Corynebacterium glutamicum é uma bactéria na forma de um bacilo, Gram positivo, anaeróbico facultativo e presente no solo. Não forma esporos nem é patogênico. Juntamente com o restante das Corynebacteriaceae e as bactérias das famílias Mycobacteriaceae e Nocardiaceae, faz parte do grupo conhecido como grupo CMN. Este grupo inclui muitas bactérias de importância médica e veterinária.
A bactéria C. glutamicum é amplamente utilizada na indústria para a produção de aminoácidos . O uso desta bactéria na produção industrial remonta a mais de 40 anos.
A quantidade de aminoácidos produzidos por essas bactérias, incluindo glutamato monossódico e L-lisina, atualmente excede 100 toneladas por ano.
Características gerais
-Corynebacterium glutamicum é uma bactéria Gram-positiva não patogênica.
-Não produz esporos.
-Ele contém catalase.
-Decompõe carboidratos através do seu metabolismo fermentativo.
-É capaz de sintetizar aminoácidos como serina, glutamato e lisina.
Taxonomia
A espécie C. glutamicum foi descoberta pela primeira vez no Japão e descrita por Kinoshita et al. Em 1958, sob o nome de Micrococcus glutamicus. Mais tarde (1967), Abe e colaboradores a realocaram no gênero Corynebacterium .
As bactérias do gênero Corynebacterium estão localizadas taxonomicamente na subordem Corynebacterineae. Esta subordem pertence à ordem Actinomycetales, classe Actinobacteria.
A subordem Corynebacterineae inclui as famílias Corynebacteriaceae, Mycobacteriaceae e Nocardiaceae denominadas grupo CMN. Corynebacterium pertence à primeira dessas famílias.
Morfologia
As bactérias têm a forma de um pau com pontas inchadas na forma de um martelo ou taco. Possui um cromossomo e um plasmídeo circular. Seu genoma consiste em 3.314.179 nucleotídeos.
A parede celular é composta, entre outras substâncias, por uma camada de peptidoglicano, ácidos micólicos de cadeia curta, ácidos meso-diaminopimélicos e polímeros de arabino-galactano.
Cultivo
Corynebacterium glutamicum utiliza uma grande variedade de substratos, incluindo açúcares, ácidos orgânicos e álcoois, para o seu crescimento e a produção de aminoácidos .
Esta bactéria decompõe carboidratos através do processo de fermentação . A produção de aminoácidos é influenciada pela fonte de carbono fornecida e por certas condições de suplementos, como a limitação da biotina.
Para obter inóculos, foram utilizados meios de cultura de complexos de triptona (YT), extrato de levedura e meios mínimos modificados de CGXII.
Para o cultivo, são recomendadas temperaturas de 30 ° C e um pH de 7,4-7,5. As fontes de carbono, bem como as substâncias que serão usadas para enriquecer a colheita, dependerão dos resultados a serem obtidos.
Por exemplo, verificou-se que glicose, sulfato de amônio, sulfato de magnésio e fosfato dipotássico têm uma influência significativa na produção de succinato.
Para obter uma alta concentração de L-lisina, o meio de cultura deve ter glicose, sulfato de amônio, carbonato de cálcio, bactocasaminoácido, cloridrato de tiamina, D-biotina, di-hidrogenofosfato de potássio, sulfato de magnésio hepta-hidratado, sulfato ferroso hepta-hidratado e cloreto de manganês tetra-hidratado.
Patogênese
Embora a maioria das bactérias pertencentes à família Corynebacteriaceae seja patogênica, algumas delas, incluindo C. glutamicum, são inofensivas. Estes últimos, conhecidos como não-difteria corinebactérias (CND), são comensais ou saprófitas que podem estar presentes em humanos, animais e no solo.
Alguns CNDs, como C. glutamicum e C. feeiciens , são utilizados na produção de aminoácidos e vitaminas essenciais.
Usos em biotecnologia
O genoma de C. glutamicum é relativamente estável, cresce rapidamente e não secretam protease extracelular. Além disso, não é patogênico, não forma esporos e possui relativamente poucos requisitos de crescimento.
Essas características, e o fato de produzir enzimas e outros compostos úteis, permitiram que essa bactéria fosse chamada de “cavalo de batalha” em biotecnologia.
Produção de aminoácidos
O primeiro produto encontrado conhecido por ser biossintetizado por C. glutamicum foi o glutamato. O glutamato é um aminoácido não essencial presente em cerca de 90% das sinapses cerebrais.
Está envolvido na transmissão de informações entre neurônios do sistema nervoso central e na formação e recuperação da memória .
A lisina, um aminoácido essencial para os seres humanos e parte das proteínas sintetizadas pelos seres vivos , também é produzida por C. glutamicum .
Outros aminoácidos obtidos a partir desta bactéria incluem treonina, isoleucina e serina. A treonina é usada principalmente para prevenir o aparecimento do herpes.
Serina ajuda na produção de anticorpos e imunoglobulinas. A isoleucina, por sua vez, está envolvida na síntese de proteínas e produção de energia durante a prática de exercícios físicos.
Outros produtos e aplicações
Pantotenato
É a forma mais ativa de vitamina B5 (ácido pantotênico), pois o pantotenato de cálcio é usado como complemento nas dietas. A vitamina B5 é indispensável na síntese de carboidratos, lipídios e proteínas.
Ácidos orgânicos
Entre outros, C. glutamicum produz lactato e succinato. O lactato possui múltiplas aplicações, como amaciante, regulador de acidez alimentar, bronzeamento da pele, purgativo, entre outras.
Enquanto isso, o succinato é usado para a produção de lacas, corantes, perfumes, aditivos alimentares, medicamentos e para a fabricação de plásticos biodegradáveis.
Álcoois
Por fermentar açúcares, é capaz de produzir álcoois, como etanol e isobutanol. Por esse motivo, existem testes para a síntese de etanol em culturas de C. glutamicum a partir de resíduos de cana-de-açúcar. O objetivo desses testes é alcançar a produção industrial de biocombustíveis.
O xilitol, um poliálcool ou álcool de açúcar, é usado como adoçante diabético, porque não aumenta os níveis de açúcar no sangue.
Biorremediação
C. glutamicum contém dois operons em seu genoma, chamados ars1 e ars2, que são resistentes ao arsênico. Existem estudos em desenvolvimento com o objetivo de, eventualmente, usar esta bactéria para absorver o arsênico do meio ambiente.
Plásticos biodegradáveis
Além do succinato, ácido orgânico produzido naturalmente pelas bactérias, útil para a produção de plásticos biodegradáveis, existe outro possível composto que pode ser utilizado para esses fins.
Este composto é um poliéster chamado poli (3-hidroxibutirato) (P (3HB)). P (3HB) não é produzido naturalmente por C. glutamicum . No entanto, os engenheiros genéticos têm estudos avançados para criar uma via biossintética na bactéria que permita sua produção.
Referências
- S. Abe, K.-I. Takayama, S. Kinoshita (1967). Estudos taxonômicos em bactérias produtoras de ácido glutâmico. O Jornal de Microbiologia Geral e Aplicada.
- J.-Y. Lee, Y.-A. Na, E. Kim, H.-S. Lee, P. Kim (2016). A actinobactéria Corynebacterium glutamicum , um cavalo de batalha industrial. Jornal de Microbiologia e Biotecnologia.
- Os dados foram coletados por meio de questionários, entrevistas e entrevistas. Decifrando a adaptação de Corynebacterium glutamicum na transição da aerobiose via microaerobiose para anaerobiose. Genes
- S. Wieschalka, B. Blombach, M. Bott, BJ Eikmanns (2012). Produção biológica de ácidos orgânicos com Corynebacterium glutamicum . Biotecnologia
- M. Wachi (2013). Exportadores de aminoácidos em Corynebacterium glutamicum . In: H. Yukawa, M. Inui (Eds.) Corynebacterium glutamicum biology and biotechnology.
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- Corynebacterium glutamicum . No Wiki Microbe. Recuperado em 25 de setembro de 2018 de microbewiki.kenyon.edu.