CORYNEBACTERIUM GLUTAMICUM: KENMERKEN, MORFOLOGIE, CULTUUR - BIOLOGIE - 2026

Corynebacterium glutamicum is een grampositieve, facultatieve anaërobe, staafvormige bacterie die in de bodem aanwezig is. Het is niet sporenvormend noch pathogeen. Samen met de rest van de Corynebacteriaceae en de bacteriën van de Mycobacteriaceae en Nocardiaceae families, maakt het deel uit van de groep die bekend staat als de CMN-groep. Deze groep omvat veel bacteriën van medisch en veterinair belang.

De bacterie C. glutamicum wordt in de industrie veel gebruikt voor de aanmaak van aminozuren. Het gebruik van deze bacterie voor industriële productie gaat meer dan 40 jaar terug.

Corynebacterium glutamicum. Foto door AJC1 Flickr. Genomen en bewerkt op https://www.acercaciencia.com/2013/05/16/germenes-con-caracteristicas-humanas/corynebacterium-glutamicum-by-ajc1-flickr/

De hoeveelheid aminozuren die door deze bacteriën worden geproduceerd, waaronder mononatriumglutamaat en L-lysine, bedraagt ​​momenteel meer dan 100 ton per jaar.

Algemene karakteristieken

Deze bacteriën breken koolhydraten af ​​tijdens het fermentatieproces. De productie van aminozuren wordt beïnvloed door de gegeven koolstofbron en door bepaalde suppletieomstandigheden zoals biotinebeperking.

Om de inocula te verkrijgen, zijn kweekmedia van trypton-complexen (YT), gistextract en gemodificeerde minimale media van CGXII gebruikt.

Voor de teelt worden temperaturen van 30 ° C en een pH van 7,4 - 7,5 aanbevolen. De koolstofbronnen en de stoffen die worden gebruikt om het gewas te verrijken, zijn afhankelijk van de te behalen resultaten.

Glucose, ammoniumsulfaat, magnesiumsulfaat en dikaliumfosfaat blijken bijvoorbeeld een significante invloed te hebben op de productie van succinaat.

Om een ​​hoge concentratie L-lysine te verkrijgen, moet het kweekmedium glucose, ammoniumsulfaat, calciumcarbonaat, bactocasaminozuur, thiaminehydrochloride, D-biotine, kaliumdiwaterstoffosfaat, magnesiumsulfaat-heptahydraat, ferrosulfaat-heptahydraat bevatten en mangaanchloridetetrahydraat.

Corynebacterium glutamicum, foto door Carlos Barreiro. Genomen en bewerkt vanaf http://www.dicyt.com/viewItem.php?itemId=14535

Pathogenie

Hoewel de meeste bacteriën die tot de Corynebacteriaceae-familie behoren, pathogeen zijn, zijn sommige, waaronder C. glutamicum, onschadelijk. De laatste, bekend als niet-difterie corynebacteriën (CND), zijn commensalen of saprofyten die aanwezig kunnen zijn in mensen, dieren en de bodem.

Sommige CND's, zoals C. glutamicum en C. feeiciens, worden gebruikt bij de productie van essentiële aminozuren en vitamines.

Gebruikt in biotechnologie

Het genoom van C. glutamicum is relatief stabiel, groeit snel en scheidt geen extracellulair protease af. Bovendien is het niet pathogeen, vormt het geen sporen en heeft het relatief lage groei-eisen.

Deze kenmerken, en het feit dat het enzymen en andere nuttige verbindingen produceert, hebben ervoor gezorgd dat deze bacterie een "werkpaard" in de biotechnologie kan worden genoemd.

Productie van aminozuren

Het eerste product dat werd gevonden waarvan bekend was dat het werd gebiosynthetiseerd door C. glutamicum, was glutamaat. Glutamaat is een niet-essentieel aminozuur dat in ongeveer 90% van de synapsen in de hersenen voorkomt.

Het is betrokken bij de overdracht van informatie tussen de neuronen van het centrale zenuwstelsel en bij de vorming en het herstel van geheugen.

Lysine, een essentieel aminozuur voor mensen en een deel van de eiwitten die door levende wezens worden gesynthetiseerd, wordt ook geproduceerd door C. glutamicum.

Andere aminozuren die uit deze bacterie worden verkregen, zijn onder meer threonine, isoleucine en serine. Threonine wordt voornamelijk gebruikt om het optreden van herpes te voorkomen.

Serine helpt bij de productie van antilichamen en immunoglobuline. Isoleucine is van zijn kant betrokken bij de eiwitsynthese en energieproductie tijdens lichamelijke inspanning.

Andere producten en toepassingen

Pantothenaat

Het is de meest actieve vorm van vitamine B5 (pantotheenzuur), aangezien calciumpantothenaat als supplement in de voeding wordt gebruikt. Vitamine B5 is essentieel bij de synthese van koolhydraten, lipiden en eiwitten.

Organische zuren

C. glutamicum produceert onder meer lactaat en succinaat. Lactaat heeft meerdere toepassingen, zoals wasverzachter, zuurteregelaar voor levensmiddelen, leerlooierij, zuiveringsmiddel, onder anderen.

Succinaat wordt van zijn kant gebruikt voor de productie van lakken, kleurstoffen, parfums, voedingsadditieven, medicijnen en voor de productie van biologisch afbreekbare kunststoffen.

Alcoholen

Omdat het suikers fermenteert, kan het alcoholen produceren, zoals ethanol en isobutanol. Om deze reden zijn er proeven voor de synthese van ethanol in C. glutamicum-gewassen uit suikerrietafval. Het doel van deze proeven is de industriële productie van biobrandstoffen te realiseren.

Xylitol, een polyol of suikeralcohol, wordt gebruikt als zoetstof voor diabetici omdat het de bloedsuikerspiegel niet verhoogt.

Bioremediatie

C. glutamicum bevat twee operons in zijn genoom, ars1 en ars2 genaamd, die resistent zijn tegen arseen. Er zijn onderzoeken gaande om deze bacterie uiteindelijk te gebruiken om arseen uit de omgeving op te nemen.

Biologisch afbreekbare kunststoffen

Naast succinaat, een organisch zuur dat van nature door bacteriën wordt geproduceerd en nuttig is voor de productie van biologisch afbreekbare kunststoffen, is er nog een andere mogelijke verbinding die voor deze doeleinden kan worden gebruikt.

Deze verbinding is een polyester genaamd poly (3-hydroxybutyraat) (P (3HB)). P (3HB) wordt niet van nature geproduceerd door C. glutamicum. Genetische ingenieurs hebben echter studies uitgevoerd om in de bacteriën, door genetische manipulatie, een biosyntheseroute te creëren waardoor deze kan worden geproduceerd.

Referenties

1. S. Abe, K.-I. Takayama, S. Kinoshita (1967). Taxonomische onderzoeken naar glutaminezuurproducerende bacteriën. The Journal of General and Applied Microbiology.
2. J.-Y. Lee, Y.-A. Na, E. Kim, H.-S. Lee, P. Kim (2016). De actinobacterium Corynebacterium glutamicum, een industrieel werkpaard. Journal of Microbiology and Biotechnology.
3. J. Lange, E. Münch, J. Müller, T. Busche, J. Kalinowski, R. Takors, B. Blombach (2018). Ontcijfering van de aanpassing van Corynebacterium glutamicum in de overgang van aerobiose via microaerobiose naar anaerobiose. Genen
4. S. Wieschalka, B. Blombach, M. Bott, BJ Eikmanns (2012). Biobased productie van organische zuren met Corynebacterium glutamicum. Biotechnologie.
5. M. Wachi (2013). Aminozuurexporteurs in Corynebacterium glutamicum. In: H. Yukawa, M. Inui (Eds.) Corynebacterium glutamicum biologie en biotechnologie.
6. Corynebacterium glutamicum. Op Wikipedia. Opgehaald op 25 september 2018 via en.wikipedia.org.
7. Corynebacterium glutamicum. Op Microbe Wiki. Opgehaald op 25 september 2018 van microbewiki.kenyon.edu.