metabolitul secundar

1 Introducere

metaboliții secundari (SMs) sunt compuși cu structuri chimice variate și sofisticate, produși de microorganisme după faza de creștere rapidă. Acești compuși nu sunt esențiali pentru creștere, deci au fost descriși ca SMs în opoziție cu metaboliții primari (cum ar fi aminoacizii, nucleotidele, lipidele și carbohidrații).

chiar dacă antibioticele sunt cele mai cunoscute SMs-uri, ultimele decenii au fost o fază de descoperire rapidă a noilor activități și de dezvoltare a compușilor majori de utilizare în diferite domenii industriale, în special farmaceutice și cosmetice, alimente, agricultură și agricultură. SMs-urile microbiene sunt acum din ce în ce mai aplicate bolilor tratate anterior numai de medicamente sintetice; de exemplu, ca agenți antiinflamatori, hipotensivi, antitumorali, anticolesterolemici, uterocontractanți și antiparazitari. În plus, noi metaboliți microbieni sunt utilizați în domenii nemedicale, cum ar fi agricultura, cu erbicide majore, insecticide, regulatori de creștere a plantelor și erbicide și pesticide ecologice, precum și alte produse industriale, cum ar fi pigmenții și agenții tensioactivi .

din studiile pe mediu lichid, se știe acum că producția de SMs începe atunci când creșterea este limitată de epuizarea unui nutrient cheie: carbon, azot sau sursă de fosfat (schimbare nutrițională). De exemplu, biosinteza penicilinei de către Penicillium chrysogenum începe atunci când glucoza este epuizată din mediul de cultură și ciuperca începe să consume lactoză, un zahăr mai puțin utilizat . Astfel, cultura este îndreptată spre o fază de creștere relativ scurtă și o fază de producție lungă și eficientă. Cu alte cuvinte, diferite produse (metaboliți unari, enzime etc.) aveți nevoie de un design și un control diferit al procesului de fermentare.

în consecință, este important să se considere că produsul este un SM și, de asemenea, Regulamentul său, pentru a proiecta un proces eficient, cu nutrienți limitativi adecvați. În plus, înțelegerea reglementării SMs a fost în mod tradițional baza pentru proiectarea procesului și, de asemenea, un ajutor în dezvoltarea tulpinilor de producție.

cu toate acestea, sosirea ingineriei genetice, a genomicii și a altor instrumente moleculare sofisticate au promovat un progres foarte rapid în înțelegerea reglementării SM care se aplică doar încet.

studiile indică faptul că, pe lângă stimulii nutriționali (epuizarea nutrienților), există și alți stimuli de mediu neașteptate care induc SMs, cum ar fi intensitatea luminii, pH-ul și starea redox. Mai mult, s – a constatat că chiar și moleculele mici, care reprezintă comunicarea intra-sau interspecifică, pot induce SMs.

aceste noi studii au dezvăluit o panoramă mai complexă a reglementării SM, cu niveluri ierarhice diferite, inclusiv reglarea epigenetică, regulatori globali și regulatori specifici căii. Aceste circuite de reglementare sunt în general activate de sisteme care simt aceste indicii de mediu diferite (cascade de transducție a semnalului).

acest lucru are sens, deoarece în habitatul lor natural microorganismele (în special ciupercile și actinomicetele) sunt adaptate optim pentru a simți și a răspunde condițiilor de mediu, cum ar fi temperatura, umiditatea, disponibilitatea nutrienților, concurenții și chiar potențialii parteneri de împerechere, răspunzând adesea cu SMs.

în fermentațiile industriale convenționale, deși într-un mediu foarte artificial, microorganismele încă aderă la moștenirea lor evolutivă de reglare a genelor în funcție de semnalele resimțite în vecinătatea lor. Aceasta înseamnă că multe semnale importante lipsesc în aceste reactoare de fermentație scufundată (SmF) și, prin urmare, potențialul de producție complet al microorganismului este foarte probabil subexploatat.

pe de altă parte, fermentația în stare solidă (SSF) poate oferi condiții de mediu mai apropiate de cele din habitatul lor natural, astfel încât acest lucru ar putea explica performanțele remarcabile în ceea ce privește producția de SMs și enzime în acest sistem de cultură.

studiile au identificat stimuli de mediu specifici SSF care au un efect enorm asupra producției de SM. Prin urmare, lista stimulilor care induc SMs s-a prelungit, reprezentând noi oportunități de a proiecta procese mai bune și de a identifica ținte potențiale pentru îmbunătățirea genetică.

prima parte a acestui capitol analizează mecanismele clasice care controlează SMs-urile și descrie unele aplicații în procesul de îmbunătățire și tulpina. A doua secțiune descrie viziunea nouă și extinsă a reglementării în diferitele lor niveluri. După aceasta, sunt examinate constatările privind reglementarea SM în SSF și relația sa cu indicii de mediu specifici SSF care induc SM. Ultima secțiune revizuiește aplicațiile reale și potențiale ale acestor noi descoperiri pentru a procesa dezvoltarea și tulpina îmbunătățirea genetică.