Кинетика образования продуктов жизнедеятельности филаментозными организмами

Кинетика образования продуктов метаболизма и утилизации субстрата плесневыми грибами и другими филаментозными организмами обычно очень сложна. Типичным примером может служить биосинтез пенициллина в периодическом процессе. Как показано па рис. 7.30, существуют три различных режима усвоения субстрата. В течение первых 20 ч происходит быстрая утилизация сахара, сопровождающаяся активным ростом плесени. В стационарной фазе утилизация субстрата замедляется, а скорость образования пенициллина достигает максимума. Затем скорость усвоения сахара опять возрастает и удерживается на высоком уровне вплоть до его истощения.

Аналогичная картина наблюдается и в ходе биосинтеза других антибиотиков, хотя каждый процесс имеет и свою специфику. В производстве стрептомицина, например, максимальная скорость синтеза антибиотика достигается (по сравнению с пенициллином) позднее, а заключительная фаза ускоренной утилизации сахара не наступает вообще.

Процесс продуцирования антибиотика окситетрациклина филаментозным микроорганизмом Streptomyces rimosus интересен тем, что здесь результат всего процесса зависит и от морфологии организма. В табл. 7.8 суммированы основные стадии и особенности этого процесса.

Ниже перечислены некоторые особенности образования продуктов жизнедеятельности, характерные только для филаментозных организмов и найденные экспериментальным путем:

1. Максимальный выход продукта метаболизма достигается в определенной фазе периодического процесса при условии оптимальной начальной концентрации субстрата. Повышение концентрации субстрата приводит к ускорению роста, но при этом субстрат расходуется в основном на образование биомассы, а метаболит синтезируется в очень малых концентрациях. Если же концентрация субстрата слишком низка, то образующееся незначительное количество биомассы не в состоянии синтезировать антибиотик в достаточных концентрациях даже в период максимальной скорости его биосинтеза.

2. Образование продукта метаболизма максимально при минимальном ветвлении активно растущих гиф инокулята. С другой стороны, уменьшение степени ветвления повышает продолжительность лаг-фазы и, следовательно, длительность всего процесса. Очевидно, должна существовать некоторая оптимальная степень ветвления гиф инокулята.

3. Поскольку плесени и другие мицелиальные микроорганизмы являются аэробами, казалось бы, что максимальная интенсивность перемешивания погруженной культуры должна способствовать эффективному переносу кислорода к плесени и, таким образом, росту последней. В случае пенициллина, однако, было установлено, что максимальные выходы антибиотика достигаются при некоторой промежуточной интенсивности перемешивания. Этому факту было дано несколько объяснений. Известно, что на морфологию плесени влияют механические воздействия; возможно, что более энергичное перемешивание способствует ветвлению гиф, которое, как считается, снижает скорость биосинтеза антибиотика.

Не исключено также, что существует некоторая оптимальная скорость подачи кислорода, но ввиду сложности системы подтвердить это предположение экспериментальным путем чрезвычайно трудно.