sekundär metabolit

1 Introduktion

sekundära metaboliter (SMs) är föreningar med varierade och sofistikerade kemiska strukturer, producerade av mikroorganismer efter den snabba tillväxtfasen. Dessa föreningar är inte nödvändiga för tillväxt, så de har beskrivits som SMs i motsats till primära metaboliter (som aminosyror, nukleotider, lipider och kolhydrater).

även om antibiotika är det mest kända SMs, har de senaste decennierna varit en fas av snabb upptäckt av nya aktiviteter och utveckling av stora föreningar för användning inom olika industriområden, särskilt läkemedel och kosmetika, livsmedel, jordbruk och jordbruk. Mikrobiella SMs tillämpas nu alltmer på sjukdomar som tidigare behandlats endast av syntetiska droger; till exempel som antiinflammatoriska, hypotensiva, antitumör -, antikolesterolemiska, uterokontraktanter och antiparasitiska medel. Dessutom används nya mikrobiella metaboliter i icke-medicinska områden som jordbruk, med stora herbicider, insekticider, växttillväxtregulatorer och miljövänliga herbicider och bekämpningsmedel samt andra industriprodukter som pigment och ytaktiva ämnen .

från studier i flytande medium är det nu känt att produktionen av SMs börjar när tillväxten begränsas av uttömningen av ett viktigt näringsämne: kol, kväve eller fosfatkälla (näringsförskjutning). Till exempel börjar penicillinbiosyntes av Penicillium chrysogenum när glukos är uttömd från odlingsmediet och svampen börjar konsumera laktos, ett mindre lätt använt socker . Således riktas kulturen mot en relativt kort tillväxtfas och en lång och effektiv produktionsfas. Med andra ord olika produkter (unära metaboliter, enzymer etc.) behöver olika fermenteringsprocessdesign och kontroll.

följaktligen är det viktigt att överväga att produkten är en SM och dess reglering, för att utforma en effektiv process med lämpliga begränsande näringsämnen. Dessutom har förståelsen för regleringen av SMs traditionellt varit grunden för processdesignen och också ett stöd för att utveckla produktionsstammar.

emellertid har ankomsten av genteknik, genomik och andra sofistikerade molekylära verktyg främjat en mycket snabb framsteg i förståelsen av reglering av SM som endast långsamt tillämpas.

studier visar att förutom näringsmässiga stimuli (näringsutmattning) finns det andra oväntade miljöstimuli som inducerar SMs, som ljusintensitet, pH och redoxstatus. Dessutom har det visat sig att även små molekyler, som representerar intra – eller interspecies kommunikation, kan inducera SMs.

dessa nya studier har avslöjat ett mer komplext panorama av SM-reglering, med olika hierarkiska nivåer, inklusive epigenetisk reglering, globala regulatorer och vägspecifika regulatorer. Dessa regleringskretsar aktiveras vanligtvis av system som känner av dessa olika Miljösignaler (signaltransduktionskaskader).

detta är vettigt, eftersom mikroorganismer (svampar och aktinomyceter i synnerhet) i deras naturliga livsmiljö är optimalt anpassade för att känna och svara på miljöförhållandena som temperatur, fuktighet, näringstillgänglighet, konkurrenter och till och med potentiella parningspartners, som ofta svarar med SMs.

i konventionella industriella fermentationer, även om mikroorganismer i en mycket konstgjord miljö fortfarande följer sitt evolutionära arv av genreglering enligt signaler som känns i deras närhet. Detta innebär att många viktiga signaler saknas i dessa nedsänkta jäsningsreaktorer (SmF), och därmed är mikroorganismernas fulla produktionspotential mycket sannolikt underutnyttjad.

å andra sidan kan solid state fermentation (SSF) ge miljöförhållanden närmare de i deras naturliga livsmiljö, så detta kan förklara den enastående prestandan när det gäller produktion av SMs och enzymer i detta kultursystem.

studier har identifierat SSF-specifika miljöstimuli som har en enorm effekt över SM-produktion. Därför har listan över SMs-inducerande stimuli förlängts, vilket representerar nya möjligheter att utforma bättre processer och upptäcka potentiella mål för genetisk förbättring.

den första delen av detta kapitel granskar de klassiska mekanismer som styr SMs och beskriver vissa tillämpningar i process och stam förbättring. Det andra avsnittet beskriver den nya och utvidgade synen på reglering på deras olika nivåer. Därefter undersöks resultaten om SM-reglering i SSF och dess relation till SSF-specifika Miljösignaler som inducerar SM. Det sista avsnittet reviderar faktiska och potentiella tillämpningar av dessa nya fynd för att bearbeta utveckling och stammar genetisk förbättring.