stringtranslate.com

Ацетобактерии ацети

Acetobacter aceti, грамотрицательная бактерия , которая передвигается с помощью перитрихиальных жгутиков , была обнаружена, когда Луи Пастер доказал, что она является причиной превращения этанола в уксусную кислоту в 1864 году. Сегодня A. aceti признана видом в пределах рода Acetobacter , принадлежащего к семейству Acetobacteraceae в классе Alphaproteobacteria. [1] Ее бактериальная подвижность играет важную роль в формировании биопленок, сложных сообществ, где клетки A. aceti объединяются и взаимодействуют, еще больше повышая их способность метаболизировать этанол и производить уксусную кислоту. [2] Широко распространенный в различных экологических нишах, этот безвредный микроорганизм процветает в местах обитания, богатых ферментируемыми сахарами, такими как цветы, фрукты, мед, вода и почва, присутствующих везде, где происходит ферментация сахара. [3] A. aceti лучше всего растет при температуре от 25 до 30 градусов по Цельсию, с верхним пределом в 35 градусов по Цельсию, и в слегка кислых условиях с pH от 5,5 до 6,3. [3] A. aceti давно используется в ферментационной промышленности, эффективно производя уксусную кислоту из спирта в качестве облигатного аэроба, зависящего от кислорода как конечного акцептора электронов. [4] A. aceti, классифицируемый как ацидофил , способный выживать в кислых средах, обладает подкисленной цитоплазмой , что обеспечивает большинству белков кислотную стабильность. [3] Способность микроорганизма процветать в средах, богатых сбраживаемыми сахарами, показывает его потенциал как организма для изучения микробного метаболизма и адаптации.

Помимо своей экологической роли, A. aceti имеет значительную экономическую ценность, особенно в производстве уксуса , где он катализирует превращение этанола в вине или сидре в уксусную кислоту. [2] Уксусная кислота, которую он вырабатывает, используется в производстве ацетатного шёлка , производстве пластмасс , производстве резины и фотографических химикатов. Помимо его промышленного применения, уникальные метаболические возможности A. aceti привлекли внимание в биотехнологических исследованиях. Исследования показали, что он может стать ключевым игроком в производстве биохимических веществ и возобновляемых материалов, используя свой ферментативный аппарат для устойчивых производственных процессов. Acetobacter aceti — многогранный организм с экологическим, промышленным и биотехнологическим значением, демонстрирующий его ключевую роль в метаболизме и экономической ценности. [3]

История

История Acetobacter aceti тесно связана с историей производства уксуса и микробной ферментации. Производство уксуса, который получают из ферментированных фруктов или зерен, насчитывает тысячи лет. Древние цивилизации использовали уксус в медицинских и кулинарных целях. Со временем люди стали уделять все больше внимания процессу ферментации, который превращает сахара в спирт, а затем в уксус в присутствии кислорода. В конце 19 века Мартинус Бейеринк (голландский микробиолог) выделил различные бактерии, участвующие в производстве уксуса, в частности, род Acetobacter . [5] В начале 20 века исследования ученого Луи Пастера определили роль Acetobacter aceti в превращении спирта в уксусную кислоту. Исследования A. aceti расширились, чтобы изучить их биотехнологические применения за пределами производства уксуса, включая производство биотоплива, биоремедиацию, пищевую ферментацию и синтез биополимеров. [6]

Генетика

Acetobacter aceti принадлежит к семейству Acetobacteraceae , которое включает два рода, называемые Acetobacter и Gluconobacter . [7] Acetobacter окисляет этанол до уксусной кислоты, в то время как Gluconobacter использует исключительно глюкозу для своих метаболических процессов. Было показано, что многие секвенированные штаммы A. aceti , включая NBRC 14818 и JCM20276, содержат геном, состоящий из одной хромосомы и четырех плазмид. [5] [8] Штамм A. aceti NBRC 14818 содержит 3 596 270 пар оснований в своей хромосоме. [5]

Метаболизм

A. aceti — уникальный микроорганизм из-за своей способности выживать в высоких концентрациях уксусной кислоты. [9] Этот микроб использует двухэтапное окисление этанола до ацетата. Этанол окисляется мембраносвязанными белками, называемыми пирролохинолинхинон-зависимой алкогольдегидрогеназой (PQQ-зависимой ADH), с образованием ацетилальдегида. PQQ-зависимые белки ADH находятся в периплазме . Затем ацетилальдегид окисляется ферментом альдегиддегидрогеназой [10] с образованием ацетата, что приводит к неполному окислению этанола. [11] Впоследствии ацетат может использоваться в цикле трикарбоновых кислот (цикл трикарбоновых кислот) после истощения этанола. Затем ацетат преобразуется в ацетил-КоА либо ферментом ацетил-КоА-синтетазой, либо опосредованно фосфотрансацетилазой и ацетаткиназой. Альтернативно, эффлюксный насос также может выводить ацетат из микроба. Штаммы A. aceti могут переносить внеклеточные концентрации уксусной кислоты от 5 до 20 процентов. [12]

Промышленное использование

Производство уксусной кислоты

A. aceti широко используется в промышленном производстве уксуса благодаря своей способности производить высокие концентрации уксусной кислоты из этанола, а также обладает высокой устойчивостью к уксусной кислоте. [13]

Диабет

Диабет является серьезной проблемой для здоровья, затрагивающей миллионы американцев, побуждая исследователей искать эффективные методы лечения и потенциальные средства излечения. A. aceti становится кандидатом из-за своей потенциальной роли в контроле диабета. Пробиотики были идентифицированы как терапевтический метод лечения диабета, и недавние исследования выявили штаммы A. aceti , богатые хромом и цинком, для усиления гипогликемического эффекта пробиотика. Был проведен эксперимент, в котором исследователи сравнили эффективность A. aceti с метформином, распространенным методом лечения пациентов с диабетом 2 типа. Результат показал, что A. aceti не только увеличил секрецию инсулина, но и способствовал восстановлению поврежденной ткани поджелудочной железы, показывая его потенциал как ценного терапевтического метода в лечении диабета. [14]

Производство целлюлозы

Целлюлоза — это углевод, в частности полисахарид, который можно найти в клеточных стенках растений, водорослей, грибов и некоторых бактерий. Благодаря производству уксусной кислоты и окислению этанола A. aceti играет решающую роль в синтезе бактериальной целлюлозы. Бактериальная целлюлоза отличается от растительной целлюлозы своей высокочистой и кристаллической структурой. Эта бактериальная целлюлоза ценится за свою высокую чистоту, прочность и уникальные свойства. Она используется для производства биопленок, медицинских повязок и продуктов питания. [15] [16]

Образование биопленки

A. aceti обычно известен как едкий, поскольку он производит уксусную кислоту, которая вызывает сильную коррозию меди и стали во многих промышленных условиях. Однако также было обнаружено, что в растворе с этанолом образуется биопленка A. aceti , которую можно использовать в качестве защитного слоя для предотвращения коррозии углерода и стали. Это важно, поскольку, если биопленки A. aceti используются для снижения микробиологически вызванной коррозии, промышленная прибыль увеличится. [17]

Безопасность

Acetobacter aceti не известен как патоген для человека и, как правило, считается безопасным для использования в промышленных условиях. Кожа человека не обеспечивает бактерии оптимальных условий для роста, что снижает риск заражения или неблагоприятных последствий от прямого контакта. Оптимальная температура роста A. aceti ниже температуры, обнаруживаемой в организме человека, что делает маловероятным его обитание как в организме человека, так и животных в целом, что позволяет включить его в список микроорганизмов GRAS (общепризнанных безопасными) FDA.

Хотя A. aceti представляет минимальный риск для человека, он может иметь последствия для окружающей среды, особенно в сельском хозяйстве. Некоторые данные свидетельствуют о том, что A. aceti может быть вреден для растений и другой флоры, потенциально нарушая естественные экосистемы. Метаболическая активность A. aceti и выработка уксусной кислоты могут влиять на pH почвы и микробные сообщества, что может повлиять на здоровье почвы и динамику экосистемы. Также было обнаружено, что A. aceti вызывает гниение фруктов, таких как яблоки и груши. Таким образом, хотя A. aceti считается безопасным для контакта с человеком, его взаимодействие с окружающей средой требует дальнейших исследований для понимания его потенциального экологического воздействия и информирования о методах устойчивого управления. [18] [19]

Ссылки

  1. ^ "Национальный центр биотехнологической информации". www.ncbi.nlm.nih.gov . Получено 2024-03-19 .
  2. ^ ab Департамент пищевых наук и технологий, Государственный университет Лондрины, CEP 86057-970, Лондрина, PR, Бразилия; Гомеш, Родриго Хосе; Борхес, Мария де Фатима; Embrapa Tropical Agroindustry, CEP 60511-110, Форталеза, CE, Бразилия; Роза, Морсилейде де Фрейтас; Embrapa Tropical Agroindustry, CEP 60511-110, Форталеза, CE, Бразилия; Кастро-Гомес, Рауль Хорхе Эрнан; Департамент пищевых наук и технологий, Государственный университет Лондрины, CEP 86057-970, Лондрина, PR, Бразилия; Спиноза, Вильма Апаресида; Кафедра пищевых наук и технологий, Государственный университет Лондрины, CEP 86057-970, Лондрина, PR, Бразилия (2018). "Уксуснокислые бактерии в пищевой промышленности: систематика, характеристики и применение" (PDF) . Пищевые технологии и биотехнологии . 56 (2): 139–151. doi :10.17113/ftb.56.02.18.5593. PMC 6117990 . PMID  30228790. {{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )
  3. ^ abcd Распор, Питер; Горанович, Душан (январь 2008 г.). «Биотехнологическое применение уксуснокислых бактерий». Критические обзоры по биотехнологии . 28 (2): 101–124. doi :10.1080/07388550802046749. ISSN  0738-8551. PMID  18568850.
  4. ^ Сенгун, Илькин Юджел; Карабийикли, Шениз (май 2011 г.). «Значение уксуснокислых бактерий в пищевой промышленности». Food Control . 22 (5): 647–656. doi :10.1016/j.foodcont.2010.11.008.
  5. ^ abc Gomes, Родриго Хосе; Борхес, Мария де Фатима; Роза, Морсилейде де Фрейтас; Кастро-Гомес, Рауль Хорхе Эрнан (2018). «Уксуснокислые бактерии в пищевой промышленности: систематика, характеристики и применение» (PDF) . Пищевые технологии и биотехнологии . 56 (2): 139–151. дои : 10.17113/ftb.56.02.18.5593. ПМК 6117990 . ПМИД  30228790. 
  6. ^ Gillis, M.; Kersters, K.; Gossele, F.; Swings, J.; De Ley, J.; MacKenzie, AR; Bousfield, IJ (1983-01-01). «Повторное открытие сорбозной бактерии Бертрана (Acetobacter aceti subsp. xylinum): предложение о назначении NCIB 11664 вместо NCIB 4112 (ATCC 23767) в качестве типового штамма Acetobacter aceti subsp. xylinum: запрос мнения». Международный журнал систематической бактериологии . 33 (1): 122–124. doi :10.1099/00207713-33-1-122. ISSN  0020-7713.
  7. ^ Шкрабан, Юре; Трчек, Янья (2017-06-28), «Сравнительная геномика Acetobacter и других уксуснокислых бактерий», Acetic Acid Bacteria , Бока-Ратон, Флорида: CRC Press, [2016] | Серия: Серия по биологии пищевых продуктов | «Книга издательства Science».: CRC Press, стр. 44–70, doi : 10.1201/9781315153490-3, ISBN 978-1-315-15349-0, получено 2024-04-19{{citation}}: CS1 maint: местоположение ( ссылка )
  8. ^ Хиросе, Юу; Кумсаб, Джаккафан; Тобе, Рюта; Михара, Хисааки (15 октября 2020 г.). Балтрус, Дэвид А. (ред.). «Полная последовательность генома уксуснокислой бактерии Acetobacter aceti JCM20276». Объявления о ресурсах по микробиологии . 9 (42): e00962-20. дои : 10.1128/MRA.00962-20. ISSN  2576-098X. ПМЦ 7561692 . ПМИД  33060273. 
  9. ^ Накано, Сигеру; Фукая, Масахиро (июнь 2008 г.). «Анализ белков, реагирующих на уксусную кислоту у Acetobacter: молекулярные механизмы, придающие устойчивость к уксусной кислоте уксуснокислым бактериям». Международный журнал пищевой микробиологии . 125 (1): 54–59. doi :10.1016/j.ijfoodmicro.2007.05.015. PMID  17920150.
  10. ^ Арай, Хироюки; Сакурай, Кента; Исии, Масахару (2016), Мацусита, Казунобу; Тояма, Хирохиде; Тоноучи, Наото; Окамото-Каинума, Акико (ред.), «Метаболические особенности Acetobacter aceti», Бактерии уксусной кислоты: экология и физиология , Токио: Springer Japan, стр. 255–271, doi : 10.1007/978-4-431-55933-7_12. , ISBN 978-4-431-55933-7, получено 29.02.2024
  11. ^ Арай, Хироюки; Сакурай, Кента; Исии, Масахару (2016), Мацусита, Казунобу; Тояма, Хирохиде; Тоноучи, Наото; Окамото-Каинума, Акико (ред.), «Метаболические особенности Acetobacter aceti», Бактерии уксусной кислоты: экология и физиология , Токио: Springer Japan, стр. 255–271, doi : 10.1007/978-4-431-55933-7_12. , ISBN 978-4-431-55933-7, получено 2024-04-04
  12. ^ Родриго Хосе Гомеш; Мария де Фатима Борхес; Морсильвейде де Фрейтас Роза; Рауль Хорхе Эрнан Кастро-Гомес; Вильма Апаресида Спиноза (2018). «Уксуснокислые бактерии в пищевой промышленности: систематика, характеристики и применение» (PDF) . Пищевые технологии и биотехнологии . 56 (2): 139–151. дои : 10.17113/ftb.56.02.18.5593. ПМК 6117990 . ПМИД  30228790. 
  13. ^ Накано, Сигеру; Фукая, Масахиро (июнь 2008 г.). «Анализ белков, реагирующих на уксусную кислоту у Acetobacter: молекулярные механизмы, придающие устойчивость к уксусной кислоте уксуснокислым бактериям». Международный журнал пищевой микробиологии . 125 (1): 54–59. doi :10.1016/j.ijfoodmicro.2007.05.015. PMID  17920150.
  14. ^ Хуан, Юн-И; Цинь, Сян-Кунь; Дай, Юань-Юань; Хуан, Лян; Хуанг, Ган-Ронг; Цинь, Ян-Чун; Вэй, Сиань; Хуан, Янь-Цян (15 июня 2022 г.). «Приготовление и гипогликемическое действие богатого хромом и цинком Acetobacter aceti». Всемирный журнал диабета . 13 (6): 442–453. дои : 10.4239/wjd.v13.i6.442 . ISSN  1948-9358. ПМЦ 9210545 . ПМИД  35800410. 
  15. ^ Окияма, Ацуши; Сираэ, Хидеюки; Кано, Хидео; Яманака, Сигеру (ноябрь 1992 г.). «Бактериальная целлюлоза I. Двухступенчатый процесс ферментации для производства целлюлозы с помощью Acetobacter aceti». Пищевые гидроколлоиды . 6 (5): 471–477. doi :10.1016/S0268-005X(09)80032-5.
  16. ^ Даял, Манмит Сингх; Госвами, Навенду; Сахай, Аншуман; Джайн, Вибхор; Матур, Гарима; Матур, Ашвани (апрель 2013 г.). «Влияние компонентов среды на рост клеток и продукцию бактериальной целлюлозы Acetobacter aceti MTCC 2623». Углеводные полимеры . 94 (1): 12–16. doi :10.1016/j.carbpol.2013.01.018. ПМИД  23544503.
  17. ^ Франция, Даниэль Кук (2016-07-19). «Антикоррозионное влияние биопленок Acetobacter aceti на углеродистую сталь». Журнал «Материалы и эксплуатационные характеристики » . 25 (9): 3580–3589. Bibcode : 2016JMEP...25.3580F. doi : 10.1007/s11665-016-2231-0. ISSN  1059-9495. PMC 5220434. PMID 28082824  . 
  18. ^ Cepec, Eva; Trček, Janja (2022-01-01). «Устойчивость к противомикробным препаратам видов Acetobacter и Komagataeibacter, происходящих из уксусов». Международный журнал исследований окружающей среды и общественного здравоохранения . 19 (1): 463. doi : 10.3390/ijerph19010463 . hdl : 20.500.12556/DKUM-85273 . ISSN  1660-4601. PMC 8744987. PMID 35010733  . 
  19. ^ "Acetobacter aceti Окончательная оценка риска | Биотехнологическая программа в соответствии с Законом о контроле за токсичными веществами (TSCA) | Агентство по охране окружающей среды США". corpora.tika.apache.org . Получено 2024-04-17 .

Внешние ссылки