University of Helsinki, Helsinki 2006
Metabolic engineering of lactic acid bacteria and characterization of novel enzymes for the production of industrially important compounds
Johannes Sakari Aarnikunnas
Doctoral dissertation, September 2006.
University of Helsinki, Faculty of Veterinary Medicine, Department of Basic Veterinary Sciences, Division of Microbiology and Epidemiology.
Maitohappobakteerit ovat gram-positiivisia bakteereja, jotka tuottavat päämetaboliatuotteenaan maitohappoa (laktaattia). Niitä käytetäänkin yleisesti elintarviketeollisuudessa hapateorganismeina. Maitohappobakteereille on ominaista kyky fermentoida sokereita anaerobisessa ja aerobisessa kasvuympäristössä. Sokerikäymisessä ne saavat tarvitsemansa energian kasvuunsa ja solutoimintojensa ylläpitoon. Maitohappobakteerien tuotanto-ominaisuuksien parantaminen metaboliamuokkauksen avulla on lupaavaa, koska niiden energiametabolia on kohtalaisen yksinkertainen ja erillään biosynteettisistä reiteistä. Sokeri-metaboliaa voidaan näin muokata häiritsemättä solurakenteiden biosynteesiä. Maitohappobakteerien geneettinen muokkaus onkin lisääntynyt ja kehittynyt viime vuosikymmeninä. Esimerkiksi pyruvaatti-metabolian muokkauksella on saatu lisättyä diasetyylin ja alaniinin tuottoa. Lisäksi on kehitetty geneettisesti paranneltuja maitohappobakteereita eksopolysakkaridien ja B-vitamiinien tuottamiseen.
Tutkimuksen tavoitteena on ollut kehittää geneettisesti muokattuja maitohappobakteereita kaupallisesti kiinnostavien metaboliittien tuottajiksi. Työ on jakaantunut kahteen osaan. Ensimmäisessä osassa on yritetty parantaa mannitolin, pyruvaatin ja L-maitohapon tuottoa maitohappobakteereissa. Tutkimuksen toisessa osassa on tutkittu entsyymejä ja niiden geenejä, jotka ovat lupaavia geneettisesti muokattavien maitohappobakteerien kehittämisessä.
Ensimmäiseen osaan kuuluvassa työssä Lactobacillus fermentum -kannalta inaktivoitiin D-laktaattidehydrogenaasigeeni, joka mahdollistaa D-maitohapon tuoton. Tämä geneettisesti muokattu L. fermentum -kanta tuotti runsaasti mannitolia ja optisesti puhdasta L-laktaattia. L-laktaattia käytetään esim. biohajoavien polymeerien valmistukseen. Kummankin laktaattidehydrogenaasin inaktivoinnilla saatiin myös pyruvaattia kerääntymään kasvuliemeen. Pyruvaattia käytetään esim. useissa orgaanisissa synteeseissä ja kosmetiikassa. Mannitolin tuottoa saatiin lisättyä myös Leuconostoc pseudomesenteroides -kannalla, jonka fruktokinaasigeeni oli inaktivoitu kemiallisella mutagenisaatiolla.
Tutkimuksen toisessa osassa eristettiin ja kloonattiin Leuconostoc mesenteroides -bakteerin mannitolidehydrogenaasi ja sitä koodaava geeni (mdh). Mannitolidehydrogenaasi on entsyymi, joka katalysoi fruktoosin pelkistymistä mannitoliksi. Lisäksi eristettiin ja kloonattiin gram-negatiivisen Pantoea ananatis -bakteerin ksylitoli-4-dehydrogenaasientsyymi, joka katalysoi ksylitolin hapettumista L-ksyluloosiksi. Tätä kyseistä entsyymiä koodaava geeni (xdh) on ensimmäinen bakteerista julkaistu ksylitoli-4-dehydrogenaasigeeni. L-ksyluloosi on harvinainen ja arvokas sokeri.
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
© University of Helsinki 2006
Last updated 20.09.2006