Sekundární Metabolit

1 Úvod

Sekundární metabolity (SMs) jsou sloučeniny s pestrou a sofistikované chemické struktury, produkované mikroorganismy po fázi rychlého růstu. Tyto sloučeniny jsou nezbytné pro růst, takže byly popsány jako SMs v opozici k primární metabolity (jako aminokyseliny, nukleotidy, lipidy a sacharidy).

I když antibiotika jsou nejlepší známý SMs, posledních desetiletích byly fáze rychlého objev nových aktivit a rozvoj hlavních sloučenin, použití v různých průmyslových oblastech, zejména farmaceutické a kosmetika, potraviny, zemědělství a zemědělství. Mikrobiální SMs jsou nyní stále více využívány k onemocnění dříve léčeno pouze syntetické drogy; například, protizánětlivé, hypotenzivní, protinádorové, anticholesterolemic, uterocontractants, a antiparazitické látky. Navíc, nové mikrobiální metabolity jsou používány v nelékařských oborech, jako je zemědělství, s hlavní herbicidy, insekticidy, regulátory růstu rostlin, a ekologicky šetrných herbicidů a pesticidů, jakož i jiných průmyslových výrobků, jako pigmentů a povrchově aktivních látek .

ze studií na kapalném médiu je nyní známo, že produkce SMs začíná, když je růst omezen vyčerpáním jedné klíčové živiny: zdroje uhlíku, dusíku nebo fosfátu (nutriční Posun dolů). Například, penicilin biosyntézu Penicillium chrysogenum začíná, když glukózy je vyčerpaný z kultivačního média a houba začíná náročné laktózy, méně snadno využít cukr . Kultura je tedy zaměřena na relativně krátkou růstovou fázi a dlouhou a efektivní výrobní fázi. Jinými slovy, různé produkty (unární metabolity, enzymy atd.) potřebujete jiný návrh a kontrolu fermentačního procesu.

v důsledku toho je důležité vzít v úvahu, že produkt je SM a také jeho regulace, navrhnout účinný proces s vhodnými omezujícími živinami. Kromě toho je pochopení regulace SMs tradičně základem pro návrh procesu a také podporou při vývoji výrobních kmenů.

příchod genetického inženýrství, genomiky a dalších sofistikovaných molekulárních nástrojů však podpořil velmi rychlý pokrok v chápání regulace SM, která se aplikuje jen pomalu.

Studie ukazují, že, kromě nutriční podněty (vyčerpání živin), tam jsou jiné neočekávané podněty prostředí, které indukují SMs, jako je intenzita světla, pH a redoxní stav. Navíc bylo zjištěno, že i malé molekuly, které představují intra – nebo mezidruhovou komunikaci, mohou vyvolat SMs.

Tyto nové studie odhalila složitější panorama SM nařízení, s různých hierarchických úrovních, včetně epigenetické regulace, globální regulátoři, a individuálně-specifické regulátory. Tyto regulační obvody jsou obecně aktivovány systémy, které snímají tyto různé podněty prostředí (kaskády přenosu signálu).

To dává smysl, protože v jejich přirozeném prostředí mikroorganismů (plísně a aktinomycety zejména), jsou optimálně přizpůsobeny tak, aby smysl a reagovat na podmínky prostředí, jako je teplota, vlhkost, dostupnost živin, konkurenty, a dokonce i potenciální páření partnerů, často reaguje s SMs.

V konvenční průmyslové kvašení, i když ve velmi umělém prostředí, mikroorganismy stále dodržovat své evoluční dědictví genové regulace podle signálů snímaných v jejich blízkosti. To znamená, že v těchto ponořených fermentačních reaktorech (SmF) chybí mnoho důležitých signálů, a proto je plný produkční potenciál mikroorganismu velmi pravděpodobně nedostatečně využíván.

Na druhou stranu, solid-state fermentace (SSF) může poskytnout životní podmínky blíže na ty, v jejich přirozeném prostředí, tak to by mohlo vysvětlit, vynikající výkon, pokud jde o produkci SMs a enzymy v této kultuře systém.

studie identifikovaly environmentální podněty specifické pro SSF, které mají obrovský účinek na produkci SM. Seznam podnětů vyvolávajících SMs se proto prodloužil, což představuje nové příležitosti k navrhování lepších procesů a zjišťování potenciálních cílů pro genetické zlepšení.

první část této kapitoly recenze klasické mechanismy, které kontrolu SMs a popisuje některé aplikace v procesu a kmen zlepšení. Druhá část popisuje nový a rozšířený pohled na regulaci v různých úrovních. Poté, zjištění o regulaci SM v SSF, a jeho vztah k environmentálním narážkám specifickým pro SSF vyvolávajícím SM, jsou zkoumány. Poslední část reviduje skutečné a potenciální aplikace těchto nových zjištění ke zpracování vývoje a kmenů genetického zlepšení.