Влияние условий культивирования продуцентов на биосинтез аргинина

При использовании мутантов с нарушенным контролем биосинтеза целевого продукта создает ся возможность экспериментального управления процессом сверхсинтеза за счет экзогенных суб стратов и изменения условий культивирования.

Оптимальным является такой способ ферментации, реализация которого позволяет поддержи вать значения перечисленных параметров на уровнях, обеспечивающих на первом этапе процесс; быстрый рост биомассы, а на втором — поддержание высокой продуктивности культуры с момен та начала биосинтеза целевой аминокислоты и до окончания процесса ферментации.

При культивировании периодическим способом микроорганизмы вначале развиваются в избыт ке питательных веществ, концентрация которых постепенно снижается. Компоненты питательно; среды используются с различной скоростью. Изменение состава среды под влиянием жизнедея тельности микроорганизмов ведет к непрерывным изменениям скорости роста клеток, котора; лимитируется самой медленной энзиматической реакцией, представляющей собой «узкое место метаболизма. В ходе периодического процесса происходят закономерные изменения состава и фи зико-химических характеристик среды, приводящие к снижению скорости биосинтеза аминокис лоты или полному его прекращению. Интенсификация процесса биосинтеза в направлении увели

чения продуктивности, выхода, абсолютной концентрации продукта может быть осуществлена пу­тем использования обогащенных питательных сред при одновременном повышении массообмен­ных характеристик ферментеров. Однако этот способ не позволяет достичь максимальной продук­тивности, поскольку не исключает основной недостаток периодических процессов — непрерывное изменение условий культивирования во времени.

Измеряемые во время процесса ферментации физико-химические параметры среды, напри­мер, значения pH, содержания кислорода в среде, содержание редуцирующих веществ, аммоний­ного азота и т.д., в ряде случаев однозначно связаны с ростом биомассы продуцента, биосинтезом аминокислоты, потребностью культуры в определенных источниках питания. Контролируемые изменения указанных параметров среды методически можно осуществить, в частности, посредст­вом дополнительной подачи в ферментер сбалансированной по составу питательной среды в режи­ме, автоматически обеспечивающем поддержание состава среды, pH и рО₂ на оптимальном уров­не по отношению к выбранному критерию качества процесса. Такой процесс с дробной подачей среды отличается тем, что в исходную питательную среду вносят лишь часть питательных ве­ществ. Далее, постепенно вводя их в культуральную жидкость, удается в течение всей фермента­ции поддерживать концентрацию питательных веществ на заданном уровне, что, в свою очередь, обеспечивает сохранение высокой скорости биосинтеза целевой аминокислоты. В культуральной жидкости самопроизвольно изменяется лишь концентрация продуктов жизнедеятельности мик­роорганизмов. Данная стратегия позволяет прийти к квазистационарному полупериодическому процессу.

Таким образом, повышение продуктивности штамма по аргинину базируется на обеспечении культуры оптимальными уровнями для биосинтеза целевой аминокислоты, которые меняются в процессе развития культуры, а также поиске «узких мест» процесса и возможностей их устра­нения.

3.1.