Промышленный синтез аминокислот

Способность микроорганизмов выделять в культуральную жидкость продукты обмена, в том числе и аминокислоты, известна с конца прошлого столетия, однако интенсивное изучение внеклеточного накопления аминокислот микроорганизмами, как указывалось выше, началось в 60-е годы нашего века. Состав аминокислот, накапливаемых различными микроорганизмами в средах, довольно однообразен. Это — глутаминовая и аспарагиновая кислоты, аланин, лейцин, изолейцин, глицин, серин, фенилаланин, лизин. Чаще всего встречаются продуценты глутаминовой кислоты и аланина. Свежевыделенные из естественных субстратов штаммы микроорганизмов чаще всего выделяют аланин и глутаминовую кислоту.

Штаммы, образующие лизин, встречаются редко, триптофан — еще реже. Возможны три способа промышленного получения незаменимых аминокислот: гидролиз белков растительного и микробного происхождения, микробиологический и химический синтез. Более 60% всех производимых промышленностью чистых препаратов аминокислот получают путем микробиологического синтеза. На втором месте по объему производства находится химический синтез. Основным недостатком химического синтеза является получение смеси аминокислот, состоящих из изомеров Dи L-ряда, тогда как биологической активностью в организме человека и животных обладают лишь L-изомеры. D-изомеры аминокислот не перерабатываются их ферментными системами, а некоторые из них токсичны. Исключением является аминокислота метионин, у которой биологически активными является и Dи Lизомеры, поэтому данную аминокислоту производят преимущественно путем химического синтеза. Технологии получения аминокислот за счет гидролиза белков экономически менее выгодны, поэтому не получили широкого распространения.

При микробиологическом синтезе образуются L-аминокислоты, являющиеся продуктами жизнедеятельности специально подобранных и отселектированных штаммов микроорганизмов, которые способны накапливать в культуральной жидкости не менее 60 г/л синтезируемой аминокислоты. Чаще всего для микробиологического синтеза аминокислот используют ауксотофные мутантные штаммы, которые получают методами обычной селекции и генной инженерии. С помощью мутагенных факторов у таких ауксотрофных штаммов индуцируется мутация, в результате которой прекращается или ингибируется синтез одного из продуктов, оказывающих регуляторное влияние на ферментные системы, катализирующие образование данной аминокислоты в клетках мутанта и в культуральной жидкости повышается.

На основе культивирования микроорганизмов с целью получения чистых препаратов аминокислот применяют промышленные технологии, включающие однои двухступенчатый синтез аминокислот. При одноступенчатом синтезе в промышленных культиваторах выращивают ауксотрофные регуляторные мутанты, являющиеся сверхпродуцентами тех или иных аминокислот. После завершения рабочего цикла их выращивания культуральную жидкость отделяют от клеток микроорганизмов, сгущают и получают из нее товарной продукт с высокой концентрацией синтезированной микробами аминокислоты. В процессе двухступенчатого синтеза аминокислоты вначале получают ее предшественник, а затем с помощью ферментов микроорганизмов превращают предшественника в аминокислоту, при этом образуются только Lизомеры. В качестве источника фермента могут быть использованы либо суспензия клеток микроорганизмов, либо полученный после разрушения этих клеток ферментный раствор.