másodlagos metabolit

1 Bevezetés

a másodlagos metabolitok (SMs) változatos és kifinomult kémiai szerkezetű vegyületek, amelyeket mikroorganizmusok állítanak elő a gyors növekedési fázis után. Ezek a vegyületek nem nélkülözhetetlenek a növekedéshez, ezért SMs-ként írják le őket az elsődleges metabolitokkal (például aminosavakkal, nukleotidokkal, lipidekkel és szénhidrátokkal) szemben.

annak ellenére, hogy az antibiotikumok a legismertebb SMs-ek, az elmúlt évtizedek az új tevékenységek gyors felfedezésének és a különböző ipari területeken, különösen a gyógyszeriparban és a kozmetikumokban, az élelmiszeriparban, a mezőgazdaságban és a gazdálkodásban használt főbb vegyületek fejlesztésének fázisa voltak. A mikrobiális SMs – t egyre inkább alkalmazzák olyan betegségekre, amelyeket korábban csak szintetikus kábítószerekkel kezeltek; például gyulladásgátló, hipotenzív, daganatellenes, antikoleszterinémiás, uterocontractív és parazitaellenes szerekként. Ezenkívül új mikrobiális metabolitokat használnak olyan nem orvosi területeken, mint például a mezőgazdaság, a fő herbicidekkel, rovarirtókkal, növénynövekedés-szabályozókkal, környezetbarát herbicidekkel és növényvédő szerekkel, valamint más ipari termékekkel, például pigmentekkel és felületaktív anyagokkal .

folyékony közegben végzett vizsgálatokból ma már ismert, hogy az SMs termelése akkor kezdődik, amikor a növekedést korlátozza egy kulcsfontosságú tápanyag kimerülése: szén, nitrogén vagy foszfátforrás (táplálkozási eltolódás). Például a Penicillium chrysogenum penicillin bioszintézise akkor kezdődik, amikor a glükóz kimerül a tápközegből, és a gomba elkezdi fogyasztani a laktózt, egy kevésbé könnyen hasznosítható cukrot . Így a kultúra egy viszonylag rövid növekedési szakaszra, valamint egy hosszú és hatékony termelési szakaszra irányul. Más szavakkal, különböző termékek (unary metabolitok, enzimek stb.) szükség van a különböző fermentációs folyamat tervezése és ellenőrzése.

következésképpen fontos figyelembe venni, hogy a termék SM, valamint annak szabályozása, hogy hatékony eljárást tervezzen, a megfelelő korlátozó tápanyag(OK) val. Ezenkívül az SMs szabályozásának megértése hagyományosan a folyamat tervezésének alapja, valamint a termelési törzsek fejlesztésének támogatása.

a géntechnológia, a genomika és más kifinomult molekuláris eszközök érkezése azonban nagyon gyors előrelépést tett az SM szabályozásának megértésében, amelyet csak lassan alkalmaznak.

tanulmányok azt mutatják, hogy a táplálkozási ingerek (tápanyag kimerültség) mellett vannak más váratlan környezeti ingerek is, amelyek SMs-t indukálnak, mint például a fényintenzitás, a pH és a redox állapot. Sőt, azt találták, hogy még a kis molekulák is, amelyek az intra – vagy Fajok közötti kommunikációt képviselik, indukálhatják az SMs-t.

ezek az új tanulmányok az SM szabályozásának összetettebb panorámáját mutatták be, különböző hierarchikus szintekkel, beleértve az epigenetikus szabályozást, a globális szabályozókat és az útvonal-specifikus szabályozókat. Ezeket a szabályozó áramköröket általában olyan rendszerek aktiválják, amelyek érzékelik ezeket a különböző környezeti jeleket (jelátviteli kaszkádok).

ennek van értelme, mivel természetes élőhelyükön a mikroorganizmusok (különösen a gombák és az aktinomycetes) optimálisan alkalmazkodnak a környezeti feltételekhez, például a hőmérséklethez, a páratartalomhoz, a tápanyaghoz való hozzáféréshez, a versenytársakhoz és még a potenciális párzási partnerekhez is, gyakran SMs-ben válaszolva.

a hagyományos ipari fermentációkban, bár nagyon mesterséges környezetben, a mikroorganizmusok még mindig ragaszkodnak a génszabályozás evolúciós örökségéhez a közelükben érzékelt jelek szerint. Ez azt jelenti, hogy sok fontos jel hiányzik ezekben a víz alatti fermentációs (SmF) reaktorokban, ezért a mikroorganizmus teljes termelési potenciálja nagyon valószínűleg kihasználatlan.

másrészt a szilárdtest fermentáció (SSF) olyan környezeti feltételeket biztosít, amelyek közelebb állnak a természetes élőhelyükhöz, így ez magyarázhatja az SMs és enzimek termelésének kiemelkedő teljesítményét ebben a tenyésztési rendszerben.

tanulmányok azonosították az SSF-specifikus környezeti ingereket, amelyek óriási hatással vannak az SM termelésére. Ezért az SMs-t kiváltó ingerek listája kibővült, ami új lehetőségeket jelent a jobb folyamatok megtervezésére és a genetikai javulás potenciális célpontjainak észlelésére.

a fejezet első része áttekinti az SMs-t vezérlő klasszikus mechanizmusokat, és leírja a folyamat-és törzsjavítás egyes alkalmazásait. A második rész a Szabályozás új és kibővített szemléletét mutatja be különböző szintjeiken. Ezt követően megvizsgálják az SSF SM szabályozására vonatkozó megállapításokat, valamint annak kapcsolatát az SM-et kiváltó SSF-specifikus környezeti jelekkel. Az utolsó rész felülvizsgálja a tényleges és potenciális alkalmazások ezen új eredmények folyamat fejlesztése és törzsek genetikai javítása.