Corynebacterium glutamicum caratteristiche, morfologia, coltura

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Egbert Haynes

Corynebacterium glutamicum È un batterio a forma di bastoncello, Gram positivo, anaerobico facoltativo e presente nel terreno. Non è sporigeno né patogeno. Insieme al resto delle Corynebacteriaceae e ai batteri delle famiglie Mycobacteriaceae e Nocardiaceae, fa parte del gruppo noto come gruppo CMN. Questo gruppo include molti batteri di importanza medica e veterinaria..

I batteri C. glutamicum È ampiamente utilizzato nell'industria per la produzione di amminoacidi. L'uso di questo batterio per la produzione industriale risale a più di 40 anni fa. 

Corynebacterium glutamicum. Foto di AJC1 Flickr. Tratto e modificato da https://www.acercaciencia.com/2013/05/16/germenes-con-caracteristicas-humanas/corynebacterium-glutamicum-by-ajc1-flickr/

La quantità di aminoacidi prodotti da questi batteri, tra cui glutammato monosodico e L-lisina, supera attualmente le 100 tonnellate all'anno.

Indice articolo

  • 1 Caratteristiche generali
  • 2 Tassonomia
  • 3 Morfologia
  • 4 Coltivazione
  • 5 Patogenesi
  • 6 Usi in biotecnologia
    • 6.1 Produzione di amminoacidi
    • 6.2 Altri prodotti e applicazioni
  • 7 Riferimenti

Caratteristiche generali

-Corynebacterium glutamicum è un batterio Gram positivo non patogeno.

-Non produce spore.

-Contiene catalasi.

-Scompone i carboidrati attraverso il suo metabolismo fermentativo.

-È in grado di sintetizzare aminoacidi come la serina, il glutammato e la lisina.

Tassonomia

Le specie C. glutamicum fu scoperto per la prima volta in Giappone e descritto da Kinoshita et al. nel 1958, con il nome di Micrococcus glutamicus. Più tardi (1967), Abe et al lo trasferirono nel genere Corynebacterium.

Batteri del genere Corynebacterium sono tassonomicamente localizzati nel sottordine Corynebacterineae. Questo sottordine a sua volta appartiene all'ordine Actinomycetales, classe Actinobacteria.

Il sottordine Corynebacterineae comprende le famiglie Corynebacteriaceae, Mycobacteriaceae e Nocardiaceae denominate gruppo CMN. Corynebacterium appartiene alla prima di queste famiglie.

Morfologia

I batteri sono a forma di bastoncello con estremità gonfie a forma di mazza o mazza. Ha un cromosoma e un plasmide circolare. Il suo genoma è costituito da 3.314.179 nucleotidi.

La parete cellulare è composta, tra le altre sostanze, da uno strato di peptidoglicano, acidi micolici a catena corta, acidi meso-diamminopimelici e polimeri arabino-galattani.

Cultura

Corynebacterium glutamicum utilizza un'ampia varietà di substrati, inclusi zuccheri, acidi organici e alcoli, per la sua crescita e la produzione di amminoacidi.

Questo batterio scompone i carboidrati durante il processo di fermentazione. La produzione di aminoacidi è influenzata dalla data fonte di carbonio e da alcune condizioni di integrazione come la limitazione della biotina.

Per ottenere l'inoculo, sono stati utilizzati terreni di coltura di complessi triptone (YT), estratto di lievito e mezzi minimi modificati di CGXII..

Per la coltivazione si consigliano temperature di 30 ° C e un pH di 7,4 - 7,5. Le fonti di carbonio, così come le sostanze che verranno utilizzate per arricchire la coltura, dipenderanno dai risultati che si vogliono ottenere..

Ad esempio, è stato riscontrato che glucosio, solfato di ammonio, solfato di magnesio e fosfato dipotassico hanno un'influenza significativa sulla produzione di succinato..

Per ottenere un'elevata concentrazione di L-lisina, il terreno di coltura deve contenere glucosio, solfato di ammonio, carbonato di calcio, bactocasaminoacido, tiamina cloridrato, D-biotina, potassio diidrogeno fosfato, magnesio solfato eptaidrato, solfato ferroso eptaidrato e manganese cloruro tetraidrato.

Corynebacterium glutamicum, foto di Carlos Barreiro. Tratto e modificato da http://www.dicyt.com/viewItem.php?itemId=14535

Patogenesi

Sebbene la maggior parte dei batteri appartenenti alla famiglia delle Corynebacteriaceae siano patogeni, alcuni di essi, tra cui C. glutamicum, sono innocui. Questi ultimi, noti come corinebatteri non difterici (CND), sono commensali o saprofiti che possono essere presenti nell'uomo, negli animali e nel suolo..

Alcuni CND, come C. glutamicum Y C. feeiciens, sono utilizzati nella produzione di aminoacidi essenziali e vitamine.

Utilizza in biotecnologia

Il genoma di C. glutamicum è relativamente stabile, cresce rapidamente e non secerne proteasi extracellulari. Inoltre, non è patogeno, non forma spore e ha requisiti di crescita relativamente bassi..

Queste caratteristiche, e il fatto che produca enzimi e altri composti utili, hanno permesso a questo batterio di essere definito un “cavallo di battaglia” in biotecnologia..

Produzione di amminoacidi

Il primo prodotto scoperto che era noto per essere biosintetizzato da C. glutamicum era glutammato. Il glutammato è un amminoacido non essenziale presente in circa il 90% delle sinapsi nel cervello.

È coinvolto nella trasmissione di informazioni tra i neuroni del sistema nervoso centrale e nella formazione e nel recupero della memoria.

La lisina, un amminoacido essenziale per l'uomo e che fa parte delle proteine ​​sintetizzate dagli esseri viventi, è prodotta anche da C. glutamicum.

Altri amminoacidi ottenuti da questo batterio includono treonina, isoleucina e serina. La treonina viene utilizzata principalmente per prevenire la comparsa dell'herpes.

La serina aiuta nella produzione di anticorpi e immunoglobuline. L'isoleucina, da parte sua, è coinvolta nella sintesi proteica e nella produzione di energia durante l'esercizio fisico..

Altri prodotti e applicazioni

Pantotenato

È la forma più attiva di vitamina B5 (acido pantotenico), poiché il pantotenato di calcio è utilizzato come integratore nelle diete. La vitamina B5 è essenziale nella sintesi di carboidrati, lipidi e proteine.

Acidi organici

Tra gli altri, C. glutamicum produce lattato e succinato. Il lattato ha molteplici applicazioni, come ammorbidente, regolatore di acidità alimentare, concia della pelle, purgante, tra gli altri..  

Da parte sua, il succinato viene utilizzato per la produzione di lacche, coloranti, profumi, additivi alimentari, medicinali e per la produzione di plastiche biodegradabili..

Alcoli

Poiché fermenta gli zuccheri, è in grado di produrre alcoli, come l'etanolo e l'isobutanolo. Per questo motivo ci sono prove per la sintesi di etanolo in colture di  C. glutamicum dai rifiuti della canna da zucchero. L'obiettivo di questi test è raggiungere la produzione industriale di biocarburanti.

Lo xilitolo, un poliolo o alcol zuccherino, è usato come dolcificante per i diabetici poiché non aumenta i livelli di zucchero nel sangue.

Biorimedio

C. glutamicum contiene due operoni nel suo genoma, chiamati ars1 e ars2, che sono resistenti all'arsenico. Sono in corso studi per poter eventualmente utilizzare questo batterio per assorbire l'arsenico dall'ambiente..

Plastiche biodegradabili

Oltre al succinato, un acido organico prodotto naturalmente dai batteri, utile per la produzione di plastiche biodegradabili, esiste un altro possibile composto che può essere utilizzato per questi scopi..

Questo composto è un poliestere chiamato poli (3-idrossibutirrato) (P (3HB)). P (3HB) non è prodotto naturalmente da  C. glutamicum. Tuttavia, gli ingegneri genetici hanno effettuato studi per creare nei batteri, mediante manipolazione genetica, una via biosintetica che ne permetta la produzione.

Riferimenti

  1. S. Abe, K.-I. Takayama, S. Kinoshita (1967). Studi tassonomici sui batteri produttori di acido glutammico. Il Journal of General and Applied Microbiology.
  2. J.-Y. Lee, Y.-A. Na, E. Kim, H.-S. Lee, P. Kim (2016). L'actinobatterio Corynebacterium glutamicum, un cavallo di battaglia industriale. Giornale di microbiologia e biotecnologia.
  3. J. Lange, E. Münch, J. Müller, T.Busche, J. Kalinowski, R. Takors, B. Blombach (2018). Decifrare l'adattamento di Corynebacterium glutamicum in transizione dall'aerobiosi via microaerobiosi all'anaerobiosi. Geni.
  4. S. Wieschalka, B. Blombach, M. Bott, B.J. Eikmanns (2012). Produzione bio-based di acidi organici con Corynebacterium glutamicum. Biotecnologia.
  5. M. Wachi (2013). Esportatori di aminoacidi in Corynebacterium glutamicum. In: H. Yukawa, M. Inui (a cura di) Corynebacterium glutamicum biologia e biotecnologia.
  6. Corynebacterium glutamicum. Su Wikipedia. Estratto il 25 settembre 2018 da en.wikipedia.org.
  7. Corynebacterium glutamicum. Su Microbe Wiki. Estratto il 25 settembre 2018 da microbewiki.kenyon.edu.

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