2.2Органические соединения азота

Существуют микроорганизмы, которые не способны синтезировать все аминокислоты для своей клетки из солей аммония. Они ассимилируют эти соединения и другие факторы роста в готовом виде из окружающей среды или организма хозяина (человека, животного). Такие микроорганизмы называют ауксотрофами. Ауксотрофами чаще всего являются патогенные или условно-патогенные для человека микроорганизмы. Некоторые представители пурпурных и зеленых бактерий растут на средах с мочевиной и аминокислотами. Большими возможностями в отношении использования аминокислот обладают несерные пурпурные бактерии [3, 25].

К органическим источникам азота относятся белки, азотистые основания, пептон, пептиды, аминокислоты, мочевина. Белки усваивают только те микроорганизмы, которые выделяют в среду протеиназы, расщепляющие белковую молекулу до пептидов и аминокислот. Пептиды поступают в клетки и гидролизуются внутриклеточными протеазами до аминокислот. Протеолитическую активность бактерий обычно проверяют на питательных средах с желатином [7, 10, 11, 19].

Микроорганизмы, которые живут в почве, способны утилизировать азот органических соединений. Минерализация органических веществ проводят бактерии-сапрофиты. Азотистые соединения в присутствии воздуха разрушаются с образованием аммиака. Часть азота ассимилируется самими микроорганизмами и таким образом превращается в компоненты микробной клетки.

К аэробным микроорганизмам, которые окисляют азотсодержащие вещества до полной минерализации, конечными продуктами которой являются аммиак, CO2, H2O, H2S и другие относят: Bac.mycoides, Bac.mesentericus, Bac.subtilis, Bac.megaterium, Serratia marcescenc.

Разрушение белка в анаэробных условиях (гниение) обычно не приводит к немедленному освобождению всего аминного азота в виде аммиака. Некоторые аминокислоты превращаются в амины. К анаэробным микроорганизмам относят Clostridium putrificum и Clostridium sporogenes [15, 22, 29].

Кислотный гидролизат казеина, пополненный триптофаном, является столь же универсальным источником азота для всех микробов, как и аммонийные соли [10].

Пептон для культивирования микроорганизмов получают, обрабатывая белки ферментом пепсином. При этом разрывается только часть пептидных связей. Пептон состоит примерно на 30% по весу из свободных аминокислот, остальное составляют ди- и трипептиды, а также водорастворимые, уже не осаждаемые нагреванием или кислотой полипептиды. Пептон добавляют в основные питательные среды для культивирования, например мясо-пептонный бульон, мясо-пептонный агар.

Более экономичный аналог мясо-пептонного бульона - триптичный перевар по Хоттингеру. Для гидролиза белка в этом бульоне используют панкреатин. [11, 12, 30].

Многие бактерии нуждаются в тех или других аминокислотах (одной или нескольких), поскольку они не могут их самостоятельно синтезировать, например клостридии - в лейцине, тирозине, а стрептококки - в лейцине, аргинине. Палочки тифа и ботулизма неспособны синтезировать триптофан. Глутаминовая кислота стимулирует рост гемолитических стрептококков, палочки сибирской язвы, гонококка; цистин нужен для Proteus morganii и т.д. Обычно микроорганизмы нуждаются в L-аминокислотах, но для некоторых из них характерна потребность в D-аланине, необходимом, вероятно, для синтеза гликопептида клеточной стенки. Концентрация аминокислот, обеспечивающие максимальный рост ауксотрофов, обычно находятся в пределах 20-50 мкг на 1 мл.

Аминокислоты, которые не используются сразу, подвергаются таким метаболическим превращениям: окислительное дезаминирование, гидролитическое дезаминирование, переаминирование (трансаминирование), декарбоксилирование. В большинстве случаев аминокислота сначала превращается в соответствующую оксокислоту. Из аминокислот бактерии могут синтезировать не только вещества для построения клетки, но и антибиотики: эдеин, грамицидин S, бацитрацин и другие.

Стоит отметить, что имея полный набор аминокислот в питательной среде, бактерии переключаются на аминогетеротрофный тип питания (поглощают готовые аминокислоты), и не синтезируют аминокислоты самостоятельно.

Хорошими источниками аминокислот, кроме мясных бульонов и пептонов, являются кукурузный экстракт и дрожжевой экстракт из клеток Saccharomyces cerevisiae. Эти источники дешевые, поэтому их можно использовать на биотехнологических производствах [3, 5, 10, 19, 27, 31].

Разложение мочевины, выделяющейся с мочой, осуществляют уробактерии, расщепляющие ее до аммиака, диоксида углерода и воды [2].

Степень усвояемости источника азота определяется тем, насколько он легко превращается в аммиак. Наиболее доступными являются аммонийные соли и готовые аминокислоты. Иные источники менее доступны, но тем не менее, бактерии могут усваивать и их [10].

Азот наряду с углеродом, водородом и кислородом является одним из четырех основных элементов, участвующих в построении клетки. Он необходим бактериям для синтеза жизненно важных молекул: нуклеиновых кислот, белков, пуринов, пиримидинов, некоторых витаминов [1, 3, 6].