l-Lysine is one of the leading and

l-Lysine is one of the leading and most exploited amino acid among the essential amino acids list. It has vast applications and role in human and animal nutrition. The systematic research to explore the possibility of amino acid production through microorganisms started during the late 1940s, and during the later part of the 1950s, some fruitful results were reported (Mitchell and Houlahan 1948; Windsor 1951). In continuation, a number
195Chapter nine: Microbial amino acids production
of research investigators published their findings that l-lysine can be synthesized from α-aminoadipic acid by yeast and Neurospora mold, or from diaminopimelic acid (DAP) by E. coli (Davis 1952; Dewey and Work 1952; Mitchell and Houlahan 1948; Windsor 1951). However, microbial production of l-lysine through the decarboxylation of DAP by Chas Pfizer and Company Inc. in the United States was regarded as the first commercial scale production (Casida and Baldwin 1956). A modified process (Figure 9.5) utilizing a single organism, which produced DAP and converted it to l-lysine, was then simultaneously discovered and reported (Kita et al. 1958). The introduction of l-glutamic acid fermentation using C. glutamicum had a great economic effect in the field of l-lysine fermentation. Further research in this direction resulted in the development of an efficient mutant of C. glutamicum for the commercial production of l-lysine (Kinoshita et al. 1957b, 1958). This modified method was also successfully used to produce some other amino acids (Mahmood 2010). Despite the commercial challenges, the production of l-lysine using mutant strains brought about a new concept in the fermentative production of amino acids. With the emergence of new biotechnological approaches and tools, more focus was given to improving the strains and taking artificially derived auxotrophic and regulatory mutants that were resistant to feedback inhibition. Using these genetically modified organisms, increased production of l-lysine was achieved by controlling the biosynthetic pathways. The biosynthetic block most conducive for effective l-lysine accumulation in auxotrophic mutants was observed to be those requiring homoserine or threonine plus methionine for the growth of organisms (Figures 9.6 and 9.7). Modifications in the biosynthetic pathway extended one of the biggest advantages by producing some other amino acids along with l-lysine using C. glutamicum, B. flavum, and B. lactofermentum.
Lysis of the cell to release the enzyme by adding: (a) Toluene or butanol (b) By using ultrasound
CH2−CH2−CH2−CH2−CH−COOH
NHN H2
DAP
COOH−CH−CH2−CH2−CH2−CH−COOH
NH2 NH2
Ratio 4:1
Escherichia coli
Diaminopimelic acid
DAP—Decarboxylase
Aerobacter aerogenes
Suitable growth medium
-Lysine
CO2
Figure 9.5 Production of l-lysine through the conversion of its immediate precursor DAP (two-step process).
196 Zafar Alam Mahmood
Aspartate
Aspartate kinase
Aspertyl phosphate
Aspartate semialdehyde
Homeserine
Dihydrodipicolinate
Diamino pimelate
Lysine
Methionine
Threonine
Figure 9.6 Regulatory pathways of l-lysine biosynthetic pathways in C. glutamicum.
Aspartyl phosphate Threonine Aspartic semialdehyde -Homoserine
Aspartic acid
Dihydropicolinic α-Ketobutyric acid
Diaminopimelic acid
-Lysine -Methionine -Isoleucine
Figure 9.7 Production of l-lysine by the auxotrophic mutants (one-step process).
197Chapter nine: Microbial amino acids production
The isolation of auxotrophs can be carried out by using penicillin selection techniques followed by ultraviolet radiation (Adelberg and Myers 1953; Nakayama and Kinoshita 1961). The identification of growth factors (such as vitamins and amino acids) of the auxotrophs can be made auxanographically (Pontecorvo 1949). Further advancements in the production of l-lysine were achieved by introducing analogue-resistant C. glutamicum and B. flavum. An l-lysine analogue, S-(2-aminoethyl)-l-cysteine (AEC), is the best example of developing such analogue-resistant strains. The development of an AEC-resistant strain is primarily based on the treatment of a suitable homoserine auxotroph in a suitably complete culture medium containing meat extract, peptone, yeast extract, sodium chloride, and agar. The medium is supplemented with N-methylN-nitro-N-nitrosoguanidine in phosphate buffer. The treatment time is short (~30 min) and at a very low temperature (0°C). This is followed by the treatment of cells with AEC after washing with saline in a minimal medium supplemented with glucose as a carbon source, inorganic salts, and amino acids, for example, l-threonine and dl-methionine. It is now evident that auxotrophy and resistance to feedback inhibition, when genetically combined into a single strain (i.e., mutants resistant to AEC), results in increased production of l-lysine. The overproduction of l-lysine might be due to the starvation of threonine, which decreases the feedback inhibition of aspartate kinase, the first

Kết quả (Việt) 1:

l-Lysine là một trong những đầu và khai thác hầu hết axit amin trong số danh sách các axit amin thiết yếu. Đơn vị này có ứng dụng rộng lớn và vai trò dinh dưỡng của con người và động vật. Các nghiên cứu có hệ thống để khám phá khả năng của axít amin sản xuất thông qua các vi sinh vật bắt đầu trong cuối những năm 1940, và trong phần sau của những năm 1950, một số kết quả hiệu quả đã là báo cáo (Mitchell và Houlahan năm 1948; Windsor 1951). Trong tiếp tục, một số 195Chapter 9: sản xuất vi sinh amino axitnghiên cứu của các nhà điều tra công bố phát hiện của họ rằng l-lysine có thể được tổng hợp từ axit α-aminoadipic bởi nấm men và nấm mốc Neurospora, hoặc diaminopimelic acid (DAP) bởi E. coli (Davis năm 1952; Dewey và làm việc năm 1952; Mitchell và Houlahan năm 1948; Windsor 1951). Tuy nhiên, sản xuất vi sinh l-lysine qua decarboxy DAP bởi Chas Pfizer và công ty Inc. tại Hoa Kỳ đã được coi là quy mô thương mại đầu tiên sản xuất (Casida và Baldwin 1956). Một quá trình sửa đổi (hình 9.5) bằng cách sử dụng một sinh vật duy nhất, trong đó sản xuất DAP và chuyển đổi nó thành l-lysine, sau đó đồng thời phát hiện và báo cáo (Kita et al. 1958). Giới thiệu lên men acid l glutamic sử dụng C. glutamicum có hiệu quả kinh tế rất lớn trong lĩnh vực của quá trình lên men l-lysine. Tiếp tục nghiên cứu theo hướng này đã dẫn đến sự phát triển của một đột biến hiệu quả của C. glutamicum sản xuất thương mại l-lysine (Kinoshita et al. 1957b, 1958). Phương pháp lần này cũng đã được sử dụng để sản xuất một số các axit amin (Mahmood 2010). Mặc dù những thách thức thương mại, sản xuất các l-lysine sử dụng đột biến chủng mang về một khái niệm mới trong việc sản xuất fermentative của axit amin. Với sự nổi lên của các công cụ và phương pháp tiếp cận linh mới, tập trung nhiều hơn đã được đưa ra để cải thiện các chủng và diễn giả có nguồn gốc auxotrophic và quản lý người đột biến có khả năng chịu sự ức chế phản hồi. Sử dụng những di truyền sửa đổi sinh vật, tăng sản xuất l-lysine đạt được bằng cách kiểm soát lộ trình viêm. Khối viêm thuận lợi nhất cho hiệu quả l-lysine tích lũy trong auxotrophic đột biến đã được quan sát được những yêu cầu homoserine hoặc threonine cộng với Methionin cho sự tăng trưởng của các sinh vật (con số 9.6 và 9.7). Các sửa đổi trong viêm đường mở rộng một trong những lợi thế lớn nhất bằng cách sản xuất một số axit amin khác cùng với l-lysine bằng C. glutamicum, B. ligamentum và B. lactofermentum. Lysis của tế bào để phát hành men tiêu hóa bằng cách thêm: (a) Toluene hoặc butanol (b) bằng cách sử dụng thiết bị siêu âm CH2−CH2−CH2−CH2−CH−COOHNHN H2DAPCOOH−CH−CH2−CH2−CH2−CH−COOHNH2 NH2Tỉ lệ 4:1Escherichia coliDiaminopimelic axitDAP — DecarboxylaseAerobacter aerogenesPhù hợp với tốc độ tăng trưởng trung bình-LysineCO2Sản xuất hình 9.5 l-lysine thông qua chuyển đổi của nó ngay lập tức tiền thân DAP (hai bước quá trình). 196 Zafar Alam MahmoodAspartateAspartate kinaseAspertyl phosphateAspartate semialdehydeHomeserineDihydrodipicolinateDiamino pimelateLysineMethioninThreonineCon số 9,6 quy định đường l-lysine lộ trình viêm trong C. glutamicum.Aspartyl phosphate Threonine Aspartic semialdehyde -HomoserineAspartic acidAxit α-Ketobutyric Dihydropicolinic Diaminopimelic axit-Lysine -Methionin -IsoleucineSản xuất hình 9.7 l-lysine bởi đột biến auxotrophic (One-bước quy trình). 197Chapter 9: sản xuất vi sinh amino axitSự cô lập của auxotrophs có thể được thực hiện bằng cách sử dụng penicillin lựa chọn kỹ thuật theo bức xạ cực tím (Adelberg và Myers 1953; Nakayama và Kinoshita năm 1961). Việc xác định các yếu tố tăng trưởng (chẳng hạn như vitamin và các axit amin) của các auxotrophs có thể được thực hiện auxanographically (Pontecorvo 1949). Các tiến bộ hơn nữa trong việc sản xuất các l-lysine đạt được bằng cách giới thiệu kháng tương tự glutamicum C. và B. flavum. Một tương tự l-lysine,-(2-aminoethyl) S-l-cysteine (AEC), là ví dụ tốt nhất của việc phát triển các chủng kháng tương tự như vậy. Sự phát triển của một chủng kháng AEC chủ yếu dựa trên điều trị auxotroph homoserine phù hợp trong một môi trường văn hóa phù hợp hoàn toàn có chứa chiết xuất thịt, chế phẩm peptone, chiết xuất nấm men, natri clorua và agar. Các phương tiện được bổ sung với N-methylN-nitro-N-nitrosoguanidine trong vùng đệm phosphate. Thời gian điều trị là ngắn (~ 30 phút) và ở nhiệt độ rất thấp (0° C). Tiếp theo là điều trị các tế bào với các AEC sau khi rửa với dung dịch muối trong một môi trường tối thiểu bổ sung với glucose là nguồn cacbon, các muối vô cơ và các axit amin, ví dụ, l-threonine và dl-Methionin. Bây giờ là hiển nhiên rằng auxotrophy và sức đề kháng cho thông tin phản hồi ức chế, khi biến đổi gen kết hợp thành một dòng duy nhất (tức là, người đột biến kháng AEC), kết quả trong tăng sản xuất l-lysine. Dư thừa của l-lysine có thể là do đói threonine, giảm sự ức chế phản hồi aspartate kinase, là người đầu tiên

Kết quả (Việt) 2:

l-Lysine là một trong những hàng đầu và axit amin khai thác hầu hết trong số danh sách các axit amin thiết yếu. Nó có ứng dụng rộng lớn và vai trò dinh dưỡng của con người và động vật. Các nghiên cứu có hệ thống để tìm hiểu khả năng sản xuất axit amin thông qua các vi sinh vật bắt đầu trong thời gian cuối những năm 1940, và trong phần sau của những năm 1950, một số kết quả tốt đẹp đã được báo cáo (Mitchell và Houlahan 1948; Windsor 1951). Trong sự tiếp nối, một số
195Chapter chín: các axit amin vi khuẩn sản xuất
của các nhà điều tra nghiên cứu được công bố phát hiện của họ rằng l-lysine có thể được tổng hợp từ axit α-aminoadipic bằng nấm men và nấm mốc Neurospora, hoặc từ axit diaminopimelic (DAP) của E. coli (Davis 1952 ; Dewey và làm việc năm 1952; Mitchell và Houlahan 1948; Windsor 1951). Tuy nhiên, sản xuất vi sinh vật của l-lysine qua các phản ứng khử carboxyl của DAP bởi Chas Pfizer và Công ty Inc tại Hoa Kỳ được coi là quy mô sản xuất thương mại đầu tiên (Casida và Baldwin 1956). Một quá trình sửa đổi (Hình 9.5) sử dụng một sinh vật, trong đó sản xuất DAP và chuyển đổi nó để l-lysine, sau đó đã được đồng thời phát hiện và báo cáo (Kita et al. 1958). Sự ra đời của l-glutamic lên men axit sử dụng C. glutamicum có hiệu quả kinh tế lớn trong lĩnh vực lên men l-lysine. Nghiên cứu sâu hơn theo hướng này dẫn đến sự phát triển của một đột biến có hiệu quả của C. glutamicum để sản xuất thương mại của l-lysine (Kinoshita et al. 1957b, 1958). Phương pháp sửa đổi này cũng đã được sử dụng thành công để sản xuất một số axit amin khác (Mahmood 2010). Bất chấp những thách thức thương mại, sản xuất l-lysine sử dụng các chủng đột biến mang lại một khái niệm mới trong sản xuất lên men của các axit amin. Với sự xuất hiện của các phương pháp công nghệ sinh học mới và các công cụ, tập trung hơn đã được đưa ra để cải thiện các chủng và uống đột biến auxotrophic và quy định có nguồn gốc nhân tạo mà kháng với sự ức chế phản hồi. Sử dụng các sinh vật biến đổi gen, sản lượng của l-lysine đã đạt được bằng cách kiểm soát các con đường sinh tổng hợp. Khối tổng hợp sinh học có lợi nhất cho sự tích lũy l-lysine có hiệu quả trong các đột biến auxotrophic đã quan sát được những đòi hỏi homoserine hoặc threonine cộng methionine cho sự phát triển của các sinh vật (Hình 9.6 và 9.7). Sửa đổi trong con đường sinh tổng hợp mở rộng một trong những lợi thế lớn nhất của sản xuất một số axit amin khác cùng với l-lysine sử dụng C. glutamicum, B. flavum và B. lactofermentum.
Ly giải tế bào để giải phóng các enzyme bằng cách thêm vào: (a) toluene hay butanol (b) Bằng cách sử dụng siêu âm
CH2-CH2-CH2-CH2-CH-COOH
NHN H2
DAP
COOH-CH-CH2-CH2-CH2-CH-COOH
NH2 NH2
Tỷ lệ 4: 1
Escherichia coli
Diaminopimelic axit
DAP-decarboxylase
Aerobacter aerogenes
vừa tăng trưởng Thích hợp
-lysine
CO2
Hình 9.5 Sản xuất l-lysine qua việc chuyển đổi ngay lập tức tiền thân DAP (quá trình hai bước) của nó.
196 Zafar Alam Mahmood
Aspartate
Aspartate kinase
Aspertyl phosphate
Aspartate semialdehyde
Homeserine
Dihydrodipicolinate
diamino pimelate
lysine
Methionine
Threonine
Hình 9.6 con đường pháp lý của con đường sinh tổng hợp l-lysine trong C. glutamicum.
Aspartyl phosphate Threonine Aspartic semialdehyde -Homoserine
Aspartic axit
Dihydropicolinic α-Ketobutyric axit
Diaminopimelic axit
-lysine -Methionine -isoleucine
Hình 9.7 Sản xuất l-lysine bởi các đột biến auxotrophic (quá trình một bước).
197Chapter chín: sản xuất axit amin Microbial
Sự cô lập của auxotrophs có thể được thực hiện bằng cách sử dụng các kỹ thuật lựa chọn với penicillin tiếp bởi bức xạ tia cực tím (Adelberg và Myers 1953; Nakayama và Kinoshita 1961). Việc xác định các yếu tố tăng trưởng (như vitamin và acid amin) của auxotrophs có thể được thực hiện auxanographically (Pontecorvo 1949). Tiến bộ hơn nữa trong việc sản xuất các l-lysine đã đạt được bằng cách giới thiệu tương tự chống C. glutamicum và B. flavum. Một tương tự l-lysine, S- (2-aminoethyl) -l-cysteine (AEC), là ví dụ tốt nhất của việc phát triển các chủng tương tự chịu như vậy. Sự phát triển của một chủng AEC chống chủ yếu dựa vào việc điều trị một auxotroph homoserine phù hợp trong môi trường nuôi cấy hoàn toàn phù hợp có chứa chiết xuất từ thịt, peptone, cao nấm men, natri clorua và thạch. Môi trường được bổ sung với N-methylN-nitro-N-nitrosoguanidine đệm phosphat. Thời gian điều trị ngắn (~ 30 phút) và ở nhiệt độ rất thấp (0 ° C). Tiếp theo là điều trị các tế bào với AEC sau khi rửa bằng nước muối trong một môi trường tối thiểu bổ sung glucose như một nguồn carbon, muối vô cơ, và các acid amin, ví dụ, l-threonine và dl-methionine. Nó bây giờ là hiển nhiên rằng auxotrophy và khả năng chống ức chế phản hồi, khi kết hợp gen thành một chủng duy nhất (tức là, các đột biến kháng AEC), kết quả làm tăng sản xuất l-lysine. Việc sản xuất quá mức l-lysine có thể là do sự đói khát của threonine, làm giảm sự ức chế phản hồi của aspartate kinase, là người đầu tiên