Влияние условий культивирования на состав полисахаридов

Среда обитания микроорганизмов часто определяет количественный выход, мономерный состав, структуру и молекулярную массу полисахаридов, а нередко - и саму возможность их биосинтеза. Изменение условий культивирования сказывается в первую очередь, на образовании внеклеточных и запасных цитоплазматических гликанов. Количество и состав структурных по­лисахаридов отличаются сравнительным постоянством. Вследствие большого разнообразия микробных гликанов и физиолого-биохимических особенностей их продуцентов значимость одного и того же фактора для образования различных полисахаридов не всегда одинакова.

Состав питательной среды. Большинство микроорганизмов синтезирует полисахариды из всех источников углерода, обеспечиваю­щих их рост: углеводов, спиртов, карболовых кислот, амино­кислот, углеводородов, С₁-соединений. В настоящее время особое внимание привлекает возможность образования микроорганизмами полисахаридов на средах с углеводородами и С₁-соединениями. На средах с н -алканами экзополисахариды синтези­руются многими представителями артробактерий и сапротрофных микобактерий, некоторыми коринебактериями, дрожжами рода Саndidа. Ряд метилотрофных бактерий образует значитель­ные количества внеклеточных полисахаридов при росте на сре­дах с метанолом. Меthylососсus сарsulаtus образует полисахаридные капсулы и при использовании метана.

Помимо микроорганизмов, синтезирующих полисахариды на средах с любым источником углерода, допускающим рост, встречаются организмы, образующие гликаны лишь при использовании некоторых из них. Например, Lеuсоnоstос tеsenteroides может расти, потребляя различные углеводы, но синтезирует декстран только на средах с сахарозой. Природа соединения углерода и его концентрация могут влиять на количественный выход полисахаридов. Так, наиболее высокий выход экзогликана в культурах некоторых микобактерий наблюдается в среде с гексадеканом, хотя биосинтез полимера возможен на средах с другими углеводородами, сахарами и многоатомными спиртами. В ряде случаев для максимального образования полисахарида требуется более высокая концентрация источника углерода в среде, чем для наивысшего накопле­ния биомассы. В условиях периодического культивирования синтезу полисахаридов обычно благоприятствует создание избытка углерода в среде при некотором дефиците азота и фосфора.

Моносахаридный состав гликанов микроорганизмов не меняется в зависимости от источника углерода, варьируют только состав и соотношение неуглеводных компонентов. Если же микроорганизм синтезирует более одного экзогликана, изменение углеродного субстрата часто ведет к преимущественному синтезу одного из полимеров.

Источник азота. Образование полисахаридов возможно, как правило, при использовании источников азота, способных поддерживать активный рост продуцента. Но природа источника азота может, не изменяя рост микроорганизма, влиять на количественный выход гликанов. Существуют микроорганизмы, для роста которых предпочтительнее один источник азота, а для биосинтеза полисахарида - другой. Повышенные концентрации азота в среде, как правило, отрицательно сказываются на синтезе полисахаридов.

Другие компоненты среды. На биосинтез полисахаридов могут влиять и другие необходимые для роста микроорганизмов компоненты среды. Большое значение для образования гликанов имеет фосфор. Повышенное содержание фосфора в среде тормо­зит синтез многих полисахаридов. Но увеличение концентрации фосфора до определенных пределов способствует накоплению левана G. oxydans.

Важное значение имеют различные ионы, необходимые для поглощения субстрата или в качестве кофакторов биосинтеза полисахаридов. Катионы железа оказывают положительное действие на продукцию полисахаридов Рseudomonas aeruginosa и Methylomonas mucosa, на выделение в среду левансахаразы G. oxydans. Ионы марганца необходимы для образования глюкана Rhyzobium japonicum и маннана Sacch. cerevisiae. Магний способствует синтезу разветвленных декстранов L. mesenteroides. Концентрация ионов кальция в среде определяет соотношение маннуроновой и гулуроновой кислот в экзополисахаридe A. vinelandii.

Образование гликанов, как правило, не требует дополнительных количеств витаминов сверх необходимого для нормального роста продуцента. Стимуляция биосинтеза полисахаридов витаминными добавками наблюдается только в отдельных случаях.

Физико-химические факторы среды. Кислотность среды. Обычно существуют определенные границы рН, допускающие рост микроорганизмов и синтез полисахаридов; эти интервалы у разных микроорганизмов неодинаковы.

У ряда представителей границы, а иногда и оптимальные значения рН для роста и образования гликанов совпадают, но в отдельных случаях они различаются. У некоторых микроорганизмов количество полисахаридов не меняется в зависимости от рН среды.

Аэрация и температура. Влияние аэрации и температуры на биосинтез полисахаридов очень разнообразно. Режимы аэрации и температуры, благоприятные для образования того или иного гликана, могут сильно различаться.

Большинство микроорганизмов, образующих экзогликаны, - аэробы или факультативные анаэробы, поэтому в условиях хорошей аэрации выход экзогликанов в культурах таких микроорганизмов выше. Однако избыточное аэрирование может угнетать их биосинтез вследствие быстрого окисления углеродного субстрата.

В отношении действия температуры также наблюдается определенная закономерность. Максимальное образование гликанов часто происходит при температуре ниже оптимальной для роста микроорганизмов. Так, количество декстрана в культуре L. mesenteroides увеличивается с уменьшением температуры с 30 до 10°С. Но в некоторых случаях температурные оптимумы роста бактерий и образования ими экзогликанов совпадают.

Изменение температуры культивирования микроорганизмов иногда приводит к синтезу полисахаридов с измененными свойствами. Например, известен штамм стрептококков, синтезирую­щий при 22°С внеклеточный полисахарид, отличающийся более высоким содержанием глюкозамина и иными иммунохимическими свойствами, чем гликан, образуемый при 37°С.

Дата добавления: 2014-01-04