Биотехнология. принципы и применение - Бич Г.
ISBN 5-03-000058-5
Скачать (прямая ссылка):
видов углеводородного сырья как потенциального источника более ценных
органических соединений говорится уже давно, но лишь немногие процессы
используются сегодня для получения промышленной продукции. Так, из
нафталина при помощи микробов вырабатывают салициловую кислоту и другие
окисленные его производные. Об этом в последние двадцать лет писали не
раз (Cain, 1980; Tangnu, Ghose, 1980, 1981).
К числу бактерий, способных вырабатывать салициловую кислоту (рис. 4.4)
при росте в средах с нафталином, принадлежат многие виды Pseudomonas,
Achromobacter и Corynebacte-rium. Запатентован способ выработки о-
гидроксибензальпиро-виноградной кислоты и 1,2-дигидро-1,2-
дигидроксинафталина при участии видов Nocardia. Большинство диких штаммов
бактерий, расщепляющих нафталин, при хорошей аэрации в простых солевых
средах редко образует салицилат в концентрации, превышающей 1%, но путем
изменения сред и отбора подходящих штаммов могут быть получены и более
высокие выходы.
Одним из основных факторов, влияющих на выход, является доступность
субстрата, и накопление салицилата происходит лишь при постоянном
присутствии нафталина: это угнетает
дальнейшие окислительные превращения. Механизм деградаций
Химия и технология
145
зависит от относительной концентрации нафталина и салициловой кислоты.
Сложность заключается в том, что полиаромати-ческий нафталин плохо
растворим в воде, в среде ферментации он обычно присутствует в виде
тонкой взвеси. Добавление эмульгаторов типа Span 80, Span 20, лецитина,
кефалина и других поливиниловых спиртов существенно увеличивает накоп-
Н ОН
02 ОН
I " I Н
Нафталин- оксигеназа Нафталин
Ключ
Накопление мутантами
н
О-Г идроксибензаль' пировиноградная кислота____________
Химическая
дегидратация
Он
1,2-Дигидрокси~ нафталин
1,2-Дигидро-ксинафталин-оксигеназа
Химическое производство
Г
Пируват-
Клетки
* Дегидрогеназа
аонсалицилового альдегида
сно Салициловый Накопление в результате альдегид
изменения среды или Пяпкнрйшая
применения методов ^ еишая
генетической инженерии деградация
Рис. 4,4. Микробиологическая конверсия нафталина вещества.
Декарбоксилаза $ салициловой
полезные органические
ления салицилата, так как при этом повышается доступность субстрата.
Обычно используют чистый нафталин, но салицилат можно получать и из
неочищенных нафтафракиий. Примеси (алкилнафталины, тиофен, бензотиофен и
крезолы) этому не мешают.
В ходе ферментации pH быстро падает, так что нужно использовать сильно
забуференные среды с высокой концентрацией фосфата либо добавлять
мочевину или углекислый кальций. Для максимального накопления салицилата
необходимы ионы
10-1344
446
Глава 4
различных металлов. Сообщалось, что выход можно еще более ¦повысить, если
внести в среду особые добавки: органические и неорганические производные
алюминия или бора, пантотеновую кислоту и ряд других веществ. Ферментация
регулируется накапливающимся продуктом, а не субстратом; удаление салици-
лата из среды снимает его ингибирующее влияние на рост и приводит к
дальнейшему образованию салициловой кислоты. Продукт отделяют двумя
способами. Для этого используют анионообменную смолу (типа амберлит IRA-
400), которую либо вносят прямо в среду, либо помещают в диализный мешок;
при этом салициловая кислота адсорбируется смолой. Культуральную жидкость
можно пропускать через колонку с ионообменной смолой, смонтированную
около ферментера. При этом концентрация продукта в ферментере все время
поддерживается на низком уровне, что многократно увеличивает выход (до 6
раз); возрастает полнота извлечения продукта. Альтернативный способ
удаления продукта - диализная ферментация. Применение этого процесса на
небольшой опытной установке позволило увеличить выход салицилата от 10 до
206 г/л. Преимущество метода состоит в том, что удается избежать
неблагоприятного воздействия ионообменных смол; с другой стороны,
приходится использовать большие объемы жидкой среды, что снижает
концентрацию в ней продукта. Применяются и другие, более традиционные
способы отделения продукта, например экстракция растворителем.
Производство салицилата путем ферментации также страдает от фаговой
инфекции, и приходится вести работу по селекции устойчивых к фагам
мутантов.
Показано, что деградация нафталина и салицилата микроорганизмами
нескольких родов детерминируется плазмидами. Так, за превращение
нафталина в салицилат ответственна плазмида NAH: она несет гены
ферментов, осуществляющих этот процесс (нафталиноксигеназы, 1,2-
диоксинафталиноксигеназы, дегидрогеназы салицилового альдегида). Таким
образом, у многих микроорганизмов, использующих нафталин, генетическая
информация для осуществления этого процесса закодирована в плазмиде, но
это бывает не всегда. В ходе использования таких плазмид создаются
предпосылки для встраивания соответствующего генетического материала в
хромосомы клеток хозяина, что превращает штаммы в продуценты салицилата.
Способность использовать или окислять нафталин обычно закрепляется при
