Corynebacterium glutamicum

Corynebacterium glutamicum ist ein grampositives, nicht-pathogenes und schnellwachsendes Bodenbakterium mit großer biotechnologischer Bedeutung, dessen Genom mittlerweile vollständig sequenziert ist. Es wurde 1957 in Japan als natürlicher Glutaminsäureproduzent entdeckt. Mittlerweile wurden für nahezu alle biogenen Aminosäuren und eine Reihe weiterer Substanzen wie Nukleotide und Vitamine fermentative Produktionsprozesse mit C. glutamicum und nahe verwandten Organismen entwickelt.

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Gewinnung von Glutaminsäure

Corynebacterium glutamicum bildet L-Glutaminsäure als Folgeprodukt des Citratzyklus durch Transaminierung von 2-Oxoglutarsäure. Als Lieferanten für Kohlenstoff dienen hierbei vor allem die Melasse oder Stärkehydrolysat. Ammoniak hingegen dient zumeist als Stickstoff-Quelle.

Biotechnologische Bedeutung

Die in der Biotechnologie Verwendung findenden Mutanten weisen gegenüber den frei vorkommenden Bakterien einige Änderungen auf. Insbesondere zu nennen sind:

Erhöhung der Sekretion von Glutaminsäure

Die Überproduktion von Glutaminsäure ist abhängig von der Permeabilität (Feststoffdurchlässigkeit) der Zelle. Je durchlässiger die Zelle ist, desto mehr Glutaminsäure kann in das umgebende Medium abgegeben werden. Die Zelldurchlässigkeit kann durch einen Mangel von Biotin, Ölsäure, Glycerin oder durch Zugabe von Penicillin beeinflusst werden.

Regulation einiger Enzyme auf dem Biosyntheseweg

Die Aktivität des Enzyms 2-Oxoglutarat-Dehydrogenase ist in biotechnologisch eingesetzten C. glutamicum-Stämmen im Vergleich zur L-Glutamat-Dehydrogenase deutlich verringert. Auch werden einige Enzyme durch die Konzentration von Metaboliten, Endprodukten, NH₄⁺ und NADH reguliert.

Aktivierung mehrerer anaplerotischer Reaktionen

Durch die Carboxylierung von Phosphoenolpyruvat (PEP) und die Aktivierung des Glyoxylatzyklus wird vermehrt Oxalessigsäure gebildet. Diese stellt die Vorstufe der Zitronensäure dar und kann somit weitere Kohlenstoffatome der Glykolyse im Citratzyklus binden. Das Enzym PEP-Carboxylase, welches die Carboxylierung von PEP katalysiert, benötigt ebenso Biotin, das dann nicht mehr zum Aufbau der Zellwand zur Verfügung stehen kann.

Des Weiteren wird C. glutamicum als nicht-pathogener Modellorganismus für die verwandten Human-Pathogene Corynebacterium diphtheriae, Mycobacterium tuberculosis und Mycobacterium leprae verwendet.

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