Nowa technologia zwiększająca produkcję lizyny

LizynaJak pokazują najnowsze badania niemieckich naukowców, nadekspresja fruktozo-1,6-bisfosfatazy w komórkach Corynebacterium glutamicum, prowadzi do znacznego zwiększenia wydajności produkcji lizyny, przy wykorzystaniu jako źródła węgla zarówno cukrów prostych jak i złożonych. L-lizyna zajmuje drugie miejsce w światowej produkcji aminokwasów, po kwasie L-glutaminowym. Wytwarzana jest w ilości ponad 600 tysięcy ton rocznie.

L-lizyna jest dominującym aminokwasem wykorzystywanym przez przemysł paszowy.
Wynika to z faktu, iż jest tzw. aminokwasem ograniczający wartość biologiczną wielu białek roślin zbożowych. Jej niedobór w pożywieniu powoduje min. zahamowanie wzrostu, zanik mięśni, zakłócenie biosyntezy białek, odwapnienie kości.

W ciągu dwóch ostatnich dekad światowe zapotrzebowanie za lizynę wzrosło dwudziestokrotnie. Zjawisko to powodują: stosunkowo niska cena handlowych preparatów L-lizyny oraz wzrastające pogłowie zwierząt hodowlanych. Dodawanie L-lizyny do karmy znacznie zwiększa współczynnik wykorzystania białka paszowego, co przyczynia się do zmniejszenia zużycia pasz.

Zwiększona ekspresja fruktozo-1,6-bisfosfatazy, uzyskana poprzez mutację w genie kodującym czynnik elongacyjny TU, powoduje wzrost produkcji lizyny o 40% w przypadku wykorzystania jako źródła węgla glukozy, oraz o 30% gdy źródłem tym jest fruktoza.
Okazało się również, że u mutantów tych, tworzenie produktów ubocznych ( glicerolu i dihydroksyacetonu) zostało znacznie zredukowane.

Analiza przepływu metabolitów, w tym glukozy, poprzez znakowanie ich izotopem węgla 13C ujawniła, że nadekspresja fruktozo-1,6-bisfosfatazy przyczynia się do metabolizowania substratów głównie poprzez cykl pentozowy a nie glikolizę, co powoduje zwiększenie puli NADPH.

Wykorzystanie nadekspresji fruktozo-1,6-bisfosfatazy do zwiększenia efektywności biosyntezy wydaje się być korzystne w przypadku produkcji lizyny przeznaczonej do celów paszowych, gdzie źródłem węgla jest głownie skrobia i melasa.
Metabolizm substratów poprzez cylku pentozowego, może stać się również nową alternatywą dla biosyntezy związków wymagającej obecności NADPH.

Źródło: Applied and environmental microbiology