Productie van Lysine: verschillende productiewijzen voor lysine

Productie van Lysine: verschillende productiewijzen van Lysine!

Lysine is een aminozuur dat essentieel is voor dierlijke en menselijke voeding. Het komt alleen in plantaardige eiwitten voor in lage concentraties; toevoeging van lysine kan daarom de kwaliteit van plantaardig voedsel verhogen.

Lysine wordt tegenwoordig alleen geproduceerd door microbiële processen en er zijn verschillende benaderingen voor de productie ervan ontwikkeld.

Lysine productie via Diaminopimelic zuur:

Lysine-histidine dubbele auxotrofe mutanten o Escherichia coli (ATCC 13002) produceren diaminopimelinezuur (DAP) op een melassemedium met een opbrengst van 19-24 g / l. De volledige fermentatieoplossing, inclusief het celmateriaal, wordt vervolgens geïncubeerd met Aerobacter aerogenes (ATCC 12409) bij 35 ° C. Na 20 uur is de DAP kwantitatief gedecarboxyleerd tot L-lysine, de LL-DAP moet worden omgezet in de meso vorm door racemisatie vóór de decarboxylatiestap.

Conversie van DL-α-amino-caprolactam:

Het enzymatisch van DL-aminocaprolactam in L-lysine vindt plaats volgens het schema zoals vermeld.

Bij 10% DL-aminocaprolactamoplossing (pH 8, 0) wordt toegevoegd aan 0, 1% (gew./vol.) Met aceton gedroogde cellen van Cryptococcus laurentii en van Achromobacter obae. Een omzettingsefficiëntie van 99, 8% wordt verkregen bij 40 ° C na 24 uur.

Directe gisting:

Productiestammen:

Efficiënte lysineproducenten worden gevonden bij glutaminezuur-producerende mutanten van Corynebacterium en Brevibacterium die homoserine-auxotrofen zijn of bij methionine-threonine-dubbele auxotrofen. Hoge lysine producerende stammen worden ook gevonden onder organismen die resistent zijn tegen de lysine antimetaboliet S- (P-aminoethyl) - L-cysteïne (AEC). De belangrijkste lysine-uitscheidende stammen zijn C. glutamicum, B.flavutn, B. lactofermentum, etc.

Protoplast-fusie tussen hoogproductieve stammen en wilde stammen van B. lactofermentum, Corynebacterium en Brevibacterium-mutanten heeft geleid tot stammen met verbeterde groei-eigenschappen of hogere rendementen.

Kloningsstudies met E. coli, met behulp van plasmide pBR322 als een vector, hebben aangetoond dat alleen in getransformeerde stammen die het dapA-gen bevatten, een significante toename in lysineproductie optreedt (6, 5 g / l). Het enzym door dap A, dihydrodipicolinaatsynthase (DDPS) is daarom geïndiceerd als een snelheidsbeperkende stap voor lysine biosynthese. Er zijn ook studies uitgevoerd naar de transformatie van C. glutamicum met plasmide pAC2 als vector voor het DDPS-coderende gen.

Biosynthese en Regidatie:

Lysine wordt gesynthetiseerd in micro-organismen via de diaminopimelinezuurroute of de aminoadipinezuurroute. In elk enkel organisme wordt echter slechts een van de twee alternatieven gebruikt: bacteriën, actinomyceten, cyanobacteriën, sommige fycomyceten, alle ascomyceten en basidiomyceten gebruiken de aminoadipische route.

Hoewel twee organismen dezelfde route kunnen gebruiken, kan de manier waarop de route wordt gereguleerd verschillen.

In Escherichia coli zijn drie verschillende regelgevende processen betrokken:

ik. Er bestaan ​​twee isoenzymen van homoserine dehydrogenase die worden onderdrukt door L-methionine of L-threonine.

ii. Er zijn drie isoenzymen van aspartiokinase, één die repressie door L-methionine laat zien, de tweede toont multivalente repressie door L-threonine en L-isoleucine naast feedback-inhibitie door L-threonine, en de derde toont feedback-inhibitie en repressie door L-lysine.

iii. Dihydropicolinaatsynthase, het eerste specifieke enzym van de biosynthese van lysine, vertoont feedback-inhibitie door L-lysine.

Voor alle drie deze enzymatische reacties moeten regulerende mechanismen worden geëlimineerd om de overproductie van L-lysine te verkrijgen die noodzakelijk is voor de commerciële bereiding ervan.

In tegenstelling tot E. coli is het regulerende mechanisme voor lysine-producerende stammen, zoals Corynebacterium glutamicum of Brevibacterium flavum, veel eenvoudiger. Er is slechts één aspartokinase en één homoserine dehydrogenase. Aspartokinase wordt gereguleerd via multivalente feedback-remming van L-theronine en L-lysine.

Voorwaarden voor commerciële productie:

Suikerrietmelasse wordt voornamelijk gebruikt als koolstofbron bij industriële productie; acetaat, ethanol of alkanen kunnen ook worden gebruikt. Als stikstofbronnen worden gasvormige ammoniak- of ammoniumzouten gebruikt, ureum wordt ook gebruikt als het producerende micro-organisme urease-activiteit heeft. Groeifactor L-homoserine of L-threonine en L-methonine moet worden toegevoegd, maar in een suboptimale concentratie om ongewenste regulerende effecten te voorkomen. Hydrolysaten van sojaproteïnen of andere goedkope eiwitbronnen worden vaak gebruikt. Het biotinegehalte in het medium moet hoger zijn dan 30 pg / 1 voor een optimale lysineproductie. Het biotinegehalte in suikerrietmelasse is meestal hoog genoeg, maar als melasse van suikerbieten of zetmeelhydrolysaten wordt gebruikt, moet biotine worden toegevoegd.

Een typische gisting op basis van suikerrietmelasse met C. glutamicum (stam 901) vindt als volgt plaats:

1. Eerste zaadcultuur:

Glucose 20 g; pepton 10 g; vlees-extract 5 g; NaCl 2, 5 g; kraanwater 1 liter.

2. Tweede zaadcultuur:

Suikerrietmelasse 50 g; (NH4) 2S04 4 20 g; maisweekvloeistof 50 g; CaCO 3 10 g; leidingwater 1 liter.

3. Hoofdcultuur:

Suikerrietmelasse 200 g; soja-eiwithydrolysaat 18 g; tik warer 1 liter. De pH wordt neutraal gehouden met aq. NH 3 . Duur van de gisting, 60 uur. Waaiersnelheid 150 rpm; beluchting 0.6 vvm; temperatuur 28 ° C.