unterschiedlichster chemischer Struktur darstellen. Die moderne Medizin nutzt Fettsäuren, Öle, Polysaccharide pflanzlichen Ursprungs sowie eine überraschend vielfältige Vielfalt an Sekundärmetaboliten. Der Sekundärstoffwechsel zeichnet sich im Gegensatz zum allen Organismen gemeinsamen Primärstoffwechsel durch taxonomische Originalität aus. Der Sekundärstoffwechsel von Pflanzen ist ein Merkmal differenzierter Pflanzenzellen und -gewebe; er ist nur spezialisierten Organen eigen und auf bestimmte Phasen des Lebenszyklus beschränkt. Zu den Hauptklassen sekundärer Metaboliten gehören Alkaloide, Isoprenoide und Phenolverbindungen. Pflanzen synthetisieren auch cyanogene Glykoside, Polyketide und Vitamine. Von den 30 bekannten Vitaminen gelangen etwa 20 über pflanzliche Lebensmittel in den menschlichen Körper. Einige der aufgeführten Verbindungsklassen sowie die Pflanzen, aus denen sie isoliert werden, sind in der Tabelle aufgeführt

Sekundäre Metaboliten Ursprungspflanze

Alkaloide Schlafmohn. Belladonna Belladonna. Immergrün. Rauwolfia. Colchicum. Chinarinde. Tabak.

Isoprenoide:

Taxole Eibe

Herzglykoside oder Cardenolide Digitalis. Strophanthus-Liane. Maiglöckchen.

Triterpenglycoside oder Saponine Ginseng. Lakritze. Aralia.

Steroidglykoside von Liana dioscorea.

Phenolische Verbindungen:

Flavonoide Lakritze. Mutterkraut. Immortelle.

Alkaloide. Bis heute sind etwa 10.000 Alkaloide bekannt, die eine hohe pharmakologische Aktivität aufweisen. Der Gehalt an Alkaloiden in Pflanzenmaterialien übersteigt normalerweise nicht einige Prozent, in der Chinarinde beträgt ihr Anteil jedoch 15–20 %. Alkaloide können sich in verschiedenen Organen und Geweben anreichern. Sie reichern sich jedoch häufig in anderen Geweben als denen an, in denen sie synthetisiert werden. Nikotin wird beispielsweise in den Wurzeln des Tabaks synthetisiert und in den Blättern gespeichert. Zu den bekanntesten Alkaloiden zählen Morphin, Codein und Papaverin, die aus den Schoten des Mohns (Papaver somniferum) isoliert wurden. Alkaloide der Belladonna belladonna (Atropa belladonna), die auch „Schlafstupor“ genannt wird, sind in vielen Medikamenten enthalten, wie zum Beispiel Besalol, Bellalgin, Bellataminal, Solutan. Alkaloide aus Vinca (Catharanthus roseus) – Vinblastin und Vincristin – werden in der modernen Onkologie häufig verwendet, und Reserpin und Ajmalin aus den Wurzeln von Rauvolfia (Rauvolfia serpentina) werden als Psychopharmaka und zur Senkung des Blutdrucks eingesetzt.

Isoprenoide. In Bezug auf die Anzahl der isolierten Verbindungen sind Isoprenoide allen anderen Klassen von Sekundärmetaboliten überlegen (es gibt mehr als 23.000), in Bezug auf die pharmakologische Aktivität sind sie jedoch den Alkaloiden unterlegen. Diese Gruppe vereint Verbindungen mit unterschiedlichen Strukturen. Einige davon können nicht durch synthetische Medikamente ersetzt werden, zum Beispiel Taxole, die aus der Rinde der Eibe isoliert werden. Sie sind äußerst aktive Zytostatika, die in sehr geringen Dosen auf Krebszellen wirken. In sie werden derzeit große Hoffnungen in der Onkologie gesetzt.

Die wichtigste Gruppe von Isoprenoiden sind Herzglykoside oder Cardenolide. Beispielsweise wurden etwa 50 Cardenolide, darunter Digitoxin, aus zwei Arten des Fingerhuts (Digitalis purpurea) und des Fingerhuts (D. lanata) isoliert. Das natürliche Glykosid K-Strophanthosid hat in der medizinischen Praxis breite Anwendung gefunden und ist ein unverzichtbares Mittel zur Ersten Hilfe: Es wirkt in 1-3 Minuten auf das Herz. nach intravenöser Verabreichung. Dieses Medikament wird aus den Samen der Strophanthus-Kombe-Rebe isoliert, die in den tropischen Wäldern Afrikas wächst, wo die lokale Bevölkerung den Saft dieser Pflanze als Gift für Pfeile verwendete. Herzglykoside aus Maiglöckchen (Cinvallaria majalis) sind aktiver als andere Herzglykoside (z. B. Digitoxin).

Eine weitere medizinisch wichtige Gruppe von Isoprenoiden sind Triterpenglykoside oder Saponine. Die meisten Vertreter dieser Gruppe weisen eine hohe biologische Aktivität auf, die ihre therapeutische Wirkung und die Verwendung bekannter Biostimulanzien wie Ginseng, Aralia und Süßholz bestimmt.

Steroidglykoside unterscheiden sich in ihrer biologischen Aktivität von Triterpenglykosiden. Für die moderne Medizin ist es Ausgangsstoff für die Synthese vieler Hormone und Verhütungsmittel. Seit den 40er Jahren des letzten Jahrhunderts wird hauptsächlich das Glykosid Diosgenin aus den Rhizomen verschiedener Rebenarten der Gattung Dioscorea zur Gewinnung von Steroidrohstoffen verwendet. Derzeit werden mehr als 50 % aller Steroid-Medikamente daraus gewonnen. Die Forschung der letzten Jahre hat weitere für die Medizin wichtige Eigenschaften von Verbindungen dieser Gruppe aufgedeckt.

Phenolische Verbindungen. Die zahlreichste und am weitesten verbreitete Gruppe phenolischer Verbindungen in Pflanzen sind Flavonoide. Sie reichern sich in den Wurzeln von Süßholz (Glycyrrhiza glabra), Herzgespanngras (Leonurus cordiaca) und Immortellenblüten (Helichryzum arenarium) an. Flavonoide haben vielfältige pharmakologische Wirkungen. Sie wirken choleretisch, bakterizid, krampflösend, kardiotonisch, verringern die Brüchigkeit und Durchlässigkeit von Blutgefäßen (z. B. Rutin), können Radionuklide binden und aus dem Körper entfernen und haben nachweislich auch eine krebsbekämpfende Wirkung.

Die erstaunlichen biosynthetischen Fähigkeiten von Pflanzen sind noch lange nicht erforscht. Von den 250.000 auf der Erde lebenden Arten wurden nicht mehr als 15 % untersucht und nur für einige Heilpflanzen wurden Zellkulturen gewonnen. Somit sind Zellkulturen von Ginseng und Dioscorea die Grundlage des biotechnologischen Prozesses zur Herstellung von Triterpen- und Steroidglykosiden. Auf die Einführung dieser neuen Technologien werden große Hoffnungen gesetzt, da viele in unseren klimatischen Bedingungen seltene oder nicht wachsende Pflanzen in Form von Kallus- oder Suspensionskulturen genutzt werden können. Leider führt der vom Menschen verursachte Charakter der Zivilisation auf unserem Planeten zu irreparablen Schäden an der Wildflora. Nicht nur die Biosphäre der Erde – der Lebensraum des Menschen – verändert sich, es werden auch riesige unerforschte Lagerstätten für Gesundheit und Langlebigkeit zerstört.

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Landwirtschaftsministerium der Russischen Föderation

Abteilung für Wissenschafts- und Technologiepolitik und Bildung

Bundeshaushalt Bildungseinrichtung höhere Bildung

„Staatliche Agraruniversität Wolgograd“

Fakultät: Biotechnologie und Veterinärmedizin

Abteilung: „Veterinär- und Gesundheitsuntersuchung, Infektionskrankheiten und Morphologie“

BERICHT

Disziplin: „Biotechnologie“

zum Thema: „Primäre und sekundäre Metaboliten von Mikroorganismen“

Durchgeführt:

Ponysheva E.S.

Geprüft:

Spivak Marina Efimovna

Wolgograd 2018

Biotechnologie zur Herstellung von Primärmetaboliten

Primärmetaboliten sind Verbindungen mit niedrigem Molekulargewicht, die für das Wachstum von Mikroorganismen notwendig sind: Einige von ihnen sind die Bausteine von Makromolekülen, andere sind an der Synthese von Coenzymen beteiligt. Zu den wichtigsten Primärmetaboliten für die Industrie zählen Enzyme, Aminosäuren und Vitamine.

Aminosäureproduktion

In der Industrie werden Aminosäuren gewonnen:

1) Hydrolyse natürlicher proteinhaltiger Rohstoffe; 2) chemische Synthese; 3) mikrobiologische Synthese; 4) Biotransformation von Aminosäurevorläufern unter Verwendung von Mikroorganismen oder deren Isolierung.

Die mikrobiologische Synthese von Aminosäuren ist die vielversprechendste und wirtschaftlich rentabelste. Sein Vorteil ist die Möglichkeit, L-Aminosäuren auf Basis nachwachsender Rohstoffe zu gewinnen. Als Aminosäureproduzenten werden Hefe (30 %), Actinomyceten (30 %) und Bakterien (20 %) verwendet. Brevibacterium flavum und Corynebacterium glutamicum wandeln mehr als ein Drittel des Zuckers in Lysin um. Für die Auswahl der Produzenten werden Mikroorganismen der Gattungen Micrococcus, Brevibacterium, Corynebacterium und Arthrobacter verwendet.

Vitaminproduktion

Vitamine sind eine Gruppe essentieller organischer Verbindungen unterschiedlicher chemischer Natur, die für jeden Organismus in geringen Konzentrationen notwendig sind und katalytische und katalytische Wirkungen haben Regulierungsfunktionen. Nur autotrophe Organismen haben die Fähigkeit, Vitamine zu synthetisieren. Nahezu alle bekannten Vitamine können mikrobiologisch gewonnen werden. Es ist jedoch wirtschaftlicher, Vitamine durch Isolierung aus natürlichen Quellen oder durch chemische Synthese zu gewinnen. Mit Hilfe von Mikroorganismen ist es ratsam, komplexe Vitamine zu gewinnen: Beta-Carotin, B2, B12 und Vorläufer von Vitamin D.

Herstellung organischer Säuren

Derzeit werden eine Reihe organischer Säuren im industriellen Maßstab mit biotechnologischen Methoden hergestellt. Davon werden Zitronen-, Glucon-, Ketoglucon- und Itaconsäure nur durch mikrobiologische Verfahren, Milch-, Salicyl- und Essigsäure – sowohl chemisch als auch mikrobiologisch, Äpfelsäure – durch chemische und enzymatische Verfahren gewonnen. Essigsäure wird von Acetobacter und Gluconobacter produziert, Zitronensäure wird von Aspergillus niger und Aspergillus wonii produziert und Milchsäure wird von Lactobacillus delbrueckii produziert.

Biotechnologie zur Herstellung von Sekundärmetaboliten

Die Produktionsprinzipien basieren auf den Eigenschaften ihrer Bildung durch mikrobielle Zellen. Die Biosynthese sekundärer Metaboliten ist phasenspezifisch und findet nach Abschluss der Wachstumsphase in der Idiophase statt, weshalb sie als Idiolite bezeichnet werden.

Antibiotika bekommen

Antibiotika sind die größte Klasse pharmazeutischer Verbindungen, deren Synthese durch mikrobielle Zellen erfolgt. Die Klasse umfasst Antimykotika, antineoplastische Medikamente und Alkaloide. Sie werden im Pflanzenbau, in der Tierhaltung, in der Veterinärmedizin, in der Lebensmittelindustrie und in der Medizin eingesetzt.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, sowohl natürliche als auch halbsynthetische Antibiotika zu erhalten:

1) Fermentation des produzierenden Mikroorganismus mit einem geeigneten Vorläufer, der die Synthese von Antibiotika in der Idiophase induziert;

2) Verwendung blockierter Mutanten. Dabei wird die Synthese des benötigten Antibiotikums blockiert. Mithilfe der geringen Substratspezifität von Enzymen und der Einführung von Analoga von Antibiotika-Vorläufern werden diese in Analoga des Antibiotikums selbst umgewandelt.

Dieser Vorgang wird Biosynthese oder Mutasynthese genannt:

a) Es wird eine Abfolge von Reaktionen angenommen, die zur Synthese des Antibiotikums führen.

b) fehlende Antibiotikasynthese im „blockierten“ Mutanten; c) Synthese eines modifizierten Antibiotikums nach Einführung eines Analogons des Vorläufers (D*)

Gewinnung industriell wichtiger Steroide

Steroide - große Gruppe biologisch wichtige Verbindungen, darunter Sexualhormone, Herzglykoside, Gallensäuren, Vitamine, Alkaloide, Pflanzenwachstumsregulatoren. Steroide basieren auf dem Gerüst von Perhydrocyclopentanophenanthren.

Biotransformation ist die Reaktion, bei der anfängliche organische Verbindungen (Vorläufer) mithilfe der Zellen lebender Organismen oder daraus isolierter Enzyme in das Zielprodukt umgewandelt werden. Bei der Herstellung von Steroiden wird die Fähigkeit von Mikroorganismenzellen zur hochspezifischen Biotransformation genutzt. Die Nutzung der absoluten Stereospezifität und Substratspezifität von Zellenzymen ermöglichte die Entwicklung von Bedingungen für die Durchführung vieler chemischer Reaktionen zur strukturellen Umlagerung von Steroiden. Dadurch wurden neue Verbindungen mit besseren pharmakologischen Eigenschaften erhalten.

Enzyme

Enzyme sind biologische Katalysatoren. Sie katalysieren Tausende chemischer Reaktionen, die den Stoffwechsel eines Mikroorganismus ausmachen. Derzeit sind etwa zweitausend Enzyme bekannt.

Enzyme sind Proteine mit Molekulargewichten zwischen 10.000 und mehreren Millionen. Der Name des Enzyms ergibt sich aus der Substanz, auf die es einwirkt, wobei die Endung in „Aza“ geändert wird. Beispielsweise katalysiert Cellulase die Hydrolyse von Cellulose zu Cellobiose, Urease katalysiert die Hydrolyse von Harnstoff zu Ammoniak und CO2 usw. Allerdings erhält das Enzym häufiger einen Namen, der die Art der chemischen Reaktion angibt, die es katalysiert.

Die moderne Klassifizierung von Enzymen basiert auch auf der Art der Reaktionen, die sie katalysieren. Nach der von der Enzymkommission der International Biochemical Union entwickelten Klassifizierung werden sie in sechs Hauptklassen eingeteilt.

Oxidoreduktasen sind Enzyme, die Redoxreaktionen katalysieren. Sie spielen eine wichtige Rolle in den Prozessen der biologischen Energiegewinnung. Dazu gehören Dehydrogenasen (NAD, NADP, FAD), Cytochrome (b, c, c1 a, a3), Enzyme, die an der Übertragung von Wasserstoff, Elektronen und Sauerstoff beteiligt sind usw.

Transferasen. Sie katalysieren die Übertragung einzelner Radikale, Molekülteile oder ganzer Atomgruppen von einer Verbindung auf eine andere. Acetyltransferasen transportieren beispielsweise Essigsäurereste – CH3CO, sowie Fettsäuremoleküle; Phosphotransferasen oder Kinasen bestimmen die Übertragung von Phosphorsäureresten H2P032-. Viele weitere Transferasen sind bekannt (Aminotraisferasen, Phosphorylasen etc.).

Hydrolasen katalysieren Abbau- und Synthesereaktionen komplexer Verbindungen wie Proteine, Fette und Kohlenhydrate unter Beteiligung von Wasser. Zu dieser Klasse gehören proteolytische Enzyme (oder Peptidhydrolasen), die auf Proteine oder Peptide wirken; Glucosidhydrolasen, die den katalytischen Abbau von Kohlenhydraten und Glucosiden durchführen (b-Fructofuranosidase, b-Glucosidase, a- und b-Amylase, b-Galactosidase usw.); Esterasen, die den Abbau und die Synthese von Estern katalysieren (Lipasen, Phosphatasen).

Lyasen Dazu gehören Enzyme, die die Abspaltung bestimmter chemischer Gruppen von Substraten unter Bildung von Doppelbindungen oder die Anlagerung einzelner Gruppen oder Radikale an Doppelbindungen katalysieren. Somit katalysiert Pyruvatdecarboxylase die Entfernung von CO2 aus Brenztraubensäure:

Zu den Lyasen gehört auch das Enzym Aldolase, das das aus sechs Kohlenstoffatomen bestehende Molekül Fructose-1,6-biphosphat in zwei Verbindungen mit je drei Kohlenstoffatomen spaltet. Aldolase ist im Stoffwechselprozess von großer Bedeutung.

Isomerasen führen die Umwandlung organischer Verbindungen in ihre Isomere durch. Bei der Isomerisierung kommt es zu einer intramolekularen Bewegung von Atomen, Atomgruppen, verschiedenen Radikalen usw. Es kommt zu einer Isomerisierung von Kohlenhydraten und deren Derivaten, organischen Säuren, Aminosäuren usw. Enzyme dieser Gruppe spielen bei einer Reihe von Stoffwechselprozessen eine wichtige Rolle. Dazu gehören Triosephosphat-Isomerase, Glucosephosphat-Isomerase usw.

Ligasen katalysieren die Synthese komplexer organischer Verbindungen aus einfachen. Beispielsweise synthetisiert die Asparaginsynthetase Asparaginamid aus Asparaginsäure und Ammoniak unter obligatorischer Beteiligung von Adenosintriphosphorsäure (ATP), die Energie für diese Reaktion liefert:

Asparaginsäure + NH3 + ATP -* Asparagin + ADP + H3P04

Zur Gruppe der Ligasen zählen auch Carboxylasen, die die Anlagerung von CO2 an verschiedene organische Säuren katalysieren. Beispielsweise katalysiert das Enzym Pyruvatcarboxylase die Synthese von Oxalessigsäure aus Brenztraubensäure und CO2.

Nach ihrer Struktur werden Enzyme in zwei große Klassen eingeteilt:

1) einfache Proteine darstellen,

2) komplexe Proteine sind.

Die erste Klasse umfasst hydrolytische Enzyme, die zweite, zahlreichere Klasse umfasst Enzyme, die Oxidationsfunktionen erfüllen und an Transferreaktionen verschiedener chemischer Gruppen beteiligt sind. Enzyme der zweiten Klasse verfügen neben dem Proteinanteil, dem sogenannten Apoenzym, auch über eine Nichtproteingruppe, die die Aktivität des Enzyms bestimmt – einen Cofaktor. Unabhängig davon sind diese Teile (Protein und Nicht-Protein) frei von enzymatischer Aktivität. Erst nach der Kombination erhalten sie die charakteristischen Eigenschaften von Enzymen. Der Komplex eines Apoenzyms mit einem Cofaktor wird Holoenzym genannt.

Cofaktoren können entweder Metallionen (Fe, Cu, Co, Zn, Mo usw.) oder Komplexe sein organische Verbindungen, sogenannte Coenzyme, oder beides. Coenzyme spielen normalerweise die Rolle von Zwischenträgern von Elektronen, Atomen und Gruppen, die als Ergebnis einer enzymatischen Reaktion von einer Verbindung zur anderen wechseln. Einige Coenzyme sind fest an das Enzymprotein gebunden; Sie werden als prothetische Gruppe des Enzyms bezeichnet. Viele Coenzyme sind entweder mit bestimmten B-Vitaminen identisch oder Derivate davon.

Zu den Coenzymen zählen beispielsweise die aktiven Gruppen der Dehydrogenasen – Nicotinamidadenindinukleotid (NAD) oder Nico(NADP). Zu diesen Coenzymen gehört Nikotinsäure, eines der B-Vitamine. Vitamine kommen auch in anderen Coenzymen vor. So ist Thiamin (Vitamin B1) Teil der Thiaminpyrophosphokinase, die am Metabolismus von Brenztraubensäure beteiligt ist, Pantothensäure ist Bestandteil von Coenzym A und Riboflavin (Vitamin B2) ist eine prosthetische Gruppe von Flavoproteinenzymen. Die Bedeutung von Vitaminen für die Ernährung lebender Organismen liegt gerade darin begründet, dass sie Bestandteil von Coenzymen sind.

Nach modernen Konzepten beschleunigen Enzyme chemische Reaktionen und reduzieren sie freie Energie Aktivierung (die Energiemenge, die erforderlich ist, um alle Moleküle eines Mols einer Substanz bei einer bestimmten Temperatur in einen aktivierten Zustand umzuwandeln).

Die Haupteigenschaft von Enzymen, die sie von anderen Katalysatoren unterscheidet, ist die Spezifität der enzymatischen Reaktionen, die sie katalysieren. Jedes Enzym katalysiert nur eine bestimmte Reaktion.

Aufgrund der hohen Spezifität enzymatischer Reaktionen wird angenommen, dass der Abschnitt des Enzymmoleküls, der als katalytisches Zentrum bezeichnet wird und an dem das Substratmolekül befestigt ist, eine bestimmte räumliche Konfiguration aufweist, die nur zum Substratmolekül „passt“ und nicht korrespondiert zu allen anderen Molekülen.

Die Aktivität von Enzymen hängt von verschiedenen Faktoren ab: der relativen Konzentration des Enzyms und des Substrats, der Temperatur, dem pH-Wert usw. Jedes Enzym hat seine eigene optimale Temperatur und seinen eigenen optimalen pH-Wert. Viele enzymatische Reaktionen sind reversibel, obwohl die Enzymaktivität selten in beide Richtungen gleich ist.

Trotz ihrer geringen Größe kann jede Mikroorganismuszelle viele verschiedene Enzyme mit unterschiedlichen Funktionen produzieren. Typischerweise sind am Stoffwechsel beteiligte Enzyme in der Körperzelle enthalten und werden daher intrazelluläre Enzyme oder Endoenzyme genannt. Einige Enzyme werden von mikrobiellen Zellen abgesondert Umfeld Sie werden als extrazelluläre Enzyme oder Exoenzyme bezeichnet. In der Regel in Außenumgebung Es werden hydrolytische Enzyme ausgeschieden, die Verbindungen mit hohem Molekulargewicht zersetzen, die nicht in die Zelle des Mikroorganismus eindringen können. Zersetzungsprodukte werden von der Zelle leicht aufgenommen und als Nährstoffe genutzt.

Enzyme spielen eine wichtige Rolle bei der Ernährung von Mikroorganismen. Eine Vielzahl unterschiedlicher Enzyme, die von den Zellen der Mikroorganismen synthetisiert werden, ermöglicht es ihnen, durch deren Abbau zahlreiche Verbindungen (Kohlenhydrate, Proteine, Fette, Wachse, Öle, Paraffine usw.) für die Ernährung zu nutzen.

Aminosäureproduktion

Die weltweite Produktion von Aminosäuren nimmt ständig zu und beläuft sich derzeit auf etwa 400.000 Tonnen/Jahr, obwohl der Bedarf an Aminosäuren deutlich höher eingeschätzt wird. Wie bereits erwähnt, wirkt sich ein Mangel an Aminosäuren (insbesondere essentiellen Aminosäuren) in der Ernährung negativ auf Wachstum und Entwicklung aus. So kann die Zugabe einiger Bruchteile einer mangelhaften Säure zum Tierfutter den Nährwert von Protein mehr als verdoppeln. Von allen möglichen Methoden zur Gewinnung von Aminosäuren (chemisch, mikrobiologisch usw.) wird mikrobiologisch der Vorzug gegeben: Obwohl die Organisation der mikrobiellen Produktion nicht als einfach bezeichnet werden kann, liegt ihr Vorteil in der Synthese optisch reiner (L-Aminosäuren) , während die chemische Synthese ein racemisches Gemisch aus L- und D-Aminosäuren erzeugt, die schwer zu trennen sind. Die mikrobielle Synthese von Aminosäuren basiert auf der Kultivierung eines streng definierten Produzenten der Zielsäure in einem Medium einer bestimmten Zusammensetzung unter streng definierten Fermentationsparametern. Produzenten sind Bakterienstämme, die durch Mutantenselektion oder mithilfe von Methoden gewonnen werden Gentechnik. Mutierte Bakterien haben einerseits die Fähigkeit verloren, bestimmte Substanzen selbstständig zu synthetisieren, und andererseits die Fähigkeit erworben, die Zielaminosäure zu übersynthetisieren. Bereits in den 70er Jahren des letzten Jahrhunderts wurden superproduzierende Mikroben aus den Gattungen Brevibacterium, Corynebacterium, Micrococcus usw. gewonnen, mit deren Hilfe alle bekannten Aminosäuren hergestellt werden können. Derzeit gibt es Superproduzenten, bei denen die Menge des synthetisierten spezifischen Proteins 10–50 % erreicht (die wichtigste Rolle spielen hier Multikopie-Plasmide, die eingebaute Gene tragen).

Die Technologie zur Herstellung von Aminosäuren basiert auf den Prinzipien der Fermentation von Produzenten und der Isolierung von Primärmetaboliten, d. h. die Mutterkultur wird zunächst auf einem Agarmedium in Reagenzgläsern vermehrt, dann auf einem flüssigen Medium in Kolben, Inokulatoren und Impfgeräten. und dann in Hauptfermentern. Wenn eine Aminosäure als Futtermittelzusatz bereitgestellt wird, umfasst der biotechnologische Prozess des Futtermittelprodukts die folgenden Schritte: Fermentation, Stabilisierung der Aminosäure in der Kulturflüssigkeit vor der Eindampfung, Vakuumeindampfung, Standardisierung der eingedampften Lösung bei der Zugabe von Füllstoffen , Trocknen und Verpacken des fertigen Produkts, das mehr als 10 % der Hauptsubstanz enthalten sollte. Wenn eine Aminosäure als verwendet wird medizinisches Produkt Dabei werden isolierte reine Kristalle gewonnen, die unter Vakuum getrocknet und verpackt werden.

Es gibt zwei bekannte Methoden zur Gewinnung von Aminosäuren: einstufige und zweistufige. Nach der ersten Methode wird beispielsweise ein mutierter auxotropher Stamm – ein Aminosäureproduzent – auf einem für die Biosynthese optimalen Medium kultiviert.

Bei einem zweistufigen Verfahren wird der Mikrobenproduzent in einem Medium kultiviert, in dem er alle notwendigen Inhaltsstoffe für die anschließende Synthese des Zielprodukts erhält und synthetisiert. Das Schema eines zweistufigen Prozesses lässt sich wie folgt darstellen: Wenn sich Enzyme der Aminosäurebiosynthese intrazellulär anreichern, werden nach der 1. Stufe die Zellen abgetrennt, aufgelöst und Zellsaft verwendet. In anderen Fällen werden Zellen direkt für die Biosynthese von Zielprodukten verwendet.

Glutaminsäure ist die erste mikrobiologisch gewonnene Aminosäure. Mutanten, die eine Übersynthese dieser Säure bewirken, wurden nicht erhalten, und die „Überproduktion“ dieser Aminosäure ist mit besonderen Bedingungen verbunden, unter denen die Synthese von Membranphospholipiden gestört wird. Glutaminsäure wird ausschließlich von Kulturen von Corynebacterium glutamicum und Brevibacterium flavum synthetisiert. Die Substrate für seine Herstellung sind Glukose und Essigsäure, und in den frühen 60er Jahren. Auch n-Paraffine wurden im letzten Jahrhundert verwendet. Spezielle Bedingungen für das Wachstum von Kulturen entstehen durch Zugabe von Penicillin zur Kulturflüssigkeit, das die Synthese der Zellwand unterdrückt, oder durch Verringerung (im Vergleich zum Optimum) der Konzentration von Biotin (Vitamin B7) im Medium, was strukturelle und funktionelle Veränderungen induziert Veränderungen in der Zellmembran und erhöhen dadurch deren Durchlässigkeit für Glutaminsäure, die die Zelle verlässt und in die Kulturflüssigkeit gelangt. Das Natriumsalz der Glutaminsäure wird in der Lebensmittelindustrie häufig verwendet, um den Geschmack von Konserven und Tiefkühlkost zu verbessern.

Vitamine

Vitamine sind organische Substanzen mit niedrigem Molekulargewicht und biologischer Aktivität. In der natürlichen Umwelt sind Pflanzen und Mikroorganismen die Quellen dieser Vertreter biologisch aktiver Substanzen. In der Industrie werden Vitamine hauptsächlich durch chemische Synthese gewonnen. Allerdings kommt es auch zu einer mikrobiologischen Produktion dieser Verbindungen. Beispielsweise handelt es sich bei Menachinonen und Cobalaminen ausschließlich um mikrobielle Produkte. Nur wenige Vitamine werden mikrobiologisch gewonnen: B12 (Cyanocobalamin), B2 (Riboflavin), Vitamin C und Ergosterol.

Eine vielversprechende Richtung in der Biotechnologie ist die mikrobiologische Synthese von Biotin, das in der Tierhaltung als Futtermittelzusatzstoff eingesetzt wird. Derzeit wird zur Gewinnung von Biotin die chemische Synthese eingesetzt.

Vitamin B12

Die weltweite Produktion von Vitamin B12 beträgt 9.000 bis 11.000 kg pro Jahr. Davon wird etwa die Hälfte für medizinische Zwecke verwendet, der Rest wird in der Tierhaltung als Futtermittelzusatz verwendet.

Unter Propionsäurebakterien wurden natürliche Produzenten von Vitamin B12 gefunden. Propionibacterium, das 1 bis 8 mg/l dieses Vitamins synthetisiert. Durch Selektion und genetische Methoden wurde eine Mutante von P. shermanii M82 gewonnen, die bis zu 60 mg/l Produkt produziert.

Der Produzent B. rettgerii wird auch für die mikrobiologische Synthese von B12 verwendet. Auch Actinomyceten und verwandte Mikroorganismen werden als aktive Produzenten von Vitamin B12 eingesetzt: Durch Mutationen und schrittweise Selektion wurde ein Nocardia rugosa-Stamm erhalten, der bis zu 18 mg/l B12 anreichert.

Aktive B12-Produzenten wurden unter Vertretern der Micromonospora gefunden.

Vertreter der Methanotrophen Methanosarcina und Methanococcus weisen eine hohe natürliche Produktivität auf, unter denen der Stamm Methanococcus halophilus isoliert wurde, der unter den natürlichen Stämmen das höchste Produktionsniveau aufweist – 16 mg pro 1 g Biomasse.

B12 wird in erheblichen Mengen synthetisiert Anaerobe Bakterien R. Clostridium, das besonders wirksam für die Technik ist.

Unter Pseudomonas sind aktive B12-Produzenten bekannt. Aus P. denitricans wurde ein Mutant gewonnen, der auf einem optimierten Medium bis zu 59 mg/l produziert. Der Stamm ist von Merck für die industrielle Produktion von B12 patentiert.

In Russland am meisten Breite Anwendung habe Propionibacterium freudenreichii. Für das Kulturwachstum werden sie 72 Stunden lang unter anaeroben Bedingungen auf Maisextrakt und Glucose kultiviert. In der 2. Phase der Synthese wird ein Vorläufer – eine spezifische stickstoffhaltige Base – in den Fermenter gegeben und weitere 72 Stunden lang fermentiert. Anschließend wird B12 aus der Bakterienbiomasse extrahiert und gereinigt chemisch. Dieses Vitamin wird für medizinische Zwecke verwendet.

Für den Nutztierbedarf wird B12 mithilfe einer Mischkultur gewonnen, die die Bakterien Methanosarcina barkeri, Methanobacterium formicum, enthält. Der B12-Gehalt in der Kultur erreicht 6,5 mg/g trockene Biomasse.

Riboflavin

Vitamin B2 wird auf natürliche Weise von Pflanzen, Hefen, Fadenpilzen und einigen Bakterien produziert.

Unter den Prokaryoten sind Mykobakterien und Acetobutylbakterien als Flavinproduzenten bekannt. Von Actinomyceten - Nocardia eritropolis. Metabolit Aminosäure Vitamin Enzym

Zu den Fadenpilzen zählen Aspergillus niger und Eremothecium ashbyi.

Mikrobiologisch hergestelltes Riboflavin wird ausschließlich als Futterzusatzstoff in der Tierhaltung eingesetzt. Der Hauptproduzent von Futter-Riboflavin ist Eremothecium ashbyi, das auf Mais- oder Sojabohnenmehl angebaut wird Mineralstoffzusätze. Die Kultivierung erfolgt bis zum Auftreten von Sporen. Seine besten Erzeuger, die durch Mutationen und schrittweise Selektion gewonnen werden, produzieren bis zu 600 mg/l Produkt. Anschließend wird die Kulturflüssigkeit eingedampft und als pulverförmiger Zusatz zu Tierfutter verwendet.

Ergosterin

Ergosterol ist das Ausgangsprodukt für die Produktion von fettlöslichem Vitamin D2. Ergosterol ist auch das Hauptsterin der Hefe, daher sind diese Mikroorganismen die Hauptquelle für Züchtungsarbeiten. So liefert Saccharomyces carlbergensis bis zu 4,3 mg/l, S. ellipsoideus – 1,5 mg/l, Rhodotorula glutinis – 1 mg/l, Candida utilis – 0,5 mg/l des Produkts.

Die in der Produktion am häufigsten verwendeten Hefen sind Saccharomyces carlbergensis und S. cerevisiae.

IN letzten Jahren Es gab Berichte darüber industrielle Produktion Vitamin C. Über den Aufbau eines Produzenten mit gentechnischen Methoden wird berichtet: Corynebacterium-Gene wurden auf Erw übertragen. Herbicola

Der rekombinante Stamm kombiniert die Fähigkeit von Erwinia, Glucose in Gluconsäure umzuwandeln, mit der Fähigkeit von Corynebakterien, letztere in Gulonsäure umzuwandeln, die chemisch in Ascorbinsäure umgewandelt wird.

Carotinoide

Carotinoide sind eine große Gruppe natürlicher Pigmente, die durch Chemo- und Phototrophen synthetisiert werden: Prokaryoten, Fadenpilze und Hefen, Algen und höhere Pflanzen.

Von Mikroorganismen synthetisierte Carotinoide kommen in der Zelle vor freie Form sowie in Form von Glykosiden, in Form von Fettsäureestern und als Carotin-Protein-Komplexe. Der Wert dieser Verbindungen für Säugetiere besteht darin, dass sie eine Vitamin-A-Quelle darstellen.

Bisher wurden keine echten Carotinoide-Produzenten geschaffen, und Carotinoide von Mikroorganismen werden hauptsächlich durch Extraktion aus Mikroorganismen isoliert.

Derzeit sind etwa 500 verschiedene Carotinoide beschrieben. Strukturell sind Carotinoide ein Chromophor (oder Kern), das mit Isoprenresten verbunden ist. Besonderheit Chromophor ist das Vorhandensein konjugierter Doppelbindungen. Die Farbintensität von Carotinoiden hängt von der Anzahl dieser Bindungen ab. Somit sind aliphatische Carotinoide, die nicht mehr als 5 konjugierte Bindungen enthalten, ungefärbte Verbindungen.

Unter ihnen sind Phytoen und Phytofluin von größter Bedeutung. Von Neurospora crassa synthetisierte Carotinoide haben 9 konjugierte Bindungen und eine leuchtend gelbe Farbe. Mit zunehmender Doppelbindung intensiviert sich die Farbe zu Rot und Violett.

Höhere Carotinoide haben bis zu 45–50 Kohlenstoffatome in einem Molekül. Zu diesen Carotinoiden gehört Sarcinaxanthin, das von Sarcina lutea produziert wird.

Einige Carotinoide können eine Endgruppe enthalten, beispielsweise Aleureaxanthin aus dem Pilz Aleuria aurantia.

Andere Carotinoide haben eine endständige Hydroxygruppe wie Blakeslea trispora Hydroxyfleixanthin.

Der Standort von Carotinoiden in den Zellen von Mikroorganismen ist unterschiedlich. Bei phototrophen Mikroorganismen werden Carotinoide daher im Photosyntheseapparat konzentriert. Bei Chemotrophen - assoziiert mit Zellmembran. Bei einigen (Micrococcus radiodurans) sind sie in der Zellwand lokalisiert. Bei Pilzen - in Lipidkügelchen des Zytoplasmas.

Carotinoide wirken als Antioxidantien in der Zelle und schützen sie vor dem Phänomen der Peroxidation. Darüber hinaus sind Carotinoide Fotofallen, die Lichtenergie sammeln.

Produktion von Carotinoiden in der Industrie

Traditionelle Methoden zur Gewinnung von Carotinoiden beschränken sich auf die Homogenisierung von Biomasse und die Extraktion von Carotinoiden mit polaren Lösungsmitteln (Aceton, Methanol). Einzelne Carotinoide werden durch Trennung mittels Dünnschichtchromatographie an Kieselgel gewonnen. Am zweithäufigsten kommt die chemische Synthese von Carotinoiden zum Einsatz.

Traditionelle Produzenten der mikrobiellen Synthese von Carotinoiden sind Bakterien, Fadenpilze und Hefen. Zu den phototrophen Bakterien gehören Chloroexus und einige Arten von Rhodopseudomonas. Diese Bakteriengruppe ist interessant, da sich die Ausbeute an Carotinoiden in Abhängigkeit von der Lichtintensität regulieren lässt.

Antibiotika

Traditionelle Vorstellungen über Antibiotika bzw. antibiotische Substanzen sind mit ihrer weit verbreiteten Verwendung in der modernen Medizin und Veterinärmedizin verbunden. Einige Antibiotika werden als Wachstumsstimulanzien bei Tieren, im Kampf gegen Pflanzenkrankheiten, bei der Lebensmittelkonservierung und in der wissenschaftlichen Forschung (im Bereich Biochemie, Molekularbiologie, Genetik, Onkologie) eingesetzt.

Die moderne Definition des Begriffs „Antibiotikum“ stammt von M.M. Shemyakin und A.S. Khokhlov (1961), der vorschlug, alle Stoffwechselprodukte aller Organismen, die Mikroorganismen (Bakterien, Pilze, Viren usw.) sowie einige bösartige Neubildungen selektiv abtöten oder deren Wachstum und Entwicklung unterdrücken können, als antibiotische Substanzen zu betrachten.

Gemäß der Klassifizierung, die darauf basiert chemische Struktur Alle beschriebenen Antibiotika lassen sich in folgende Gruppen einteilen:

1) azyklische Verbindungen (ausgenommen Fettsäuren und Terpene);

2) alicyclische Verbindungen (einschließlich Tetracycline);

3) aromatische Verbindungen;

4) Chinone;

5) sauerstoffhaltige Heterocyclen;

7) Peptide.

Für ein Drittel der bekannten Antibiotika ist die vollständige chemische Struktur aufgeklärt und nur die Hälfte davon kann chemisch gewonnen werden. Daher ist die mikrobiologische Methode zur Gewinnung antibiotischer Wirkstoffe sehr relevant.

Die Synthese von Antibiotika durch Mikroorganismen ist eine der Erscheinungsformen des Antagonismus; ist mit einer bestimmten Art des Stoffwechsels verbunden, die im Laufe seiner Entwicklung entstanden und fixiert wurde, d. h. es handelt sich um ein erbliches Merkmal, das sich in der Bildung einer oder mehrerer spezifischer, für jede Art von Antibiotika streng spezifischer Substanzen äußert. Durch die Einwirkung auf eine fremde Mikrobenzelle verursacht das Antibiotikum eine erhebliche Störung in deren Entwicklung. Einige der Antibiotika sind in der Lage, die Synthese der Bakterienzellmembran während der Fortpflanzungszeit zu unterdrücken, andere wirken auf ihre Zytoplasmamembran und verändern die Permeabilität, einige von ihnen sind Inhibitoren von Stoffwechselreaktionen. Trotz intensiver Erforschung der Wirkmechanismen verschiedener Antibiotika ist deren Wirkung auf den Stoffwechsel, selbst in Bakterienzellen, die die Hauptforschungsobjekte sind, nicht vollständig geklärt.

Derzeit sind mehr als 3.000 Antibiotika beschrieben, aber nur 150 davon wurden gefunden praktischer Nutzen. Im Folgenden betrachten wir die Produktionstechnologie derjenigen, die Produkte des Stoffwechsels von Mikroorganismen sind und in denen Anwendung gefunden wurde Landwirtschaft in Form geeigneter Zusatzstoffe zu Futtermitteln (Futterantibiotika) und als Pflanzenschutzmittel.

Seit vielen Jahren werden Antibiotika als Wachstumsstimulanzien für Nutztiere und Geflügel, als Mittel zur Bekämpfung von Pflanzenkrankheiten und fremder Mikroflora in einer Reihe von Fermentationsindustrien sowie als Lebensmittelkonservierungsmittel eingesetzt. Ihr Einsatz in der Landwirtschaft führt zu einer Verringerung der Morbidität und Mortalität, insbesondere bei Jungtieren, sowie zu einem beschleunigten Wachstum und einer beschleunigten Entwicklung von Tieren und Geflügel und trägt dazu bei, die Futtermenge um durchschnittlich 5–10 % zu reduzieren. Beim Einsatz von Antibiotika in der Schweinehaltung produzieren 1.000 Schweine zusätzlich 100–120 Zentner Fleisch und ab 1.000 Legehennen bis zu 15.000 Eier pro Jahr. Auch der Mechanismus der stimulierenden Wirkung antibiotischer Substanzen kann nicht als vollständig geklärt gelten. Offenbar hängt die stimulierende Wirkung niedriger Antibiotikakonzentrationen auf den Körper des Tieres hauptsächlich mit zwei Faktoren zusammen: der Wirkung auf die Darmflora oder direkten Einfluss am Körper des Tieres. Im ersten Fall tragen Antibiotika dazu bei, die Zahl nützlicher Mikroorganismen zu erhöhen, die Vitamine synthetisieren und pathogene Formen überwiegen. Sie reduzieren die Zahl der für den Körper des Tieres schädlichen Mikroben, die biologisch aktive Substanzen nutzen und Toxine in pathogener oder bedingt pathogener Form bilden. Antibiotika beeinflussen die im Darm vorhandenen Mikroorganismen, fördern die Bildung resistenter Stämme, die für das Tier weniger schädlich sind, und verändern den Stoffwechsel der vorhandenen Mikroben. Sie bewirken die Bewegung von Mikroorganismen im Darm des Tieres; Unter ihrem Einfluss kommt es zu einer Abnahme subklinischer Infektionen, die häufig die Entwicklung junger Tiere verlangsamen, zu einer Abnahme des pH-Werts des Darminhalts und zu einer Abnahme der Oberflächenspannung der Körperzellen, was zu einer Beschleunigung ihrer Teilung beiträgt.

Im zweiten Fall wird im Körper des Tieres ein Synergismus der Hormonwirkung beobachtet, die Menge an Wachstumshormonen nimmt zu, der Prozess der Nahrungsaufnahme beschleunigt sich und die Anpassungsfähigkeit des Körpers an ungünstige Bedingungen nimmt zu. Unter dem Einfluss von Antibiotika sinkt der Bedarf des Tieres an Vitaminen, die Synthese von Vitaminen durch das Gewebe nimmt zu, die Synthese von Zuckern und Vitamin A aus Carotin wird angeregt, die Geschwindigkeit der Enzymsynthese steigt und es werden weniger Nebenprodukte gebildet. Darüber hinaus erhöht sich die Aufnahmefähigkeit des Gewebes und die Aufnahme von Metaboliten wird angeregt.

Futtermittelantibiotika werden in Form von Rohpräparaten verwendet, bei denen es sich um getrocknete Biomasse des Herstellers handelt, die neben dem Antibiotikum Aminosäuren, Enzyme, B-Vitamine und andere biologisch aktive Substanzen enthält. Die resultierenden Präparate werden entsprechend der Aktivität oder Menge der in ihrer Zusammensetzung enthaltenen Hauptsubstanz standardisiert, wobei das Vorhandensein von Vitamin B12 darin berücksichtigt oder nicht berücksichtigt wird. Alle produzierten Futterantibiotika:

a) nicht zu therapeutischen Zwecken eingesetzt werden und keine Kreuzresistenz von Bakterien gegen in der Medizin eingesetzte Antibiotika hervorrufen;

b) werden aus dem Magen-Darm-Trakt praktisch nicht in das Blut aufgenommen;

c) ihre Struktur im Körper nicht verändern;

d) keine antigene Natur haben, die zum Auftreten von Allergien beiträgt.

Bei längerer Einnahme desselben Arzneimittels besteht die Gefahr der Entstehung antibiotikaresistenter Mikroorganismen. Um dies zu verhindern, werden die verwendeten antibiotischen Substanzen regelmäßig gewechselt oder eine Mischung von Antibiotika verwendet, um die zunächst erzielte Wirkung auf dem erforderlichen Niveau zu halten.

In der UdSSR werden seit mehreren Jahrzehnten Futtermittelpräparate auf Basis von Chlortetracyclin – Biovit oder Futterbiomycin – mit unterschiedlichen Ausgangsgehalten des Antibiotikums und Vitamin B12 hergestellt. Derzeit basiert die Herstellung von Futterantibiotika auf anderen nichtmedizinischen Arzneimitteln wie Bacitracin, Grisin, Hygromycin B usw.

In den letzten 20 Jahren wurden Antibiotika als Mittel zur Bekämpfung verschiedener Pflanzenpathogene eingesetzt. Die Quellen einer Pflanzeninfektion durch phytopathogene Mikroorganismen sind unterschiedlich. Die Samen der Pflanze selbst, die zur Aussaat verwendet werden, bilden hier keine Ausnahme. Die Wirkung einer antibiotischen Substanz beschränkt sich auf die Hemmung des Wachstums oder Absterbens phytopathogener Mikroorganismen, die sich in den Samen und vegetativen Organen der Pflanze befinden.

Die resultierenden Medikamente müssen eine hohe Wirksamkeit gegen den Erreger der Krankheit haben rund um die Anlage in der für die Pflanze verwendeten Dosierung unschädlich, in der Lage, die antibiotische Wirkung über die erforderliche Zeit aufrechtzuerhalten und leicht in die entsprechenden Pflanzengewebe einzudringen.

Zu den antibiotischen Substanzen, die im Kampf gegen Phytopathogene am weitesten verbreitet sind, gehören vor allem Phytobacteriomycin, Trichothecin und Polymycin.

Der Einsatz von Antibiotika in der Lebensmittelindustrie kann die Dauer der Wärmebehandlung verschiedener Lebensmittelprodukte beim Einmachen deutlich verkürzen. Und das wiederum sorgt für einen besseren Erhalt der darin enthaltenen biologisch aktiven Substanzen, des Geschmacks und der Konsistenz der Produkte. Die eingesetzten Antibiotika wirken vor allem gegen hitzeresistente Clostridien- und thermophile Bakterien. Nisin gilt in der Russischen Föderation und im Ausland allgemein als das wirksamste Antibiotikum für die Gemüsekonservierung. Es ist für den Menschen ungiftig und ermöglicht eine Halbierung der Wärmebehandlungszeit für Gemüse. Die Technologie zur Herstellung aller Antibiotika für nichtmedizinische Zwecke, mit Ausnahme derjenigen, die in der Lebensmittel- und Konservenindustrie verwendet werden, ist nach einem einzigen Schema aufgebaut, das alle Stufen der aseptischen industriellen Kultivierung des Produzentenstamms und der Biosynthese des Antibiotikums vorsieht , Vorbehandlung der Kulturflüssigkeit, deren Vakuumverdampfung, Trocknung und Standardisierung des Endprodukts durch Mischen mit der erforderlichen Menge Füllstoff. Als letztere werden meist Kleie und Kuchen verwendet. unterschiedliche Kulturen und andere Stoffe organischer und anorganischer Natur.

Die Dynamik der Anreicherung von Antibiotika in der Kulturflüssigkeit weist in den allermeisten Fällen eine typische Abhängigkeit auf, die für die Biosynthese von Sekundärmetaboliten charakteristisch ist, d. h. die maximale Biomassebildung geht zeitlich der maximalen Antibiotikabildung voraus. Daher besteht das Ziel der Produktion in den ersten Phasen des Anbaus darin, die erforderliche Menge an Biomasse anzusammeln (es ist praktisch kein Antibiotikum vorhanden). Die Biosynthese des Antibiotikums erfolgt in der zweiten Stufe der industriellen Kultivierung in den Hauptfermentern, und die Biosynthesezeit kann zwei- bis dreimal länger sein als die Zeit, die für die Kultivierung des Produzentenstamms aufgewendet wird.

Verweise

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Primärer und sekundärer Stoffwechsel von Bakterien. Mikrobiologie

Produktion von Aminosäuren.

Herstellung organischer Säuren.

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