Биотехнология - Ю.О. Сазыкин 2006

Общая биотехнология
Молекулярные механизмы внутриклеточной регуляции и их использование в биотехнологическом производстве
Катаболитная репрессия в создании и производстве лекарственных средств

Быстро усваиваемые источники углерода и энергии (прежде всего глюкоза) вызывают значительное и быстрое накопление биомассы у микроорганизмов. Однако биосинтез многих целевых продуктов биотехнологического производства, таких как вторичные метаболиты и ряд ферментов, при этом резко снижается. Явление, вначале называвшееся «глюконым эффектом», в дальнейшем получило название катаболитной репрессии.

Применительно к этому явлению введено понятие транзиентной репрессии, когда при внесении глюкозы в микробную культуру, растущую на источнике углерода и энергии, который ассимилируется медленнее глюкозы, происходит временное, но резкое подавление синтеза соответствующего катаболического фермента. Позднее, поскольку в среде присутствует глюкоза, фермент скова начинает синтезироваться, но с невысокой скоростью.

Другое понятие, которым оперируют применительно к катаболитной репрессии, — исключение индуктора. Глюкоза предотвращает поступление индуктора (менее эффективно используемого субстрата) в клетку. Еще одно понятие — катаболитное ингибирование, которое относится к подавлению активности ряда ферментов продуктами быстрого катаболизма глюкозы.

Установлено, что катаболитнан репрессия наступает в результате быстрого снижения в клетках содержания циклического 3,5- аденозинмонофосфата (цАМФ) под влиянием внесения глюкозы в среду. И наоборот, при удалении глюкозы из среды количество цАМФ в клетках увеличивается. Поскольку образование цАМФ из АТФ катализируется ферментом аденилатциклазой, поэтому для того чтобы изменить активность этого фермента, необходимо получить мутации в гене, кодирующем данный фермент.

Катаболитная репрессия — неблагоприятное явление, с которым приходится считаться биотехнологам, работающим в антибиотической промышленности, при получении методом микробиологического синтеза ферментов медицинского назначения, некоторых рекомбинантных белков. Несмотря на обилие накопленных фактов, связь катаболитной репрессии со многими метаболическими процессами, в частности, транспортом углеводов в клетку и экскрецией их из клетки, до конца не изучена. Поэтому помимо подбора сред с ограниченным содержанием глюкозы много внимания уделяется работе с продуцентами, когда, используя методы мутагенеза, селекции и генетической инженерии, получают мутанты, нечувствительные к катаболитной репрессии.