sekundær metabolit

1 Introduktion

sekundære metabolitter (SMs) er forbindelser med varierede og sofistikerede kemiske strukturer, produceret af mikroorganismer efter den hurtige vækstfase. Disse forbindelser er ikke essentielle for vækst, så de er blevet beskrevet som SMs i modsætning til primære metabolitter (som aminosyrer, nukleotider, lipider og kulhydrater).

selvom antibiotika er den mest kendte SMs, har de sidste årtier været en fase med hurtig opdagelse af nye aktiviteter og udvikling af større anvendelsesforbindelser inden for forskellige industrielle områder, især farmaceutiske og kosmetik, fødevarer, landbrug og landbrug. Mikrobiel SMs anvendes nu i stigende grad på sygdomme, der tidligere kun blev behandlet af syntetiske stoffer; for eksempel som antiinflammatoriske, hypotensive, antitumor, anticholesterolemiske, uterocontraktanter og antiparasitiske midler. Desuden anvendes nye mikrobielle metabolitter på ikke-medicinske områder som landbrug med store herbicider, insekticider, plantevækstregulatorer og miljøvenlige herbicider og pesticider samt andre industriprodukter som pigmenter og overfladeaktive stoffer .

fra undersøgelser i flydende medium er det nu kendt, at produktionen af SMs starter, når væksten er begrænset af udtømningen af et vigtigt næringsstof: kulstof, nitrogen eller fosfatkilde (ernæringsmæssig forskydning). For eksempel starter penicillin biosyntese af Penicillium chrysogenum, når glukose er opbrugt fra dyrkningsmediet, og svampen begynder at indtage lactose, et mindre let udnyttet sukker . Kulturen er således rettet mod en relativt kort vækstfase og en lang og effektiv produktionsfase. Med andre ord, forskellige produkter (unære metabolitter, ensymer osv.) har brug for forskellige fermenteringsprocesser design og kontrol.

derfor er det vigtigt at overveje, at produktet er en SM og også dens regulering for at designe en effektiv proces med de(n) passende begrænsende næringsstof (er). Desuden har forståelsen af reguleringen af SMs traditionelt været grundlaget for procesdesignet og også en hjælp til udvikling af produktionsstammer.

ankomsten af genteknologi, genomik og andre sofistikerede molekylære værktøjer har imidlertid fremmet en meget hurtig fremgang i forståelsen af reguleringen af SM, der kun langsomt anvendes.

undersøgelser viser, at der udover ernæringsmæssige stimuli (næringsstofudmattelse) er andre uventede miljømæssige stimuli, der inducerer SMs, som lysintensitet, pH og omkoks status. Desuden har det vist sig, at selv små molekyler, som repræsenterer intra – eller interspecies kommunikation, kan inducere SMs.

disse nye undersøgelser har afsløret et mere komplekst panorama af SM-regulering med forskellige hierarkiske niveauer, herunder epigenetisk regulering, globale regulatorer og vejspecifikke regulatorer. Disse reguleringskredsløb aktiveres generelt af systemer, der fornemmer disse forskellige miljømæssige signaler (signaltransduktionskaskader).

dette giver mening, da mikroorganismer (især svampe og actinomyceter) i deres naturlige habitat er optimalt tilpasset til at føle og reagere på miljøforholdene som temperatur, fugtighed, næringsstoftilgængelighed, konkurrenter og endda potentielle parringspartnere, der ofte reagerer med SMs.

i konventionelle industrielle fermenteringer, skønt I et meget kunstigt miljø, overholder mikroorganismer stadig deres evolutionære arv af genregulering i henhold til signaler, der er registreret i deres nærhed. Dette betyder, at der mangler mange vigtige signaler i disse nedsænkede fermenteringsreaktorer (SmF), og derfor er mikroorganismens fulde produktionspotentiale meget sandsynligvis underudnyttet.

på den anden side kan solid state fermentering (SSF) give miljøforhold tættere på dem i deres naturlige habitat, så dette kan forklare den fremragende præstation med hensyn til produktion af SMs og ferment i dette kultursystem.

undersøgelser har identificeret SSF-specifikke miljømæssige stimuli, der har en enorm effekt over SM-produktion. Derfor er listen over SMs-inducerende stimuli forlænget, hvilket repræsenterer nye muligheder for at designe bedre processer og spotte potentielle mål for genetisk forbedring.

den første del af dette kapitel gennemgår de klassiske mekanismer, der styrer SMs og beskriver nogle applikationer i proces-og belastningsforbedring. Det andet afsnit beskriver det nye og udvidede syn på regulering på deres forskellige niveauer. Efter dette, resultaterne om SM-regulering i SSF, og dets forhold til SSF-specifikke miljømæssige signaler, der inducerer SM, undersøges. Det sidste afsnit reviderer faktiske og potentielle anvendelser af disse nye fund til procesudvikling og stammer genetisk forbedring.