Микробный синтез на основе целлюлозы: белок и другие ценные продукты - Лобанок А.Г.
ISBN 5-343-00283-8
Скачать (прямая ссылка):
Преобладающими целлюлолитическими бактериями рубца являются Bacieroides succinogenes, Buiyrivibrio fibrisolvens, Ru-minococcus atbus, Eubacterium cellulosolvens, Micromonospora ruminantium, Micromonospora propionici (Ljungdahl, Eriksson,
1985), Bacteroides succinogenes ферментирует целлюлозу, целло-биозу, глюкозу, крахмал и другие углеводы, фиксирует С02, продуцирует внеклеточную эндоглюканазу. Целлюлазная активность у этого организма также связана с мембранной фракцией клетки и растворимой белковой фракцией, целлобиаза ассоциирована с клеткой и является конститутивной.
Bacteroides succiriigenes способны использовать целлюлозу в качестве единственного источника углерода. Бактерии полностью покрывают волокна целлюлозы, плотно прилипая к нитям. Бес-клеточные экстракты, а также культуральная жидкость плохо гидролизуют фильтровальную бумагу или микрокристаллическую целлюлозу (Groleau, Forsberg, 1981). Bacteroides succinogenes S 85 продуцирует на среде с микрокристаллической целлюлозой множественные формы |3-1,4-эндоглюканаз (Schellhorn, Forsberg, 1984). Семь дискретных целлюлаз, разделенные хроматографически, делились на две группы в зависимости от величины отношения их деполимеризующеп активности к сахаролитической активности и от характера седиментации. Не осаждаемые при центрифугировании фракции проявляли активность, более характерную для экзоглюканаз. Предполагается, что целлюлазы этой фракции играют определенную роль при гидролизе нерастворимой целлюлозы бактериями in situ. Глюканазы из этой фракции имеют более выраженную тенденцию сорбироваться на нерастворимых полимерах.
Некоторые штаммы Butyrivibrio fibrisolvens, особенно выделенные из рубца овцы, разлагают целлюлозу и ксилан. Основными продуктами распада при этом являются Н2, С02, масляная и молочная кислоты. Ruminococcus flavefaciens и R. albus активно деградируют целлюлозу в рубце травоядных животных. Большинство штаммов усваивает целлюлозу и ксилан. Основные продукты метаболизма целлобиозы — органические кислоты, этанол, Н2. Целлюлазы рубцовой бактерии Ruminococcus albus, как внеклеточные, так и связанные с клетками, являются эндоглюка-назами. Степень агрегации субъединиц препаратов целлюлаз, полученных из клеток, значительно варьирует.
27
Отмечен синергизм между целлюлазами Ruminococcus albus и целлобиогидролазой Trichoderma koningii при действии на авицель (Wood, Wilson, 1984). Целлюлолитическая активность у этих организмов имеет конститутивный характер. Основными продуктами являются целлобиоза, целлотриоза и глюкоза. Предполагается, что эти бактерии образуют большой ферментный комплекс, связанный с клеточной поверхностью посредством глюкопротеиновой оболочки, последняя способствует адгезии клетки к целлюлозному субстрату. Ruminococcus albus, так же как Clostridium thermocellum и Ruminococcus flavefaciens, продуцирует фактор аффинитета, который связывает целлюлазу или бактериальную клетку с субстратом. Eubacierium cellulo-solvens весьма специфична по отношению к целлюлозным субстратам, хотя ее роль в рубце жвачных животных считается несущественной.
Род Cellulomonas представлен целлюлолитическими бактериями, не образующими спор, растущими в аэробных и анаэробных условиях и способными деградировать целлюлозу из разных источников. Целлюлазная система Cellulomonas сложна и, как полагают, сходна с таковой у Clostridium thermocellum. Ферменты, продуцируемые Cellulomonas sp., тесно связываются с субстратом и появляются в культуральной жидкости только в стационарной фазе (Ljungdahl, Eriksson, 1985). У одних видов Cellulomonas конечным продуктом действия целлюлаз является глюкоза, у других, как у Clostridium thermocellum, образуется целлобиозофосфорилаза, расщепляющая целлобиозу с образованием глюкозы и глюкозо-1-фосфата. Так, по данным Choud-hury (1982—1984), осахаривающая багассу способность культуры Cellulomonas sp. выше, чем разделенные центрифугированием супернатант и биомасса. В гидролизатах содержится более высокий процент целлобиозы, чем глюкозы. Общая целлюлоли-тическая активность Cellulomonas sp. уступает Trichoderma reesei.
Большой интерес представляет сообщение Calloway и Turner (1983) о том, что из древесных червей выделена новая уникальная бактерия, которая может усваивать целлюлозу и фиксировать молекулярный азот. Бактерия является аэробным хемоге-теротрофом. При сильной аэрации она нуждается в источнике сложного азота, в микроаэрофильных условиях она связывает атмосферный азот. На Isa 11 и Gibson (1985) установили, что смешанные культуры Cellulomonas gelida и Azospirillum lipoferum или A. brasilense и С. gelida, а также Bacillus macerans деградируют целлюлозу и солому и используют энергию продуктов расщепления для фиксации атмосферного азота. В течение 30 дней кооперативного процесса целлюлоза расщепляется на 20%, а солома — на 28—30%, при этом связывается от 12 до 14,6 мг N/r целлюлозы и от 17 до 19 мг N/r соломы. Штаммы Cellulomonas в отличие от грибов расщепляют целлюлозу при
28
низкой концентрации кислорода, что способствует тесной ассоциации целлюлозоразрушающих и микроаэрофильных диазо-трофных микроорганизмов. В культурах, пнокулированных первоначально бактериями в различных пропорциях, устанавливается стабильное соотношение клеток Azospirillutn и Cellulomo-nas — 1:3.
