Corynebacterium glutamicum (często spotykany synonim to Micrococcus glutamicum) jest gram-dodatnią, wolnożyjącą bakterią, której naturalnym środowiskiem występowania jest gleba. Należy do grupy bakterii tlenowych o wysokiej zawartości guaniny i cytozyny (ok. 53% GC). Jej kształt może być dość zróżnicowany, najczęściej jednak przyjmują postać wydłużonej pałeczki z charakterystycznymi zgubieniami na końcu komórki, nadającymi jej kształt maczugowaty (stąd nazwa Corynebacterium, z greckiego koryne = maczuga). C. glutamicum to bakterie szybko rosnące i nieruchliwe, a także co ważne – nie wytwarzają spor.

— Corynebacterium glutamicum

Typową cechą tych organizmów jest formowanie V-kształtnych struktur przez dzielące się komórki, które odchylają się od siebie pod pewnym kątem. Ich przylegające do siebie ściany komórkowe rozdzielają się z nierówną prędkością, co powoduje, że komórki wyglądają jakby odchylały się w przeciwnych kierunkach. Ruchy te popularnie określane są jako „snapping movements” (od angielskiego snap = łamać, rozrywać). Równocześnie duże komórki dzielą się na wiele krótkich pałeczek. Komórki C. glutamicum mogą też agregować w nieco większe skupiska o wyglądzie przypominającym chińskie litery.

Inną cechą bakterii z rodzaju Corynebacterium (podobnie jak pozostałych członków grupy CMN – Corynebacterium, Mycobacterium i Nocardia), jest charakterystyczna budowa ściany komórkowej. Mureina tych bakterii przypomina tę występującą u bakterii gram-ujemnych, ale jest do niej przyłączony arabinogalaktan (wielocukier składający się z arabinozy i galaktozy). Ponadto dołączone są do niego charakterystyczne lipidy, przede wszystkim kwasy mikolinowe.

— Struktura kwasu mikolinowego

Są one rozgałęzionymi 3-hydroksykwasami, podstawionymi łańcuchami alifatycznymi. U maczugowców mają one najczęściej 32-36 atomów węgla.

Komórki mogą także zawierać ciałka inkluzyjne, znane jako ziarna metachromatyczne, które zbudowane są z nieorganicznych polifosforanów (np. wolutyny). Nie są one związane z błoną i mogą stanowić rezerwę energetyczną. Obecność granuli daje po wybarwieniu obraz nieregularnie wybarwionych segmentów.

Opisywana bakteria zawiera katalazę, natomiast węglowodany rozkłada na drodze fermentacji. Źródeł węgla do tego procesu może być wiele, są nim np. cząsteczki aromatyczne. Ze względu na tę różnorodność C. glutamicum posiada 127 białek kontrolujących metabolizm, regulowanych na poziomie transkrypcji.

Kolisty chromosom C. glutamicum (a dokładnie odmiany ATCC 13032) ma rozmiar ok. 3,3 Mpz i został fizycznie i genetycznie scharakteryzowany (opublikowany w 2003 roku).

— Mapa genomu C. glutamicum ATCC 13032 (z publikacji M. Ikeda i S. Nakagawa)

— Dane z bazy NCBI

Opracowano także kompletne genomy plazmidów C. glutamicum: pTET3, pAG3, pCG2, pGA2, pCG4 i pAG1 o długościach z zakresu 4 tysiące – 30 tysięcy nukleotydów, przy czym dwa ostatnie z wymienionych to plazmidy liniowe).

Zsekwencjonowanie całego genomu jest ważnym krokiem w celu głębszego zrozumienia procesów metabolicznych zachodzących w komórce C. glutamicum. Jak dotąd udało się określić funkcję ok. 40% z przewidywanych ponad 3000 ORF.

Bakteria C. glutamicum została odkryta przez S. Kinoshita już w latach 50. XX wieku, jako naturalny producent kwasu glutaminowego. W przeciwieństwie do wielu gatunków z rodzaju Corynebacterium (jak np. C. diphtheriae, C. xerosis), jest bakterią niepatogenną.

Kilka cech charakterystycznych bakterii Corynebacterium glutamicum sprzyja jej wykorzystaniu w biotechnologii jako organizmu modelowego. Przede wszystkim nie jest patogenna i nie wytwarza spor, ponadto szybko rośnie i ma relatywnie mało wymagań wzrostowych. Co więcej nie wydziela pozakomórkowo proteaz i ma względnie stabilny genom. Obecnie podejmuje się wiele prób modyfikacji Corynebacterium, aby zwiększyć jej użyteczność dla człowieka.

C. glutamicum ma bardzo szerokie zastosowanie w przemyśle. Jest podstawowym organizmem wykorzystywanym do produkcji kwasu L-glutaminowego. Ponadto stosuje się go też do produkcji innych aminokwasów, jak L-lizyna (ważny składnik pokarmów dla zwierząt, jej roczna produkcja w 2000 roku wynosiła 450 tys. ton), nukleotydów lub witamin (kwas pantotenowy).

C. glutamicum ma wkład w środowisko poprzez swój udział w procesie bioremediacji (usuwania zanieczyszczeń), przede wszystkim arsenu. Powszechne występowanie tego silnie toksycznego pierwiastka doprowadziło do ewolucyjnego wykształcenia mechanizmów obronnych przez drobnoustroje. Powszechnym i występujących u C. glutamicum jest obecność operonów nadających oporność na arsen (ars1 i ars2).

Podejmuje się także próby zastosowania tej bakterii do produkcji biodegradowalnych plastików. Jednym z przykładów jest stworzenie szlaku biosyntezy do produkcji kwasu polihydroksymasłowego, P(3HB). W tym celu wprowadza się plazmid ekspresyjny, który w odpowiednich warunkach miałby spowodować wytwarzanie dużych ilości wymienionego poliestru.

Przykładowe odmiany zebrane w kolekcjach: AJ 1502T, AS 1.1886T, ATCC 13032T, BCRC 11384T, CCM 2428T, CCRC 11384T, CCT 0542T, CCT 2736T, CCTM 2336T, CCTM La 2336T, CCUG 27702T, CDBB 70T, CECT 4157T, CGMCC 1.1886T, CIP 82.08T, CIP 82.8T, DSM 20300T, HAMBI 2052T, HNCMB 132501T, IAM 12435T, IAW 26T, IFO 12168T, IMET 10482T, IMET 10842T, IMSNU 10063T, IMSNU 21196T, JCM 1318T, KCTC 1445T, KCTC 9097T, KY 534T, KY 9002T, Kyowa Ferm Ind534T, Kyowa Ferm. Ind. Co. 534T, LMD 72.28T, LMG 3730T, LMG 19741T, La 2336T, NBRC 12168T, NCCB 70082T, NCCB 72028T, NCIB 10025T, NCIM 2705T, NCIMB 10025T, NERE 10026T, NRRL B-2784T, ptcc1162T, strain 534T, 534

Jedną z kolekcji w której możemy zdeponować wybraną odmianę bakterii, bądź zamówić interesujący nas okaz, jest Japan Society of Culture Collections (JSCC). Dostępne tam szczepy Corynebacterium glutamicum to JCM 1307, JCM 1308, JCM 1318, JCM 1321, NBRC 12168, NBRC 12169.

Przemysł produkujący aminokwasy stał się ważną dziedziną gospodarki wartą kilka miliardów dolarów. Co prawda sprzedaje się wszystkie dwadzieścia podstawowych aminokwasów to jednak rozmiar ich produkcji różni się znacząco (Tabela 1). Technologia produkcji aminokwasów sprzedawanych w największych ilościach np. kwasu glutaminowego i lizyny opiera się na użyciu mikroorganizmów. Można sobie zadać pytanie po co tak wzmożona produkcja oczyszczonych preparatów aminokwasów. Otóż ich zastosowanie jest bardzo szerokie:

• dodatki do pasz dla zwierząt np. lizyna, metionina i treonina
• wzmacniacze smaku np. glutaminian sodu, seryna i kwas asparaginowy
• dodatki do diety

Przemysł produkujący aminokwasy jest przede wszystkim zlokalizowany w Japonii, Korei Południowej, Chinach i USA. Początki produkcji aminokwasów można się doszukiwać w Japonii gdzie od wieków używano glonów morskich jako wzmacniaczy smaku. Na początku XXw. po raz pierwszy oczyszczono glutaminian sodu z Laminaria japonica. Początkowo produkcja przemysłowa glutaminianu sodu opierała się o proces ekstrakcji ze zbóż i soi. Dopiero około roku 1957 udało się wyizolować bakterię glebową, która produkowała duże ilości kwasu glutaminowego. Do tego celu zastosowano ciekawy test na produkcję tego aminokwasu. Pobierano bakterie z gleby, wysiewano je na płytki Petri’ego i tworzono ich repliki. Następnie kolonie na jednej z nich były zabijane światłem UV. Na tak przygotowaną płytkę wylewano miękki agar z Leuconostoc mesenteroides. Bakteria ta jest auksotrofem i potrzebuje do swojego wzrostu kwasu glutaminowego, dlatego tworzyła kolonie jedynie w pobliżu bakterii produkujących ten kwas. W ten sposób wyizolowano Corynebacterium glutamicum będący najefektywniejszym producentem glutaminianu. Po latach poszukiwań nowych szczepów okazało się, że wciąż najefektywniejsi są przedstawiciele rzędu Corynebacterium ich dzikie szczepy są zdolne wyprodukować do 10g kwasu glutaminowego z 1 litra hodowli. Wydajność produkcji znacząco została poprawiona dzięki powstaniu nowych szczepów głównie dzięki prowadzeniu mutagenezy i selekcji pozwalając na uzyskanie nawet 100g z litra hodowli. Tak wysoka wydajność umożliwiła szybki rozwój przemysłu produkującego glutaminian sodu. Ponadto okazało się, iż C. glutamicum jest w stanie produkować również lizynę. Procesy produkcji aminokwasów nie zmieniły się znacząco od 1996 roku, ale uważa się że rozmiar produkcji aminokwasów rósł w tempie 2-% rocznie a przewiduje się dalszy wzrost na poziomie ok. 6,9% rocznie do 2013.

Glutaminian jest aminokwasem występującym w bakteryjnej cytoplazmie w największych ilościach. Niestety, aby proces produkcji był efektywny bakterie muszą nie tylko naprodukować glutaminian, ale też wydzielać go do medium hodowlanego. C. glutamicum jest w stanie te procesy przeprowadzić, łączy się to z auksotrofią biotyny oraz obniżeniem aktywności dehydrogenazy α-ketoglutarowej. Hodowla większości ze szczepów w medium ubogim w biotynę indukuje produkcję glutaminianu. Jest ona kofaktorem enzymów, które karboksylują substraty. Jednym z nich jest karboksylaza acetylo-CoA, która katalizuje reakcję acetylo-CoA z dwutlenkiem węgla w wyniku czego powstaje malonylo-CoA potrzebny w biosyntezie kwasów tłuszczowych. Auksotrofy biotynowe hodowane w środowisku ubogim w ten kofaktor mają więc upośledzoną produkcję kwasów tłuszczowych a co za tym idzie zmieniony skład błony. Postuluje się, że ta zmiana powoduje zwiększoną przepuszczalność dla glutaminianu a co za tym idzie wydajne jego wydzielanie do medium. Innymi czynnikami wpływającymi na wydzielanie glutaminianu mogą być dodatki detergentów, penicyliny czy też podwyższona temperatura. Przypuszcza się, iż obniżona aktywność dehydrogenazy α-ketoglutarowej również wpływa na przepuszczalność błony jednak główną rolą tego fenotypu jest zaburzenie cyklu Krebsa.

W takiej sytuacji cykl Krebsa jest niepełny podczas produkcji glutaminianu i wymaga dopływu szczawiooctanu z reakcji anaplerotycznych skoro węgiel jest tracony na produkcję kwasu glutaminowego. Poziom szczawiooctanu nie spada zbytnio dzięki aktywności karboksylazy fosfoenolopirogronianu, karboksylazy pirogronianu i enzymu jabłczanowego (Fig. 1). Przypuszczalnie główną rolę wśród enzymów anaplerotycznych odgrywa karboksylaza PEP. Oprócz wcześniej omówionych mechanizmów zmiany przepuszczalności błony ostatnio zaproponowano istnienie specyficznego transportera błonowego dla glutaminianu. Obecnie proponuje się następujący szereg zdarzeń prowadzący do produkcji tego aminokwasu:

1. Czynnik wyzwalający (np. zmniejszenie dostępności biotyny, detergenty, antybiotyki.
2. Hamowanie ekspresji dehydrogenazy α-ketoglutarowej prowadzi do zmian w przebiegu cyklu Krebsa.
3. Nadmierne nagromadzenie glutaminianu w komórce.
4. Wydzielanie glutaminianu, aby zapewnić jego odpowiedni poziom we wnętrzu komórki.

— **Fig.1** Wykres przedstawiający podstawowe szlaki metaboliczne syntezy glutaminianum u Corynebacterium glutamicum 2008/05/14 23:51

Zazwyczaj wykorzystuje się hodowlę okresową typu tzw. fed-batch czyli z dodatkowym zasilaniem częścią składników. W przypadku omawianego procesu dodaje się stopniowo glukozę dzięki czemu na początku produkcji nie trzeba jej dostarczać w bardzo wysokich stężeniach. Takie podejście ogranicza powstawanie takich niechcianych produktów jak kwas mlekowy i octowy. Na dużą skalę jako podłoża można używać melasy i hydrolizatu skrobiowego. Jako źródła azotu stosuje się amoniak lub siarczan amonu. W początkowych stadiach produkcji przygotowuje się inokulum C. glutamicum. Po przygotowaniu odpowiednio dużej hodowli startowej zaszczepia się nią pożywkę w bioreaktorach produkcyjnych (pojemność od 50 do 500 tys. litrów). Cały proces wzrostu bakterii jest ściśle kontrolowany a w celu zwiększenia wydzielania glutaminianu dodaje się zazwyczaj kwasu oleinowego. Po osiągnięciu odpowiedniego stężenia glutaminianu w hodowli, wypompowuje się ją z bioreaktora i oczyszcza. W dużych procesach technologicznych otrzymuje się ok. 100g kwasu glutaminowego z 1 litra hodowli przy cenie ok. 1.25$ za kg.

W wyniku selekcji udało się otrzymać szczepy auksotroficzne Corynebacterium glutamicum zdolne do produkcji znacznych ilości lizyny. Pokazano w latach 60-tych ubiegłego wieku, że auksotrofy homoserynowe wydzielają lizynę. Po wielu latach pracy udoskonalono te szczepy, które są teraz zdolne do wydajnej produkcji lizyny ze stopniem konwersji cukru w lizynę ok. 50% (g lizyny wyprodukowanej / g cukru zużytego). Szczepy nadprodukujące lizynę zostały po części wyprodukowane na drodze ukierunkowanej mutagenezy. W wyniku szeregu mutacji udało się częściowo uniknąć hamowania syntezy lizyny. Ten proces został schematycznie przedstawiony na rycinie 2. Wyraźnie widać, że aspartokinaza jest hamowana zarówno przez lizynę jak i treoninę na zasadzie sprzężenia zwrotnego. W celu zmniejszenia tego hamowania udało się otrzymać szczepy bez funkcjonalnej dehydrogenazy homoserynowej (lub o obniżonej aktywności). Takie auksotrofy homoserynowe nie akumulują treoniny znacząco zwiększając wydajność produkcji lizyny. Ponadto udało się wyprowadzić szczepy odporne na analogi lizyny, których aspartokinaza nie podlega hamowaniu allosterycznemu przez treoninę i lizynę. Skutkuje to akumulacją treoniny i zwiększa efektywność produkcji Selekcji takich mutantów dokonano hodując bakterie na podłożu z analogiem lizyny, jedynie szczepy z odporną na lizynę aspartokinazą były w stanie wyrosnąć. W 1996 sklonowano i zsekwencjonowano gen kodujący błonowe białko lysE. Jest ono odpowiedzialne za aktywny transport lizyny przez błonę. Mutacje w tym genie powodują nagromadzenie lizyny w cytoplazmie natomiast wprowadzenie wielokopijnego plazmidu z tą sekwencją skutkuje zwiększeniem stężenia lizyny w medium. Produkcja lizyny przebiega tak jak kwasu glutaminowego. Do takich podłoży jak melasa często dodaje się biotynę oraz niektóre aminokwasy względem, których szczep jest auksotroficzny. Należy pamiętać, że wprowadzanie tych aminokwasów musi być ograniczone do niezbędnego minimum aby umożliwić wzrost bakterii a jednocześnie nie zahamować produkcji lizyny.

— **Fig.2** Szlaki prowadzące do produkcji lizyny i //Corynebacterium glutamicum//. Czerwonymi strzałkami zaznaczono zależności hamujące natomiast fioletowe skreślenia obrazują zmiany wprowadzone w szczepach lizynę w przemyśle 2008/05/15 00:04

Do produkcji treoniny używa się specjalnych szczepów Escherichia coli, które są przykładem racjonalnego projektowania organizmów używanych w przemyśle. Niestety E. coli posiada dużo bardziej skomplikowany szlak syntezy treoniny niż C. glutamicum i podlega on regulacji na wielu etapach. Jest on hamowany na zasadzie ujemnego sprzężenia zwrotnego przez treoninę, lizynę, metioninę i izoleucynę. Ponadto część enzymów zaangażowanych w ten szlak jest kodowanych przez geny w jednym operonie. Na jego początku znajduje się peptyd z powtarzającymi się treoninami i izoleucynami. W przypadku dużej dostępności tych aminokwasów translacja peptydu zachodzi szybko i w konsekwencji ulega przedwczesnej terminacji. W przeciwnym razie, gdy panuje niedostatek izoleucyny i treoniny, mRNA jest przepisywane wolniej co skutkuje efektywną syntezą enzymów. Oprócz samego procesu syntezy u E. coli występuje też szereg innych mechanizmów regulacji, takich jak: enzymy rozkładające treoninę czy systemy jej transportu. Przy tak skomplikowanym systemie regulacji zdecydowano się zastosować selekcję szczepów pod względem oporności na analog treoniny. Poskutkowało to powstaniem bakterii częściowo niewrażliwych na hamowanie syntezy tego aminokwasu. Podobnie poczyniono przy selekcji auksotrofów izoleucynowych. Ponadto wprowadzono do bakterii wielokopijne plazmidy z operonem treoninowym co poskutkowało zwiększeniem wydajności produkcji.

Kwas asparaginowy ma szerokie zastosowanie w przemyśle spożywczym i farmaceutycznym. Jego spore zapotrzebowanie wymusiło rozwój technologii jego produkcji. Obecnie najczęściej stosuje się immobilizowane w żelu komórki E. coli. Takie preparaty są stosunkowo trwałe i wykazują aktywność nawet przez 600 dni. Asparaginian jest produkowany z fumaranu amonu dzięki aktywności liazy asparaginianu amonu.

Immobilizowany Pseudomonas dacunhae może przekształcić asparaginian w alaninę dzięki aktywności karboksylazy asparagninianu zależnej od fosforanu pirydoksalu. Praktycznie wszystkie aminokwasy można produkować z zastosowaniem mikroorganizmów, jednakże niejednokrotnie wydaje się to nie być opłacalne. Zdecydowana większość szczepów używanych do produkcji aminokwasów należą do Corynebacterium sp., Bacillus sp., Escherichia coli.

Alginiany można znaleźć we wszystkich typach Phaeophycaea (algi brązowe). Zapewniają im sztywność, jak również zapobiegają wysychaniu podczas niskich pływów. Występują one w międzykomórkowym śluzie oraz ścianie komórkowej w postaci nierozpuszczalnych soli mieszanych. Nie wszystkie Phaeophycaea wydają sią być użyteczne jako źródło alginianów. Głównym ich źródłem jest Macrocystis pyrifera (wybrzeża południowej Kalifornii i Australii). Europejska produkcja alginianów bazuje przede wszystkim na gatunkach takich jak: Laminaria hyperborea, Laminaria digitata oraz Ascophyllum nodosum. Krajami zaangażowanymi w produkcję alginianu są przede wszystkim: USA, Wielka Brytania, Francja, Norwegia oraz Japonia.

— //Myctocystis peryferia// 2008/05/15 00:35 — //Laminaria digitata// 2008/05/15 00:39

Kompleks oligopolimerów: kwasu polimannouronowego (MM), poliguluronowego (GG) oraz mieszanych polimerów (MG), przy czym możliwe są także sekwencje GGM, czy MMG. Stosunek ilości kwasu mannourunowego do guluronowego w kwasie alginowym jest różny w zależności od gatunku algi, jak również od pory roku.

Rozpuszczalnymi solami kwasu alginowego są sole metali alkalicznych (Na, K), amonu, amin o niskiej masie cząsteczkowej oraz czwartorzedowe związki amonowe. Sam kwas alginowy oraz sole metali poliwalentnych są nierozpuszczalne, z wyjątkiem aliginianu magnezu. Alginiany są rozpuszczalne w rozpuszczalnikach mieszających się z woda, jak alkohole czy ketony. Roztwór alginianu może być przygotowany zarówno na ciepło jak i gorąco. Alginian sodu trudno rozpuścić w twardej wodzie, czy mleku, ponieważ zawierają one jony wapnia. Zatem przed dodaniem alginianu sodu, należy do rozpuszczalnika dodać substancję chelatującą, np.EDTA. Najprostszą metodą przygotowania roztworów alginianu jest namoczenie alginy w małej ilości alkoholu lub glicerolu przed dodaniem wody.

W neutralnych warunkach alginiany są stabilne w temperaturze pokojowej. Jednak jak większość polisacharydów są one wrażliwe na hydrolizę, czy degradację w kwasach bądź zasadach, zwłaszcza w wysokiej temperaturze przez wydłużony czas. Alginiany o dużej lepkości znacznie szybciej degradują aniżeli te o średniej i niskiej. Najbardziej stabilnym jest alginian sodu, następnie amonu, a najmniej kwas alginowy. Alginiany są mniej wrażliwe na mikroorganizmy niż inne polisacharydy. Czysty roztwór alginianu sodu może być trzymany w temperaturze pokojowej przez kilka miesięcy bez znacznych strat w lepkości. Aby uniknąć strat lepkości można dodać konserwanty takie jak: kwas benzoesowy, kwas sorbinowy, sorbinian potasu, estry kwasu hydroksybenzoesowego. Roztwory alginianów są stabilne w pH 5,5-10 i w temperaturze pokojowej przez długi czas, jednakże przechodzą w żel już poniżej pH 5,5. Niewielka ilość jonów wapnia może zwiększyć stabilność roztworów alginianu sodu.

Łańcuchy kwasy poliguluronowego są spięte, natomiast kwas polimannouronowy tworzy płaskie wstęgi. W związku z tym obserwuje się między nimi różnice w wiązaniu jonów wapnia. Tworzenie nierozpuszczalnego żelu zachodzi poprzez interakcje między jonami wapnia i grupami COO- i OH kwasu poliguluronowego. Tworzy się tzw. struktura pudełka na jajka (egg box), w której jon wapnia znajduje się pomiędzy dwoma monomerami kwasu. Jony wapnia koordynują ujemnie naładowane grupy karboksylowe w każdym z dwóch równoległych bloków.

— struktura //egg box// 2008/05/15 01:11

Żel taki ma postać trójwymiarowej sieci długich łańcuchów, usieciowanych fragmentami złożonymi z bloków G i jonów wapnia. Okazuje się, że jony strontu lepiej wpasowują się w strukturę egg box, co znalazło zastosowanie w usuwaniu radioaktywnego strontu z przewodu pokarmowego, przy użyciu alginianów bogatych w kwas poliguluronowy.

Łańcuchy M tworzą sieci bardziej płaskie, ale także wiażą jony wapnia. Żele złożone z łańcuchów M są bardziej elastyczne, natomiast te złożone z łańcuchów G są sztywniejsze.

Nierozpuszczalne aligniany metali zachowuja sie jak typowe złoza jonowymienne. Powinowactwo jonów dwuwalentnych zalezy od ilości jednostek D-mannouronowych i L-guluropnowych. Powinowactwo alignianów dla jonów dwuwartościowych maleje następująco:

• Dla alginianów bogatych w forme M z Laminaria digitata:

Pb > Cu > Cd > Ba > Sr > Ca > Co, Ni, Zn, Mn > Mg

• Dla alginianów boagatych w formę G z Laminaria hyperborea:

Pb > Cu > Ba > Sr > Cd > Ca > Co, Ni, Zn, Mn > Mg

Stężenie jonów dwuwartościowych konieczne do uformowania żelu i wytracenia alginianu sodu z wodorostów maleje nastepujaco: Ba < Pb < Cu < Sr < Cd < Ca < Zn < Ni < Co < Mn, Fe < Mg W oddziaływaniu z jonami metali udział biorą przede wszystkim grupy karboksylowe, natomiast grupy hydroksylowe odgrywają mniejszą role.

Wodorosty są najpierw suszone i mielone. Następnie dodaje się konserwanty i miesza z gorącą wodą, aby uformować pastę. Ta z kolei przenoszona jest do zbiornika, do którego dodaje się gorącą wodę oraz węglan sodu. W trakcie tego, trwającego około 3 godziny, procesu, wodorosty nabrzmiewają, tracą swoja strukturę i formują lepki roztwór. Po rozcieńczeniu, powstała zawiesina jest mieszana przez 1-1,5 godziny, po czym dodaje się roztwór polielektrolitów, celem ułatwienia flokulacji różnego rodzaju nierozpuszczalnych składników. Po upływie 18-24 godzin następuje dekantacja, dodawana jest chloryna jako wybielacz oraz chlorek wapnia. Powstały osad alginianu wapnia jest odcedzany i prasowany, aby usunąć nadmiar wody. Kolejnym krokiem jest przepłukanie kwasem solnym, a następnie kwasem siarkowym, ażeby pozostawić włókna kwasu alginowego. Preparat taki można zneutralizować dodając odpowiednią zasadę i tym samym uzyskać pożądany produkt:

Zmodyfikowana metoda produkcji kwasu alginowego obejmuje precypitację kwasu bezpośrednio z przefiltrowanych, rozpuszczonych wodorostów przy użyciu kwasu siarkowego i alkoholu.

Rodzaje Pseudomonas i Azotobacter są jedynymi prokariotycznymi źródłami algininianów. Pseudomonas aeruginosa (ludzki patogen powodujący chroniczne infekcje układu oddechowego u chorych na mukowiscydozę) produkuje ten polisacharyd, który wpływa na jego wirulencję i umożliwia przeżycie w płucach. Także inne gatunki Pseudomonas (Pseudomonas mendocina i Pseudomonas syringae) posiadają zdolnoość produkowania alginianów w odpowiednich warunkach. Wiele odmian Azotobacter vinelandii także produkuje ten polimer. Alginiany produkowane przez bakterie są w każdym przypadku bogate w kwas mannuronowy.

Począwszy od D-fruktozo-6-fosforanu, powstaje GDP-D-mannoza, która następnie utleniana jest do kwasu GDP-D-mannourunowego. Związek ten jest polimeryzowany do mannuronianu. Acetylotransferaza razem z C-5-epimerazą modyfikuje reszty kwasu mannuronowego do kwasu guluronowego. Algininay bakteryjne są częściowo O–acetylowane, z grupami acetylowymi jedynie na resztach kwasu mannuronowego. Grupy te chronią reszty kwasu mannuronowego przed epimeryzacją do kwasu guluronowego.

Legenda: 1 - Fosofomannozoizomeraza, 2 - Fosfomannozomutaza, 3 - D-mannozo-1-fosforylomannozoguanylotransferaza, 4 - Guanozynodifosfomannozodehydrogenaza, 5 - Glukozylotransferaza, 6 - Acetylotransferaza, 7 - Mannuroniano–C-5-epimeraza

Produkcja kwasu alginowego przez bakterie napotyka dwa główne problemy: stabilność kultury oraz indukcję biosyntezy alginianów. Produkcja alginianów nie jest trwałą cecha fenotypową, ale raczej wymaga specjalnych czynników do jej utrzymania w hodowli. Alginiany są produkowane typowo jako metabolity wtórne, w późnej fazie stacjonarnej, a co za tym idzie nie stosuje się fermentacji nieciągłej z racji długiego czasu potrzebnego na rozpoczęcie ich produkcji przez bakterie. Rozwiązaniem bardziej ekonomicznym jest użycie immobilizowanych komórek.

Głównymi zaletami produkcji alginianów przez bakterie w stosunku do alg są: zmniejszenie kosztów produkcji oraz brak wpływu na produkcję czynników takich jak: zanieczyszczenie mórz i przypływy. Ponadto niektóre gatunki Pseudomonas mają zdolność formowania polimerów mannuronowych zupełnie pozbawionych reszt guluronowych. Kwas polimannuronowy (100% mannuronianu), używany jako immunostymulant, nie może być wytwarzany przez brązowe algi. Co więcej produkcję tego związku można zwiększyć poprzez eliminację genu dla epimerazy Dodatkowo w trakcie produkcji alginianów przez Azotobacter vinelandii można kontrolować stosunek kwasu mannuronowego do guluronowego.

Włókna otrzymywane z soli metali kwasu alginowego. Formuje się je metodą mokrą. Kąpiel koagulacyjną stanowi roztwór wodny ok. 0,5% kwasu solnego i 2-3% chlorek wapnia. Najczęściej stosowany jest alginian wapnia. Włókna takie barwią się barwnikami zasadowymi i bezpośrednimi.

Cechy włókien alginowych:

• Wytrzymałość 14-18 cN/tex
• Mała odporność na działanie wody, alkaliów, alkalicznych roztworów środków piorących
• Nierozpuszczalne w wodzie
• Silnie pęcznieją
• Nie palą się, ale się spopielają

Zastosowanie włókien alginowych:

• Tkaniny teatralne
• Wytwarzanie koronek, tkanin wzorzystych
• Włókna rozpuszczalne, np. przędze objętościowe, które powstają w wyniku rozpuszczenia i usunięcia włókien alginowych z przędzy
• Jako środek, który czasowo łączy dzianinę w technologii dziewiarstwa. Alginowe włókna są później usuwane (rozpuszczane)

Przedstawiciele: Sorbalgon, Fibracol (skład kolagenowo-alginianowy), Algosteril, SeaSorb, Melgisorb, Sorbsan, Tegagen, Kaltostat.

Zawierają najczęściej alginian wapnia lub algininan wapniwo-sodowy. Dzięki swojej luźnej i miękkiej strukturze, dopasowują się do ran. Opatrunek taki położony na ranę z wysiękiem staje się żelem hydrofilowym i tworzy ciepłe, wilgotne środowisko gojenia się rany oraz umożliwia jego automatyczne usunięcie. Mogą one występować w postaci gęstej sieci sprasowanych włókien, pod postacią płytki na rany powierzchowne lub jako sznur do zaopatrzenia rany głębokiej. Alginiany oprócz zdolności wiązania bakterii, charakteryzują się też właściwościami hemostatycznymi, gdyż jony wapnia uwalniane do rany, powodują aktywację płytek i przyspieszają hemostazę. Drobnoustroje oraz resztki martwych tkanek łączą się z powstałą galaretką dzięki czemu tworzy się mikroklimat korzystny do gojenia się rany, bez niekorzystnych efektów okluzji, utworzony żel bowiem przepuszcza wilgoć. Okazuje się jednak, że alginiany nie są wskazane w ranach suchych lub pokrytych martwymi, czarnymi tkankami, ponieważ wysięk jest konieczny do powstania żelu.

Przemysł spożywczy:

• Jako substancja klarująca - używany do soków, moszczy, piwa, miodów pitnych, hydrolizatów białkowych.

• Jako zagęstnik - stosowany do lodów (w ilości do 6 g/kg), przetworów rybnych mrożonych (do 4 g/kg), deserów błyskawicznych w proszku (110 g /kg), koncentratów ciast (10 g/kg), śmietanki sterylizowanej w wysokiej temperaturze UHT (5 g/kg) oraz śmietanki do ubijania i śmietanki ubitej.

W kosmetyce używane do robienia żeli pod prysznic, szamponów, past do zębów, preparatów do masażu, maseczek liftingujących, oczyszczających, modelujących, regenerujących i antytrądzikowych, kosmetyków wyszczuplających i antycellulitowych

Immobilizacja białek:

Żele alginianowe są jednym z najważniejszych układów do pułapkowania biokatalizatorów. Za ich pomocą można immobilizować żywe komórki w bardzo łagodny sposób. W związku ze stosunkowo luźną strukturą, żele takie nie nadają się do immobilizacji rozpuszczalnych białek, chyba że wcześniej zostaną np. usieciowane aldehydem glutarowym. Najczęściej stosuje się żel alginianu wapnia.

Przemysł papierniczy:

Do produkcji gładkiego, jednolitego papieru o określonej gęstości

Przemysł tekstylny:

Stosowane jako zagęstniki w druku reaktywnym ze względu na ich wysoką hydrofilowość, bardzo dobre zdolności wiązania wody i szybkie pęcznienie. Są to zagęstniki o bardzo dobrych własnościach drukarskich, które nadają się zarówno do druku małych elementów o „ostrych” konturach, jak i dużych powierzchni.

Oraz:

• W farbach na bazie wody do zawieszania pigmentu oraz do utrzymania odpowiedniej lepkości.

• Jeden z głównych składników mieszanek odchudzających – pęczniejąc w żołądku powoduje uczucie sytości.

• Substancja pomocnicza stosowana w produkcji stałych doustnych postaci leku

• Środek rozsadzający zapewniający możliwie najszybszy rozpad tabletki w przewodzie pokarmowym, ułatwiając zadziałanie substancji leczniczych. Pod wpływem wody kilkakrotnie zwiększają swoją objętość, przez co wywołują gwałtowne rozsadzenie tabletki.

• W stomatologii jako dodatek do mas wyciskowych przy sporządzaniu protez zębowych

• Jako dodatek do płynów stosowanych podczas wierceń geologicznych

1. http://www.researchandmarkets.com/reports/c90591
2. Thomas Hermann, Industrial production of amino acids by coryneform bacteria, Journal of BiotechnologyVolume 104, Issues 1-3, , A New Era in Corynebacterium Glutamicum Biotechnology, 4 September 2003, Pages 155-172.
3. http://www.holisticmed.net/aspartame/aminoacid.pdf
4. http://home.agh.edu.pl/~jlaska/wyklady/biopolimery/Zast%202.pdf
5. M. Ikeda, S. Nakagawa “The Corynebacterium glutamicum genome: features and impacts on biotechnological processes”, Applied microbiology and biotechnology, 2003
6. H. Schlegel „Mikrobiologia ogólna” wydanie drugie poprawione, PWN, Warszawa 2005
7. M. Bott “Corynebacteria: the good guys and the bad guys”, Microbiology Today, 2004
8. L. Mateos, E. Ordonez, M. Letek, J. Gil “Corynebacterium glutamicum as a model bacterium for the bioremediation of arsenic”, Internatiinal Microbiology, 2006
9. http://www.ebi.ac.uk/2can/genomes/bacteria/Corynebacterium_glutamicum.html
10. http://microbewiki.kenyon.edu/index.php/Corynebacterium_glutamicum
11. http://www.animal-liberation.pl/index.php?s=7&jsc=se&id=117
12. http://wizard.ae.krakow.pl/~nowosa6m/wlokna.html
13. http://www.jaworek.net/kosmetyki/surowce_zelujace.php
14. http://www.zakazenia.org.pl/index.php?okno=7&id=86&art_type=14
15. http://www.fao.org/docrep/field/003/AB730E/AB730E04.htm
16. http://www.kimica.jp/eng-Manufacturing-P7.htm
17. http://www.ictp.cnr.it/life/task2ac23.html
18. http://www.fmcbiopolymer.com/food/Ingredients/AlginatesPGA/Processing/tabid/2409/Default.aspx
19. http://www.cybercolloids.net
20. http://www.blackwell-synergy.com/doi/abs/10.1111/j.1749-6632.1987.tb45756.x
21. http://bib1lp1.rz.tu-bs.de/docportal/servlets/MCRFileNodeServlet/DocPortal_derivate_00001037/Document.pdf