Биотехнологическое производство треонина.
L-Треонин –незаменимая аминокислота. Треонин – одна из двух белковых аминокислот, имеющая два оптически активных (хиральных) центра. L-Треонин - (2S,3R)-2-амино-3-гидроксибутановая кислота.
Продуцент треонина - Escherichia coli (кишечная палочка). Регуляция биосинтеза треонина в кишечной палочке более сложная, чем в C. glutamicum. E.coli имеет три аспартаткиназы. Они по-разному ингибируются треонином, изолейцином, метионином и лизином.
На продукцию треонина оказывают влияние и ферменты, катализирующие биодеградацию треонина.
Несколько подходов были использованы для увеличения продукции треонина:
Использование мутантов-ауксотрофов по тем аминокислотам, которые могут конкурировать за источники углерода с треонином (ауксотрофными называются мутанты с ограниченной способностью к образованию конечных продуктов).
Использование мутантных штаммов E.coli, которые содержат дефекты в генах ферментов метаболического пути, так что эти ферменты уже не способны ингибироваться по принципу обратной связи.
Для обхода ретроингибирования продуценты аминокислот выращивают на средах, содержащих аналоги аминокислот - антиметаболиты, не включающиеся в обмен веществ. Выживают мутанты дефектные по механизму регуляции фермента по принципу обратной связи. Эти мутанты перспективны в отношении сверхсинтеза целевого продукта.
В 1969 г был получен мутант кишечной палочки, устойчивый к структурному аналогу треонина – -амино--гидроксивалериановой кислоте. Выжившие мутанты были дефектны по гену аспартаткиназы, т.е. с дефектами в механизме регуляции активности фермента по принципу обратной связи. Кроме того мутант являлся ауксотрофом по изолейцину. Такие мутанты называют ауксотрофно-регуляторными.
Методы генетической инженерии открывают новые подходы к получению мутантов-сверхпродуцентов аминокислот. Технологии рекомбинатных ДНК позволяют выделить «треониновые гены», вставить в плазмиды и «размножить» в клетках удобного микроорганизма. Это позволит резко повысить выход биотехнологического продукта.
Применение аминокислот
Аминокислоты широко применяют в медицине для терапии послеоперационных больных, при лечении заболеваний ЦНС, язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки, печени (серотонин, аспарагин, валин, гистидин, глицин, глутамин и глутаминовая кислота, изолейцин, лейцин, метионин, пролин, тирозин, триптофан, фенилаланин, цистеин); в пищевой промышленности в качестве усилителей вкуса и аромата, антиоксидантов и пищевых добавок (аланин, аспарагиновая кислота, глицин, глутаминовая кислота, лизин, цистеин); в сельском хозяйстве - в качестве кормовых добавок (лизин, треонин); в химической промышленности - как исходные вещества при синтезе полимеров и производстве косметических средств.