Рост бактерии Basillus subtilis и биосинтез нуклеозида инозина

РОСТ БАКТЕРИИ Basillus subtilis И БИОСИНТЕЗ НУКЛЕОЗИДА ИНОЗИНА НА ВЫСОКО-ДЕЙТЕРИРОВАННОЙ СРЕДЕ

2006 г. О. В. МОСИН

Московская государственная академия тонкой химической технологии им. М.В. Ломоносова, 117571.

Изучена возможность биосинтетического получения дейтерий-меченного инозина путём выделения из культуральной жидкости штаммапродуцента Bacillus subtillis. Метод получения инозина основан на использовании в качестве источника ростовых факторов при культивировании штамма-продуцента гидролизатов дейтерированной биомассы факультативных метилотрофных бактерий Brevibacterium methylicum, полученных со среды, содержащей 98 об.% 2Н2O и 2 об.% С2Н3О2Н. Приведены экспериментальные данные по росту штамма B. subtilis и биосинтезу инозина на среде, приготовленной из 99,9 ат.% 2Н2О и гидролизатов биомассы метилотрофных бактерий. Анализ степени дейтерированности инозина был проведён с использованием масс-спектрометрии FAB. Полученные результаты свидетельствуют о высокой степени включения дейтерия в инозин (62,5 % атомов водорода в углеродном скелете молекулы замещены на дейтерий).

Ключевые слова: Bacillus subtillis. - Тяжёлая вода. - Дейтерий-меченный инозин. - Масс-спектрометрия.

ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время культивирование штаммов-продуцентов на тяжелой воде, открывает все новые возможности для получения широкого круга биологически активных соединений (БАС), в т.ч. нуклеозидов, меченных дейтерием [1-3]. В связи с этим перспективны биотехнологические процессы, в которых для роста на тяжелой воде используют штаммы продуценты нужных БАС, устойчивые к присутствию максимальных концентраций 2Н2O.

Основной трудностью при биосинтезе изотопно-меченных нуклеозидов является недостаток соответствующих ростовых субстратов. Начиная с первых экспериментов Катца с соавт. по адаптации и выращиванию клеток Chlorella на тяжелой были разработаны среды на основе экстрактов дейтерий-меченной биомассы микроводорослей как источников ростовых субстратов для культивирования других штаммов-продуцентов БАС [4]. Однако метод получения высокодейтерированных субстратов, хорошо апробированный на микроводорослях в лабораторных условиях, все же не находит широкого практического применения вследствие ряда трудностей, связанных, в частности, с адаптацией и культивированием микроводорослей в тяжелой воде, аппаратурной громозкостью технологической схемы, использованием фотореакторов и т.п.

Другими альтернативными источниками дейтерий-меченных соединений могут служить метилотрофные бактерии, интерес к которым все возрастает благодаря успешному развитию технологии химического синтеза метанола [5]. Усваиваемость биомассы метилотрофов клетками эукариот составляет 85-99 % [6], а производительность метилотрофов, измеренная по уровню конверсии метилового спирта достигает 50% [7]. Как было показано нами раннее, метилотрофные бактерии могут быть достаточно быстро и легко адаптированны к тяжелой воде [8-10]. В связи с этим, практический интерес представляет разработка на основе гидролизатов биомассы метилотрофов меченных сред для культивирования различных штаммов-продуцентов БАС, в частности нуклеозидов.

Целью данной работы было исследование принципиальной возможности использования гидролизатов биомассы метилотрофных бактерий для получения инозина, высокомеченного дейтерием.

УСЛОВИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА 

В работе использовали безводные соли марки “х.ч.”(РФ), белкововитаминный концентрат дрожжей (Пензенский завод, РФ), 2Н2О (99,9% 2Н) и С2Н3О2Н (97,5 % 2Н), полученные из Российского научно-исследовательского центра “Изотоп” (Санкт-Петербург, РФ).

Бактериальные штаммы. Объектом исследования служил мутантный штамм B. subtilis, способный продуцировать и выделять инозин в культуральную жидкость при росте на среде, содержащей в качестве ростовых факторов сухую дрожжевую биомассу, полученную на углеводородах. Штамм был получен из коллекции культур ГКПМ Российского научно-исследовательского центра генетики и селекции промышленных микроорганизмов.

B. subtillis был предварительно адаптирован к росту на тяжёлой воде путём рассева на среде, приготовленной на основе 99,9 ат. % 2Н2О и использован в качестве продуцента инозина при ферментации. Отобранный штамм проявлял высокую жизнеспособность и стабильность по признаку инозинообразования при многократном пассивировании на агаризованных (2%-ный агар) средах. Штамм поддерживали на агаризованной среде, содержащей 2Н2O.

В качестве источника ростовых факторов при культивировании штамма-продуцента инозина использовали штамм факультативных метилотрофных бактерий B. methylicum, полученный в работе [8].

Сырую биомассу B. methylicum, полученную в полностью дейтерированной среде dM9 [11] автоклавировали в 0,5 н. растворе 2 HCl (в 2H2O) при 08 ати в течении 30 мин.

Экстракцию липидов проводили смесью хлороформ-метанол (2:1) по методу Блайя и Дайера [12].

Гидролиз белка проводили в 6 н. 2 HCl (в 2H2O) (24 ч, 110 0С) [13].

Культивирование B. subtilis. Для получения посевного материала использовали среду следующего состава (в % по весу): глюкоза 2; пептон 2; бакто-витаминный концентрат дрожжей 2; NaCl 0,25.
Культивирование B. subtilis проводили на среде, приготовленной на основе 99,9 ат.% 2Н2О (dFM-среда), содержащей (в % по весу): глюкоза 12; автоклавированная биомасса метилотрофных бактерий B. methylicum 2,5; NH4NO3 3; MgSO4 2; мел 2.

Среды стериллизовали при 0,8 ати. в течении 30-40 мин, рН доводили до 7,0-7,2 с помощью гидроокиси калия. Посевной материал выращивали в колбах Эрленмейера объемом 250 мл (с наполнением средой не более 20 мл) в условиях интенсивной аэрации при 30-320С. После суток посевной материал переносили в ферментационную среду в количестве 5-10 об.%. и культивировали в течении семи суток как при выращивании посевного материала.

Выделение инозина. Клетки отделяли от культуральной жидкости на центрифуге Т-24 (Германия) (10 000 об/мин., 10 мин.). Супернатант концентрировали при 10 мм рт ст до объёма, в два раза меньше исходного. Белки удаляли, осаждая их метанолом при -40 С, осадок отделяли центрифугированием (10 000 об/мин, 10 мин). К супернатанту добавляли 1 г активированного угля и выдерживали реакционную смесь при -4 0С в течении суток. Десорбцию инозина проводили 50 %-ным раствором спирта в 25 %-ном растворе аммиака, десорбант лиофилизовали. Полученный продукт дважды промывали ацетоном, сушили при 500 С. Инозин перекристаллизовывали из метанола.

Тонкослойную хроматографию (ТСХ) инозина осуществляли на пластинках “Silufol UV254”(Чехо-Словакия) в системе: н-бутанол-уксусная кислота-вода, 2:1:1. Инозин идентифицировали по поглощению в УФ свете.

Содержание инозина в культуральной жидкости определяли на приборе “Beckman DU-6” (США) в пробах культуральной жидкости, объемом 10 мкл при помощи стандартной калибровочной кривой (249 нм). Элюцию пятен проводили дистиллированной водой.

Аминокислотный анализ белковых гидролизатов проводили на приборе “Biotronic LC 50001” (ФРГ), 230 x 3,2 мм, рабочее давление 50-60 атм, скорость подачи буфера 18,5 мл/ч, нингидрина 9,25 мл/ч.
Уровни включения дейтерия в аминокислоты белка были исследованы методом масс-спектрометрии электронного удара на приборе “MB-80A” (Hitachi, Япониня) после модификации аминокислот в метиловые эфиры дансиламинокислот по методике, указанной в работе [8].

Масс-спектры инозина получены на приборе “MB-80A” (Hitachi, Япония) на глицериновой матрице, при потенциале 5 кВ и ионном токе 0,6-0,8 мА.