Sekundaarimetaboliitti

1 Johdanto

Sekundaarimetaboliitit (SMs) ovat yhdisteitä, joilla on vaihteleva ja pitkälle kehittynyt kemiallinen rakenne ja joita mikro-organismit tuottavat nopean kasvuvaiheen jälkeen. Nämä yhdisteet eivät ole välttämättömiä kasvulle, joten niiden on kuvattu olevan SMs: n vastakohtana päämetaboliiteille (kuten aminohapoille, nukleotideille, lipideille ja hiilihydraateille).

vaikka antibiootit ovat tunnetuin tekstiviesti, viime vuosikymmenet ovat olleet vaihe, jossa on nopeasti keksitty uusia toimintoja ja kehitetty merkittäviä käyttöyhdisteitä eri teollisuudenaloilla, erityisesti lääke-ja kosmetiikkateollisuudessa, elintarvikkeissa, maataloudessa ja maataloudessa. Mikrobitekstiviestejä käytetään nykyään yhä enemmän sairauksiin, joita on aiemmin hoidettu vain synteettisillä lääkkeillä; esimerkiksi tulehduslääkkeinä, verenpainetta alentavina, kasvainsuojina, antikolesteroleemisina, kohtusalpaajina ja loislääkkeinä. Lisäksi uusia mikrobimetaboliitteja käytetään ei-lääketieteellisillä aloilla, kuten maataloudessa, merkittävien rikkakasvien torjunta-aineiden, hyönteismyrkkyjen, kasvien kasvua säätelevien aineiden, ympäristöystävällisten rikkakasvien ja torjunta-aineiden sekä muiden teollisuustuotteiden, kuten pigmenttien ja pinta-aktiivisten aineiden kanssa .

nestemäisellä väliaineella tehdyistä tutkimuksista tiedetään nyt, että SMs: n tuotanto alkaa, kun kasvua rajoittaa yhden keskeisen ravintoaineen eli hiilen, typen tai fosfaatin loppuminen (ravitsemuksellinen siirtymävaihe). Esimerkiksi Penicillium chrysogenum-bakteerin aiheuttama penisilliinin biosynteesi alkaa, kun kasvualustasta loppuu glukoosi ja sieni alkaa kuluttaa vähemmän hyödynnettävää sokeria sisältävää laktoosia . Näin kulttuuri suuntautuu suhteellisen lyhyeen kasvuvaiheeseen sekä pitkään ja tehokkaaseen tuotantovaiheeseen. Toisin sanoen erilaiset tuotteet (unaarit metaboliitit, entsyymit jne.) tarvitsevat erilaista käymisprosessin suunnittelua ja valvontaa.

näin ollen on tärkeää ottaa huomioon, että tuote on SM ja myös sen sääntely, jotta voidaan suunnitella tehokas prosessi, jossa on sopivasti rajoittavia ravintoaineita. Lisäksi SMs: n sääntelyn ymmärtäminen on perinteisesti ollut prosessin suunnittelun perustana ja myös apuna tuotantokantojen kehittämisessä.

geenitekniikan, genomiikan ja muiden pitkälle kehitettyjen molekyylityökalujen tulo on kuitenkin edistänyt erittäin nopeaa kehitystä SM: n säätelyn ymmärtämisessä, jota sovelletaan vasta hitaasti.

tutkimukset osoittavat, että ravintoärsykkeiden (ravinteiden sammuminen) lisäksi on muitakin odottamattomia Ympäristöärsykkeitä, jotka aiheuttavat tekstiviestiä, kuten valon voimakkuus, pH ja redox-tila. Lisäksi on havaittu, että pienetkin molekyylit, jotka edustavat lajien sisäistä tai välistä viestintää, voivat aiheuttaa tekstiviestin.

nämä uudet tutkimukset ovat paljastaneet monimutkaisemman yleiskuvan SM-sääntelystä, jossa on erilaisia hierarkkisia tasoja, kuten epigeneettinen sääntely, globaalit säätelijät ja polkukohtaiset säätelijät. Näitä säätelypiirejä aktivoivat yleensä järjestelmät, jotka aistivat nämä erilaiset ympäristövihjeet (signal transduction cascades).

tämä on järkevää, koska mikro-organismit (erityisesti sienet ja aktinomycetes) sopeutuvat luontaisessa elinympäristössään optimaalisesti aistimaan ja reagoimaan ympäristöolosuhteisiin, kuten lämpötilaan, kosteuteen, ravinteiden saatavuuteen, kilpailijoihin ja jopa mahdollisiin parittelukumppaneihin, ja reagoivat usein tekstiviestillä.

tavanomaisissa teollisissa fermentaatioissa, joskin hyvin keinotekoisessa ympäristössä, mikro-organismit noudattavat yhä evolutiivista perimäänsä geenien säätelystä niiden läheisyydessä Havaittujen signaalien mukaisesti. Tämä tarkoittaa sitä, että näistä SMF-reaktoreista puuttuu monia tärkeitä signaaleja, ja siksi mikro-organismin koko tuotantopotentiaali on hyvin todennäköisesti alihyödynnetty.

toisaalta solid-state fermentation (SSF) voi tarjota ympäristöolosuhteet lähempänä niiden luonnollista elinympäristöä, joten tämä voisi selittää erinomaisen suorituskyvyn SMs: n ja entsyymien tuotannossa tässä viljelyjärjestelmässä.

tutkimuksissa on havaittu SSF-spesifisiä ympäristöärsykkeitä, joilla on valtava vaikutus SM-tuotantoon. Näin ollen SMs: ää indusoivien ärsykkeiden luettelo on pidentynyt, mikä tarjoaa uusia mahdollisuuksia suunnitella parempia prosesseja ja havaita potentiaalisia kohteita geneettiselle parannukselle.

tämän luvun ensimmäisessä osassa tarkastellaan klassisia mekanismeja, jotka ohjaavat SMs: ää, ja kuvataan joitakin sovelluksia prosessi-ja rasituksen parantamisessa. Toisessa osassa kuvataan uutta ja laajennettua näkemystä eri tasojen sääntelystä. Tämän jälkeen tarkastellaan SM-sääntelyn tuloksia SSF: ssä ja sen suhdetta SSF-spesifisiin SM: ää aiheuttaviin ympäristövihjeisiin. Viimeisessä osassa tarkastellaan näiden uusien löydösten todellisia ja mahdollisia sovelluksia prosessien kehittämiseen ja jännitetään geneettistä parannusta.