ES2220219B1 - PROCEDURE FOR THE PRODUCTION OF L-CARNITINE FROM CROTONOBETAINA, D-CARNITINE, ITS SALTS AND DERIVATIVES, BY PERMEABILIZED CELLS OF PROTEUS SP. OR ESCHERICHIA COLI. - Google Patents
PROCEDURE FOR THE PRODUCTION OF L-CARNITINE FROM CROTONOBETAINA, D-CARNITINE, ITS SALTS AND DERIVATIVES, BY PERMEABILIZED CELLS OF PROTEUS SP. OR ESCHERICHIA COLI.Info
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Abstract
Procedimiento para la producción de L-carnitina a partir de crotonobetaína, D-carnitina, sus sales y derivados, mediante células permeabilizadas de Proteus sp. o Escherichia coli.Procedure for the production of L-carnitine from crotonobetaine, D-carnitine, its salts and derivatives, by permeabilized cells of Proteus sp . or Escherichia coli .
El procedimiento para la producción de L-carnitina, a partir de un sustrato de biotransformación seleccionado entre crotonobetaína, una sal de crotonobetaína, un derivado de crotonobetaína, D-carnitina, una sal de D-carnitina, un derivado de D-carnitina, y mezclas de los mismos, comprende cultivar células permeabilizadas de Escherichia coli o de Proteus sp., libres o inmovilizadas, en un medio de cultivo que contiene dicho sustrato de biotransformación y los nutrientes necesarios para mantener la viabilidad de dichas células, bajo condiciones que permiten la producción de L-carnitina. Dicho medio de cultivo puede contener compuestos activadores del crecimiento de dichas células y/o inductores de las enzimas implicadas en el metabolismo de la L-carnitina y/o inhibidores de la transformación de crotonobetaína en \gamma-butirobetaína.The process for the production of L-carnitine, from a biotransformation substrate selected from crotonobetaine, a crotonobetaine salt, a crotonobetaine derivative, D-carnitine, a D-carnitine salt, a D-carnitine derivative, and mixtures thereof, includes growing free or immobilized Escherichia coli or Proteus sp . permeabilized cells, in a culture medium containing said biotransformation substrate and the nutrients necessary to maintain the viability of said cells, under conditions that allow L-carnitine production. Said culture medium may contain growth activating compounds of said cells and / or inducers of the enzymes involved in the metabolism of L-carnitine and / or inhibitors of the transformation of crotonobetaine into γ-butyrobetaine.
Description
Procedimiento para la producción de L-carnitina a partir de crotonobetaína, D-carnitina, sus sales y derivados, mediante células permeabilizadas de Proteus sp. o Escherichia coli.Procedure for the production of L-carnitine from crotonobetaine, D-carnitine, its salts and derivatives, by permeabilized cells of Proteus sp . or Escherichia coli .
La presente invención se relaciona con un nuevo procedimiento para la producción de L-carnitina a partir de crotonobetaína, D-carnitina, sus sales y derivados, en un reactor en el que células permeabilizadas de Proteus sp. o Escherichia coli actúan como biocatalizadores de la reacción de hidratación y racemización.The present invention relates to a new process for the production of L-carnitine from crotonobetaine, D-carnitine, its salts and derivatives, in a reactor in which permeabilized cells of Proteus sp . o Escherichia coli act as biocatalysts of the hydration and racemization reaction.
Es bien conocido que la L-carnitina [R-(-)-3-hidroxi-4-N-trimetilaminobutirato] es una sustancia ubicua que desempeña distintos papeles en el metabolismo, especialmente en el transporte de ácidos grasos de cadena larga a través de la membrana interna mitocondrial. La función de la L-carnitina en el metabolismo de las células eucarióticas ha conducido a una serie de aplicaciones clínicas, por ejemplo, en el tratamiento de pacientes con síndromes de deficiencia en carnitina, en la profilaxis y tratamiento de diversas enfermedades cardíacas y como terapia de sustitución en pacientes de hemodiálisis. Adicionalmente, se ha utilizado la L-carnitina como aditivo en bebidas energéticas o ha sido añadida a medios de fermentación para aumentar la velocidad de crecimiento de levaduras y bacterias. El aumento en la demanda del enantiómero biológicamente activo, L-carnitina, para estos y otros propósitos, ha provocado el desarrollo de distintos procedimientos para sintetizar esta betaína en una forma ópticamente pura, ya que el racemato químicamente sintetizado no puede ser administrado debido a que inhibe enzimas importantes tales como las proteínas transportadoras de carnitina y la carnitina acetiltransferasa.It is well known that the L-carnitine [R - (-) - 3-hydroxy-4-N-trimethylaminobutyrate] it is a ubiquitous substance that plays different roles in the metabolism, especially in the transport of fatty acids from long chain through the inner mitochondrial membrane. The role of L-carnitine in the metabolism of eukaryotic cells has led to a number of applications clinics, for example, in the treatment of patients with syndromes of carnitine deficiency, in the prophylaxis and treatment of various heart diseases and as replacement therapy in hemodialysis patients. Additionally, the L-carnitine as an additive in energy drinks or has been added to fermentation media to increase the speed of Yeast and bacteria growth. The increase in demand for biologically active enantiomer, L-carnitine, for these and other purposes, it has caused the development of different procedures to synthesize this betaine in a way optically pure, since the chemically synthesized racemate does not it can be administered because it inhibits important enzymes such as carnitine transport proteins and the carnitine acetyltransferase.
Se han descrito procedimientos químicos de obtención de L-carnitina basados en la resolución de carnitina racémica, o sus precursores, a través de sus diastereómeros por medio de ácidos óptimamente activos (US 4.254.053), en los que la D-carnitina es el producto residual del proceso de resolución. Este problema puede resolverse mediante procedimientos biológicos que permiten la producción a gran escala de L-carnitina a partir de sus precursores aquirales de bajo coste (Adv. Biochem. Eng. Biotechnol., 1993, 50:21-44). De especial interés es la hidratación estereoespecífica de la trans-crotonobetaína a L-carnitina utilizando cepas pertenecientes al género Escherichia (EP 121444; DD 221905; EP 320460) o Proteus (Agric. Biol. Chem., 1988, 52:2415-2421; US 5.300.430). La ventaja de este método radica en que el precursor aquiral puede ser obtenido por deshidratación química de la D-carnitina producto que, de otro modo, carecería de valor.Chemical procedures for obtaining L-carnitine based on the resolution of racemic carnitine, or its precursors, have been described through its diastereomers by means of optimally active acids (US 4,254,053), in which D-carnitine is the Residual product of the resolution process. This problem can be solved by biological procedures that allow large-scale production of L-carnitine from its low-cost aquatic precursors (Adv. Biochem. Eng. Biotechnol., 1993, 50: 21-44). Of special interest is the stereospecific hydration of trans- crotonobetaine to L-carnitine using strains belonging to the genus Escherichia (EP 121444; DD 221905; EP 320460) or Proteus (Agric. Biol. Chem., 1988, 52: 2415-2421; US 5,300,430). The advantage of this method is that the aquiral precursor can be obtained by chemical dehydration of the product D-carnitine that would otherwise be worthless.
También se ha descrito la biotransformación de crotonobetaína en L-carnitina con bajo rendimiento (35-45%) utilizando la enzima L-carnitina deshidratasa (WO99/24597; FEMS Microbiol. Lett., 2001, 196:1-6).The biotransformation of crotonobetaine in L-carnitine with poor performance (35-45%) using the enzyme L-carnitine dehydratase (WO99 / 24597; FEMS Microbiol Lett., 2001, 196: 1-6).
Las bacterias gram-negativas, por ejemplo Escherichia coli, Proteus sp., etc., poseen una membrana exterior extra, principalmente protectora, que es capaz de expulsar macromoléculas hidrófilas y sustancias hidrófobas. La integridad de la membrana exterior en las bacterias gram-negativas puede ser alterada por agentes permeabilizantes (Microbiol. Rev., 1992, 56:395-411; Lett. Appl. Microbiol., 1999, 1, 13-16). A modo ilustrativo, se ha descrito que detergentes tales como Triton X-100 (Enz. Microbiol. Technol., 1996, 18:18-22; Enz. Microbiol. Technol., 1998, 22:621-628) y Tween (Enz. Microbiol. Technol., 1996, 19:145-149), así como disolventes orgánicos, tales como tolueno (Biotechnol. Lett., 1994, 16:345-348), actúan como agentes permeabilizantes celulares. Sin embargo, se necesitan investigaciones adicionales sobre la permeabilización de bacterias gram-negativas ya que se dispone de poca información debido a su membrana externa y a las características especiales de su pared celular y se necesita desarrollar métodos eficaces para reducir la acción tipo barrera de la cubierta celular hacia los sustratos y los productos en los procesos biológicos (bioprocesos).Gram-negative bacteria, for example Escherichia coli , Proteus sp ., Etc., possess an extra, mainly protective outer membrane, which is capable of expelling hydrophilic macromolecules and hydrophobic substances. The integrity of the outer membrane in gram-negative bacteria can be altered by permeabilizing agents (Microbiol. Rev., 1992, 56: 395-411; Lett. Appl. Microbiol., 1999, 1, 13-16). By way of illustration, it has been described that detergents such as Triton X-100 (Enz. Microbiol. Technol., 1996, 18: 18-22; Enz. Microbiol. Technol., 1998, 22: 621-628) and Tween (Enz Microbiol. Technol., 1996, 19: 145-149), as well as organic solvents, such as toluene (Biotechnol. Lett., 1994, 16: 345-348), act as cellular permeabilizing agents. However, additional research on the permeabilization of gram-negative bacteria is needed as there is little information available due to its outer membrane and the special characteristics of its cell wall and effective methods need to be developed to reduce the barrier-like action of the shell cell towards substrates and products in biological processes (bioprocesses).
Se han realizado ensayos de permeabilidad sobre distintas bacterias. No obstante, aparentemente, no se han realizado ensayos de permeabilidad sobre células de Proteus sp. o de E. coli como medio para incrementar el bioproceso de conversión en L-carnitina.Permeability tests have been performed on different bacteria. However, apparently, no permeability tests have been performed on Proteus sp . or E. coli as a means to increase the bioprocess of conversion into L-carnitine.
Por otra parte, se conoce que E. coli y Proteus sp. son capaces de biotransformar compuestos de trimetilamonio (FEMS Microbiol. Lett., 2001, 196:1-6; Biochem. Biophys. Acta, 1989, 1003:270-276; Enzyme Microbiol. Technol., 2001, 28:785-791), por lo que la generación de productos secundarios de la biotransformación de crotonobetaína en L-carnitina, tales como la \gamma-butirobetaína, supone una producción más baja de L-carnitina así como serios problemas aguas abajo que afectan significativamente a la aplicabilidad industrial del proceso.On the other hand, it is known that E. coli and Proteus sp . they are capable of biotransforming trimethylammonium compounds (FEMS Microbiol. Lett., 2001, 196: 1-6; Biochem. Biophys. Acta, 1989, 1003: 270-276; Enzyme Microbiol. Technol., 2001, 28: 785-791) , so the generation of secondary products of the biotransformation of crotonobetaine in L-carnitine, such as γ-butyrobetaine, supposes a lower production of L-carnitine as well as serious downstream problems that significantly affect the industrial applicability of process.
Existe la necesidad de encontrar un procedimiento microbiológico alternativo para producir L-carnitina a partir de un sustrato de biotransformación apropiado, tal como crotonobetaína, que supere la totalidad o parte de los inconvenientes asociados con los procedimientos microbiológicos de producción de L-carnitina conocidos.There is a need to find a procedure alternative microbiological to produce L-carnitine from a substrate of appropriate biotransformation, such as crotonobetaine, that exceeds the all or part of the inconveniences associated with the microbiological production processes of L-carnitine known.
La solución proporcionada por esta invención se basa en un nuevo procedimiento para incrementar la biotransformación de crotonobetaína, D-carnitina, sus sales y derivados, en L-carnitina o sus derivados mediante el empleo de células permeabilizadas de bacterias gram-negativas, tales como Proteus sp. y E. coli. La permeabilización celular mejora la entrada de sustrato y el flujo del producto, factores que están controlados por la membrana externa y por la difusión de la pared celular, y el sistema de transporte en sí mismo, conduciendo a un aumento en la conversión del sustrato de hasta el doble (80-90%). Además de obtener L-carnitina con elevada pureza junto con una elevada productividad y rendimiento en L-carnitina, la producción de productos secundarios de la biotransformación, tales como \gamma-butirobetaína, es muy reducida o prácticamente nula ya que los niveles de L-carnitina en el interior celular son más bajos debido a la permeabilización, reduciéndose de este modo los costes de tratamiento aguas abajo del proceso.The solution provided by this invention is based on a new method for increasing the biotransformation of crotonobetaine, D-carnitine, its salts and derivatives, into L-carnitine or its derivatives by using permeabilized cells of gram-negative bacteria, such as Proteus sp . and E. coli . Cell permeabilization improves substrate entry and product flow, factors that are controlled by the outer membrane and diffusion of the cell wall, and the transport system itself, leading to an increase in the conversion of the substrate. up to double (80-90%). In addition to obtaining L-carnitine with high purity along with high productivity and yield in L-carnitine, the production of biotransformation by-products, such as γ-butyrobetaine, is very low or virtually nil since L-levels Carnitine inside the cell are lower due to permeabilization, thus reducing treatment costs downstream of the process.
Por tanto, en un aspecto, la invención se relaciona con un procedimiento para la producción de L-carnitina, a partir de un sustrato de biotransformación, que comprende cultivar células permeabilizadas de E. coli o de Proteus sp., en un medio de cultivo que contiene dicho sustrato de biotransformación y los nutrientes necesarios para mantener la viabilidad de dichas células, bajo condiciones que permiten la producción de L-carnitina.Therefore, in one aspect, the invention relates to a process for the production of L-carnitine, from a biotransformation substrate, which comprises culturing permeabilized cells of E. coli or Proteus sp ., In a culture medium containing said biotransformation substrate and the nutrients necessary to maintain the viability of said cells, under conditions that allow the production of L-carnitine.
Debido a que la inducción de enzimas relacionadas con la carnitina requiere de condiciones aeróbicas para Proteus sp., o anaeróbicas para en una realización particular, dicho procedimiento comprende cultivar células permeabilizadas de E. coli a un pH comprendido entre 4,5 y 8,5, en un medio de cultivo que comprende el sustrato de biotransformación en condiciones aeróbicas, mientras que en otra realización particular, dicho procedimiento comprende cultivar células permeabilizadas de Proteus sp. a un pH comprendido entre 4,5 y 8,5, en un medio de cultivo que comprende el sustrato de biotransformación en condiciones anaeróbicas.Because the induction of carnitine-related enzymes requires aerobic conditions for Proteus sp ., Or anaerobic for in a particular embodiment, said method comprises culturing permeabilized E. coli cells at a pH between 4.5 and 8.5 , in a culture medium comprising the biotransformation substrate under aerobic conditions, while in another particular embodiment, said method comprises culturing permeabilized cells of Proteus sp . at a pH between 4.5 and 8.5, in a culture medium comprising the biotransformation substrate under anaerobic conditions.
La Figura 1 es una gráfica que muestra las curvas de crecimiento de células de Proteus sp. en presencia de distintas concentraciones de extracto de levadura, concretamente 1 g.L^{-1} (\blacksquare), 5 g.L^{-1} (\blacktriangle),10 g.L^{-1} (\blacktriangledown), 20 g.L^{-1} (\blacklozenge) y 30 g.L^{-1} (\bullet).Figure 1 is a graph showing the cell growth curves of Proteus sp . in the presence of different concentrations of yeast extract, namely 1 gL -1 (black), 5 gL -1 (iangle), 10 gL -1 (black), 20 gL ^ {-1} (black) and 30 gL -1 (-).
La Figura 2 es una gráfica que muestra la velocidad de crecimiento específico (\mu) en h^{-1} de células de Proteus sp. en presencia de una concentración de extracto de levadura de 30 g.L^{-1} (\bullet).Figure 2 is a graph showing the specific growth rate (µ) in h -1 of Proteus sp . in the presence of a concentration of yeast extract of 30 gL -1 ()).
La Figura 3 es una gráfica que muestra las curvas de crecimiento (Figura 3A) y la velocidad de crecimiento específico (\mu), en h^{-1} (Figura 3B), de células de Proteus sp. a distintos valores de pH, concretamente a pH 6,6 (\blacklozenge), 6,8 (\blacktriangledown), 7,1 (\blacksquare) y 7,8 (\blacktriangle).Figure 3 is a graph showing the growth curves (Figure 3A) and the specific growth rate (µ), in h -1 (Figure 3B), of Proteus sp . at different pH values, specifically at pH 6.6 (zen), 6.8 (down), 7.1 (black) and 7.8 (black).
La invención proporciona un procedimiento para la producción de L-carnitina, a partir de un sustrato de biotransformación seleccionado entre crotonobetaína, una sal de crotonobetaína, un derivado de crotonobetaína, D-carnitina, una sal de D-carnitina, un derivado de D-carnitina, y mezclas de los mismos, en adelante procedimiento de la invención, que comprende cultivar células permeabilizadas de Escherichia coli o de Proteus sp., en un medio de cultivo que contiene dicho sustrato de biotransformación y los nutrientes necesarios para mantener la viabilidad de dichas células, bajo condiciones que permiten la producción de L-carnitina.The invention provides a process for the production of L-carnitine, from a biotransformation substrate selected from crotonobetaine, a salt of crotonobetaine, a derivative of crotonobetaine, D-carnitine, a salt of D-carnitine, a derivative of D- carnitine, and mixtures thereof, hereinafter method of the invention, comprising culturing cells permeabilized from Escherichia coli or Proteus sp ., in a culture medium containing said biotransformation substrate and the nutrients necessary to maintain the viability of said cells, under conditions that allow the production of L-carnitine.
El procedimiento de la invención comprende el empleo de células permeabilizadas de E. coli o de Proteus sp. Dichas células permeabilizadas pueden obtenerse por métodos convencionales que comprenden poner en contacto células de E. coli o de Proteus sp. con un agente permeabilizante bajo condiciones que permiten la permeabilización de tales células. Prácticamente cualquier agente permeabilizante de células, en particular, de bacterias gram-negativas, puede ser utilizado. No obstante, en una realización particular, dicho agente permeabilizante se selecciona entre detergentes, disolventes orgánicos y sus mezclas. Ejemplos de detergentes que pueden ser utilizados para la permeabilización de dichas células incluyen los octoxinoles, por ejemplo, el octoxinol-9, un detergente no iónico comercializado con la marca Triton X-100; los polisorbatos, por ejemplo, un éster polietoxilado de sorbitán comercializado con la marca Tween 20, etc.; polietilenimina (PEI), etc. Ejemplos de disolventes orgánicos que pueden ser utilizados en la permeabilización de dichas células incluyen alcoholes, por ejemplo, etanol, isopropanol, etc.; cetonas, por ejemplo, acetona, etc.; o hidrocarburos aromáticos, por ejemplo, tolueno, etc. El de permeabilización de dichas células de E. coli o Proteus sp. se puede realizar utilizando uno o más detergentes y/o uno o más disolventes orgánicos.The process of the invention comprises the use of permeabilized cells of E. coli or Proteus sp . Said permeabilized cells can be obtained by conventional methods comprising contacting E. coli or Proteus sp . with a permeabilizing agent under conditions that allow the permeabilization of such cells. Virtually any cell permeabilizing agent, in particular, of gram-negative bacteria, can be used. However, in a particular embodiment, said permeabilizing agent is selected from detergents, organic solvents and mixtures thereof. Examples of detergents that can be used for permeabilization of said cells include octoxinols, for example, octoxynol-9, a non-ionic detergent sold under the brand name Triton X-100; the polysorbates, for example, a polyethoxylated sorbitan ester marketed under the Tween 20 brand, etc .; polyethyleneimine (PEI), etc. Examples of organic solvents that can be used in the permeabilization of said cells include alcohols, for example, ethanol, isopropanol, etc .; ketones, for example, acetone, etc .; or aromatic hydrocarbons, for example, toluene, etc. The permeabilization of said E. coli or Proteus sp . It can be done using one or more detergents and / or one or more organic solvents.
En una realización particular, el proceso para permeabilizar células de E. coli o Proteus sp. comprende incubar dichas células en presencia de un agente permeabilizante, en una concentración comprendida entre 1 y 50% (peso/volumen), bajo condiciones aeróbicas, a un pH comprendido entre 4,5 y 8,5, a una temperatura comprendida entre 4ºC y 40ºC, durante un periodo de tiempo suficiente para garantizar la permeabilización celular, por ejemplo, entre 1 minuto y 24 horas. El valor de pH entre 4,5 y 8,5 puede obtenerse, por ejemplo, utilizando un tampón fosfato, por ejemplo, fosfato potásico, con la concentración adecuada (20-80 mM). Las células permeabilizadas resultantes pueden ser utilizadas directamente en el procedimiento de la invención mediante la adición del sustrato de biotransformación al reactor en el que se encuentran las células permeabilizadas. Alternativamente, dichas células permeabilizadas pueden ser separadas por métodos convencionales y lavadas antes de ser utilizadas en el procedimiento de la invención. Prácticamente cualquier método de separación de células puede ser utilizado; no obstante, en una realización particular, la células permeabilizadas se separan mediante centrifugación, por ejemplo, a 1.000-20.000 x g, durante un periodo de tiempo comprendido entre 1 y 60 minutos, y se lavan, por ejemplo, con el tampón utilizado en el proceso de permeabilización. Los Ejemplos 6 y 7 ilustran realizaciones particulares de permeabilización de células de E. coli y de Proteus sp.In a particular embodiment, the process for permeabilizing E. coli or Proteus sp . it comprises incubating said cells in the presence of a permeabilizing agent, in a concentration between 1 and 50% (weight / volume), under aerobic conditions, at a pH between 4.5 and 8.5, at a temperature between 4 ° C and 40 ° C, for a period of time sufficient to guarantee cell permeabilization, for example, between 1 minute and 24 hours. The pH value between 4.5 and 8.5 can be obtained, for example, using a phosphate buffer, for example, potassium phosphate, with the appropriate concentration (20-80 mM). The resulting permeabilized cells can be used directly in the process of the invention by adding the biotransformation substrate to the reactor in which the permeabilized cells are found. Alternatively, said permeabilized cells can be separated by conventional methods and washed before being used in the process of the invention. Virtually any method of cell separation can be used; however, in a particular embodiment, the permeabilized cells are separated by centrifugation, for example, at 1,000-20,000 xg, for a period of time between 1 and 60 minutes, and washed, for example, with the buffer used in the permeabilization process. Examples 6 and 7 illustrate particular embodiments of permeabilization of E. coli and Proteus sp .
Para la puesta en práctica del procedimiento de la invención se cultivan células permeabilizadas de E. coli o de Proteus sp. en un medio de cultivo que contiene dicho sustrato de biotransformación y los nutrientes necesarios para mantener la viabilidad de dichas células, bajo condiciones que permiten la producción de L-carnitina. Dicho medio de cultivo puede contener, además, si se desea, uno o más compuestos activadores del crecimiento de dichas células y/o uno o más inductores de las enzimas implicadas en el metabolismo de la L-carnitina y/o uno o más inhibidores de la transformación de crotonobetaína en \gamma-butirobetaína.Permeabilized cells of E. coli or Proteus sp . Are cultured for the implementation of the process of the invention. in a culture medium containing said biotransformation substrate and the nutrients necessary to maintain the viability of said cells, under conditions that allow the production of L-carnitine. Said culture medium may also contain, if desired, one or more growth-activating compounds of said cells and / or one or more inducers of the enzymes involved in the metabolism of L-carnitine and / or one or more inhibitors of the transformation of crotonobetaine into γ-butyrobetaine.
El sustrato de biotransformación para la producción de L-carnitina según e]. procedimiento de la invención puede ser crotonobetaína, una sal de crotonobetaína, un derivado de crotonobetaína, D-carnitina, una sal de D-carnitina, un derivado de D-carnitina, o sus mezclas. Prácticamente cualquier sal. o derivado de crotonobetaína o D-carnitina, por ejemplo, sus sales de metales alcalinos o alcalinotérreos, sus acil derivados, sus ésteres, etc., puede ser utilizado como sustrato de biotransformación en el procedimiento de la invención. Ejemplos ilustrativos de dichos sustratos de biotransformación incluyen crotonobetaína o D-carnitina, sus sales de metales alcalinos o alcalinotérreos, por ejemplo, sus sales sódica, potásica, etc., sus acil derivados, por ejemplo, acetil-crotonobetaína, propionil-crotonobetaína, etc., o sus ésteres, por ejemplo, crotonobetainil-palmitato, crotonobetainil-isovalerato, etc. En una realización particular, dicho sustrato de biotransformación es crotonobetaína. El sustrato de biotransformación puede estar presente en el medio de cultivo en prácticamente cualquier concentración, preferentemente, en. una concentración comprendida entre 25 mM y 1 M.The biotransformation substrate for L-carnitine production according to e]. process of the invention may be crotonobetaine, a salt of crotonobetaine, a derivative of crotonobetaine, D-carnitine, a salt of D-carnitine, a derivative of D-carnitine, or mixtures thereof. Virtually any Salt. or derived from crotonobetaine or D-carnitine, for example, its alkali metal or alkaline earth metal salts, its Acyl derivatives, their esters, etc., can be used as a substrate of biotransformation in the process of the invention. Examples illustrative of said biotransformation substrates include crotonobetaine or D-carnitine, its metal salts alkaline or alkaline earth, for example, its sodium salts, potassium, etc., its acyl derivatives, for example, acetyl-crotonobetaine, propionyl-crotonobetaine, etc., or its esters, by example, crotonobetainyl palmitate, crotonobetainyl isovalerate, etc. In a particular embodiment, said biotransformation substrate is crotonobetaine The biotransformation substrate may be present in the culture medium in virtually any concentration, preferably, in. a concentration included between 25 mM and 1 M.
Las células permeabilizadas de E. coli o de Proteus sp. pueden encontrarse en estado de crecimiento o en estado de reposo. Los términos "estado de crecimiento o estado de reposo" definen una situación en la que las células enteras realizan su ciclo vital consumiendo sustratos y produciendo productos. En esa situación, células enteras en un medio mínimo se encuentran en estado latente o su membrana y pared celular muestran una permeabilidad aumentada hacia ciertos sustratos, debido a los cambios físico-químicos que tienen lugar externamente dentro del medio. Dichos cambios no evitan que se realicen ciertos procesos bioquímicos dirigidos a la producción del producto deseado (Anal. Biochem, 1180, 1982, 211-234; en "Biotechnology'", (Kieslich K. vol. Ed. Rehm H.J. & Reed G. Ed) Verlag Chemie, Weinhein, Germany, 1984, vol. 6a. 5-30).Permeabilized cells of E. coli or Proteus sp . they can be in a state of growth or in a state of rest. The terms "growth state or resting state" define a situation in which whole cells carry out their life cycle by consuming substrates and producing products. In that situation, whole cells in a minimal medium are in a latent state or their membrane and cell wall show an increased permeability towards certain substrates, due to the physical-chemical changes that take place externally within the medium. Such changes do not prevent certain biochemical processes directed to the production of the desired product (Anal. Biochem, 1180, 1982, 211-234; in "Biotechnology"), (Kieslich K. vol. Ed. Rehm HJ & Reed G. Ed) Verlag Chemie, Weinhein, Germany, 1984, vol. 6a. 5-30).
Tal como se utiliza en esta descripción, la expresión "medio de cultivo que contiene los nutrientes necesarios para mantener la viabilidad de dichas células permeabilizadas de E. coli o de Proteus sp." pretende incluir los medios de cultivo, tanto mínimos como complejos, que contienen los nutrientes necesarios (fuente de carbono, fuente de nitrógeno, micronutrientes, etc.) adecuados para el cultivo de dichas células bien en estado de crecimiento o bien en estado de reposo. En general, dichos medios de cultivo son conocidos por los técnicos en la materia. Ejemplos ilustrativos de medios de cultivo en los que puede llevarse a cabo el procedimiento de la invención incluyen:As used in this description, the expression "culture medium containing the nutrients necessary to maintain the viability of said permeabilized cells of E. coli or Proteus sp ." It is intended to include the culture media, both minimal and complex, that contain the necessary nutrients (carbon source, nitrogen source, micronutrients, etc.) suitable for the culture of said cells either in a growing state or in a resting state. In general, said culture media are known to those skilled in the art. Illustrative examples of culture media in which the process of the invention can be carried out include:
- (i)(i)
- un medio de cultivo mínimo para cultivar células de E. coli en estado de crecimiento que comprende hidrolizado de caseína (0,1-1 g.L^{-1)}, crotonobetaína (1-5 g.L^{-1}) y sales inorgánicas tales como (NH_{4})_{2}SO_{4} (1-5 g.L^{-1}), KH_{2}PO_{4} (1-5 g.L^{-1}), K_{2}HPO_{4} (1-10 g.L^{-1}), MgSO_{4} \cdotH_{2}O (0-0,5 g.L^{-1}), MnSO_{4} \cdotH_{2}O (0-0,5 g.L^{-1}) y FeSO_{4} \cdotH_{2}O (0-0,001 g.L^{-1}1); el pH se ajusta entre 4,5 y 8,5, por ejemplo, mediante adición de una base, tal como NaOH o KOH, antes de la esterilización;a minimal culture medium for growing E. coli cells in a growth state comprising casein hydrolyzate (0.1-1 gL -1), crotonobetaine (1-5 gL -1) and inorganic salts such as (NH 4) 2 SO 4 (1-5 gL -1), KH 2 PO 4 (1-5 gL -1), K_ 2} HPO4 (1-10 gL <-1>), MgSO_4 \ O2 (0-0.5 gL <-1>), MnSO_ {4} \ cdotH_ {2 O (0-0.5 gL -1) and FeSO 4 · H 2 O (0-0.001 gL -1) 1); the pH is adjusted between 4.5 and 8.5, for example, by adding a base, such as NaOH or KOH, before sterilization;
- (ii)(ii)
- un medio de cultivo complejo para cultivar células de E. coli en estado de crecimiento que comprende peptona pancreática (1-30 g.L^{-1}), crotonobetaína (1-100 g.L^{-1}) y NaCl (1-10 g.L^{-1}); el pH se ajusta entre 4,5 y 8,5, por ejemplo, mediante adición de una base, tal como NaOH o KOH, antes de la esterilización;a complex culture medium for growing E. coli cells in a growth state comprising pancreatic peptone (1-30 gL -1), crotonobetaine (1-100 gL -1) and NaCl (1-10 gL -1); the pH is adjusted between 4.5 and 8.5, for example, by adding a base, such as NaOH or KOH, before sterilization;
- (iii)(iii)
- un medio de cultivo para cultivar células permeabilizadas de E. coli en estado de reposo que contiene únicamente tampón fosfato a una concentración comprendida entre 10 y 1.000 mM, pH 4,5-8,5, al que se le adiciona crotonobetaína a una concentración comprendida entre 25 y 1.000 mM (dependiendo del caso);a culture medium for culturing permeabilized E. coli cells in a resting state containing only phosphate buffer at a concentration between 10 and 1,000 mM, pH 4.5-8.5, to which crotonobetaine is added at a concentration comprised between 25 and 1,000 mM (depending on the case);
- (iv)(iv)
- un medio de cultivo para cultivar células de Proteus sp. en estado de crecimiento que comprende extracto de levaduras (1-30 g.L^{-1}), K_{2}HPO_{4} (1-10 g.L^{-1}), KH_{2}PO_{4} (1-10 g.L^{-1}) y crotonobetaína (25-1.000 mM); ya culture medium for culturing Proteus sp . in a growth state comprising yeast extract (1-30 gL -1), K 2 HPO 4 (1-10 gL -1), KH 2 PO 4 ( 1-10 gL -1) and crotonobetaine (25-1,000 mM); Y
- (v)(v)
- un medio de cultivo para cultivar células permeabilizadas de Proteus sp. en estado de reposo que contiene crotonobetaína (1-150 g.L^{-1}) y glicerol (1-10 g.L^{-1}).a culture medium for culturing permeabilized cells of Proteus sp . at rest, it contains crotonobetaine (1-150 gL -1) and glycerol (1-10 gL -1).
Asimismo, tal como se utiliza en esta descripción, la expresión "bajo condiciones que permiten la producción de L-carnitina" pretende incluir genéricamente las condiciones necesarias (temperatura, pH, agitación, oxígeno, etc.) para la producción de L-carnitina según el procedimiento de la invención. En general, dichas condiciones pueden ser determinadas por los expertos en la materia mediante ensayos de prueba y error. No obstante, en una realización particular:Also, as used in this description, the expression "under conditions that allow L-carnitine production "aims to include generically the necessary conditions (temperature, pH, agitation, oxygen, etc.) for the production of L-carnitine according to the process of the invention. In general, these conditions can be determined by the subject matter experts through trial and error tests. Do not However, in a particular embodiment:
- (i)(i)
- la producción de L-carnitina con células permeabilizadas de E. coli en estado de crecimiento comprende incubar en medio complejo para células de E. coli en estado de crecimiento, bajo condiciones anaeróbicas, a una temperatura comprendida entre 35ºC y 40ºC, a un pH comprendido entre 5,5 y 8,5 y con agitación (100-200 rpm);The production of L-carnitine with permeabilized E. coli cells in a growth state comprises incubating in complex medium for E. coli cells in a growth state, under anaerobic conditions, at a temperature between 35 ° C and 40 ° C, at a pH comprised between 5.5 and 8.5 and with stirring (100-200 rpm);
- (ii)(ii)
- la producción de L-carnitina con células permeabilizadas de E. coli en estado de reposo comprende incubar dichas células en un medio de cultivo para células de E. coli en estado de reposo, bajo condiciones aeróbicas, con aporte de oxígeno (aire o nitrógeno), a una temperatura comprendida entre 4ºC y 40ºC, a un pH comprendido entre 5,5 y 8,5 (por ejemplo, con tampón fosfato 30-80 mM) y con agitación (100-200 rpm);the production of L-carnitine with permeabilized cells of E. coli at rest comprises incubating said cells in a culture medium for E. coli cells at rest, under aerobic conditions, with oxygen supply (air or nitrogen) , at a temperature between 4 ° C and 40 ° C, at a pH between 5.5 and 8.5 (for example, with 30-80 mM phosphate buffer) and with stirring (100-200 rpm);
- (iii)(iii)
- la producción de L-carnitina con células permeabilizadas de Proteus sp. en condiciones de crecimiento comprende incubar dichas células en un medio de cultivo para células de Proteus sp. en estado de crecimiento, bajo condiciones aeróbicas con aporte de oxígeno (aire o nitrógeno), a una temperatura comprendida entre 35ºC y 40ºC, a un pH comprendido entre 5,5 y 8,5 (por ejemplo, con tampón fosfato 30-80 mM) y con agitación (100-200 rpm); yL-carnitine production with permeabilized cells of Proteus sp . under growth conditions it comprises incubating said cells in a culture medium for Proteus sp . in a state of growth, under aerobic conditions with oxygen supply (air or nitrogen), at a temperature between 35ºC and 40ºC, at a pH between 5.5 and 8.5 (for example, with 30-80 mM phosphate buffer ) and with stirring (100-200 rpm); Y
- (iv)(iv)
- la producción de L-carnitina con células permeabilizadas de Proteus sp. en estado de reposo comprende incubar dichas células en un medio de cultivo para células de Proteus sp. en estado de reposo, bajo condiciones aeróbicas, con aporte de oxígeno (aire o nitrógeno), a una temperatura comprendida entre 35ºC y 40ºC, a un pH comprendido entre 5,5 y 8,5 (tampón fosfato 30-80 mM) y con agitación (100-200 rpm).L-carnitine production with permeabilized cells of Proteus sp . at rest, it comprises incubating said cells in a culture medium for Proteus sp . at rest, under aerobic conditions, with oxygen supply (air or nitrogen), at a temperature between 35ºC and 40ºC, at a pH between 5.5 and 8.5 (30-80 mM phosphate buffer) and with stirring (100-200 rpm).
El medio de cultivo utilizado para la puesta en práctica del procedimiento de la invención también pueden contener, si se desea, uno o más compuestos activadores del crecimiento de dichas células y/o uno o más inductores de las enzimas implicadas en el metabolismo de la L-carnitina y/o uno o más inhibidores de la transformación de crotonobetaína en \gamma-butirobetaína.The culture medium used for putting in practice of the process of the invention may also contain, if desired, one or more growth activating compounds of said cells and / or one or more inducers of the enzymes involved in the metabolism of L-carnitine and / or one or more crotonobetaine transformation inhibitors in γ-butyrobetaine.
En una realización particular, dicho medio de cultivo comprende, además, un compuesto activador del crecimiento de dichas células. Prácticamente, cualquier compuesto activador del crecimiento de dichas células puede ser utilizado. No obstante, en una realización concreta, dicho compuesto activador del crecimiento de células permeabilizadas de E. coli o de Proteus sp. se selecciona entre glicerina, glucosa, ribosa, sacarosa, lactosa y sus mezclas. En caso de que el medio de cultivo contenga dicho compuesto activador del crecimiento, éste puede estar presente en una concentración comprendida entre 20 mM y 150 mM.In a particular embodiment, said culture medium further comprises a growth activating compound of said cells. Virtually any growth-activating compound of said cells can be used. However, in a specific embodiment, said growth-activating compound of permeabilized cells of E. coli or Proteus sp . it is selected from glycerin, glucose, ribose, sucrose, lactose and mixtures thereof. In case the culture medium contains said growth activating compound, it may be present in a concentration between 20 mM and 150 mM.
En otra realización particular, dicho medio de cultivo comprende, además, un inductor de las enzimas implicadas en el metabolismo de la L-carnitina. Prácticamente, cualquier inductor de las enzimas implicadas en el metabolismo de la L-carnitina puede ser utilizado. No obstante, en una realización concreta, dicho inductor de las enzimas implicadas en el metabolismo de la L-carnitina se selecciona entre crotonobetaína, una sal de crotonobetaína, un derivado de crotonobetaína, D-carnitina, una sal de D-carnitina, un derivado de D-carnitina, DL-carnitina, una sal de DL-carnitina, un derivado de DL-carnitina, y mezclas de los mismos. En caso de que el medio de cultivo contenga dicho inductor de las enzimas implicadas en el metabolismo de la L-carnitina, éste puede estar presente en una concentración comprendida entre 1 mM y 20 mM. En general, cuando el procedimiento de la invención se lleva acabo utilizando células permeabilizadas de E. coli o de Proteus sp. resulta ventajoso o conveniente incluir dicho inductor de las enzimas implicadas en el metabolismo de la L-carnitina.In another particular embodiment, said culture medium further comprises an inducer of the enzymes involved in the metabolism of L-carnitine. Practically, any inducer of the enzymes involved in the metabolism of L-carnitine can be used. However, in a specific embodiment, said inducer of the enzymes involved in the metabolism of L-carnitine is selected from crotonobetaine, a salt of crotonobetaine, a derivative of crotonobetaine, D-carnitine, a salt of D-carnitine, a derivative of D-carnitine, DL-carnitine, a salt of DL-carnitine, a derivative of DL-carnitine, and mixtures thereof. If the culture medium contains said inducer of the enzymes involved in the metabolism of L-carnitine, it may be present in a concentration between 1 mM and 20 mM. In general, when the process of the invention is carried out using permeabilized cells of E. coli or Proteus sp . It is advantageous or convenient to include said inducer of the enzymes involved in the metabolism of L-carnitine.
En otra realización particular, dicho medio de cultivo comprende, además, un inhibidor de la transformación de crotonobetaína en \gamma-butirobetaína. Prácticamente, cualquier inhibidor de la transformación de crotonobetaina en \gamma-butirobetaína puede ser utilizado. No obstante, en una realización concreta dicho inhibidor de la transformación de crotonobetaína en \gamma-butirobetaína se selecciona entre fumarato, oxígeno, dióxido de carbono, nitrato, glucosa y sus mezclas. Dichos inhibidores pueden estar presentes en el medio de cultivo en las siguientes cantidades: fumarato (1-50 mM), oxígeno (1-100%), dióxido de carbono (1-10%), nitrato (1-50 mM), glucosa (1-10 g.L^{-1}). En general, cuando el procedimiento de la invención se lleva acabo utilizando células permeabilizadas de Proteus sp. no es necesario incluir en el medio de cultivo dicho inhibidor de la transformación de crotonobetaína en \gamma-butirobetaína.In another particular embodiment, said culture medium further comprises an inhibitor of the transformation of crotonobetaine into γ-butyrobetaine. Practically, any inhibitor of the transformation of crotonobetaine into γ-butyrobetaine can be used. However, in a specific embodiment said inhibitor of the transformation of crotonobetaine into γ-butyrobetaine is selected from fumarate, oxygen, carbon dioxide, nitrate, glucose and mixtures thereof. Such inhibitors may be present in the culture medium in the following amounts: fumarate (1-50 mM), oxygen (1-100%), carbon dioxide (1-10%), nitrate (1-50 mM), glucose (1-10 gL -1). In general, when the process of the invention is carried out using permeabilized cells of Proteus sp . it is not necessary to include in the culture medium said inhibitor of the transformation of crotonobetaine into γ-butyrobetaine.
El procedimiento de la invención se puede llevar a cabo con las células permeabilizadas de E. coli o de Proteus sp. libres o, alternativamente, inmovilizadas en un soporte. El término "células libres" se refiere principalmente a una situación en la que se suspenden células enteras dentro del medio líquido del reactor sin que haya nada que les impida fluir hacia fuera a través de la salida del reactor (Methods in Enzymology, 135, 1987, 3-30). Por el contrario, el término "células inmovilizadas en un soporte" se refiere a una situación en la que las células enteras están fijadas a un soporte por cualquier tipo de interacción, física o química. Virtualmente cualquier soporte de los habitualmente utilizados para inmovilizar células puede ser utilizado. Las células permeabilizadas de E. coli o de Proteus sp. pueden ser inmovilizadas sobre dicho soporte mediante métodos convencionales (Enz. Microbiol Technol. 21, 1997, 531-536; J. Appl. Microbiol. 85, 1998, 883-890; Appl. Microbiol. Biotechnol. 51, 1999, 760-766).The process of the invention can be carried out with the permeabilized cells of E. coli or Proteus sp . free or, alternatively, immobilized on a support. The term "free cells" refers mainly to a situation in which whole cells are suspended within the liquid medium of the reactor without anything preventing them from flowing out through the reactor outlet (Methods in Enzymology, 135, 1987 , 3-30). On the contrary, the term "cells immobilized on a support" refers to a situation in which whole cells are fixed to a support by any type of interaction, physical or chemical. Virtually any support commonly used to immobilize cells can be used. Permeabilized cells of E. coli or Proteus sp . they can be immobilized on said support by conventional methods (Enz. Microbiol Technol. 21, 1997, 531-536; J. Appl. Microbiol. 85, 1998, 883-890; Appl. Microbiol. Biotechnol. 51, 1999, 760-766 ).
El procedimiento de la invención se puede llevar a cabo en un reactor seleccionado entre un reactor que opera en continuo, un reactor que opera en semicontinuo y un reactor que opera en discontinuo (lotes).The process of the invention can be carried out. conducted in a reactor selected from a reactor operating in continuous, a reactor that operates in semi-continuous and a reactor that operates in batch (lots).
En una realización particular, el procedimiento de la invención se realiza en reactores que operan en discontinuo.In a particular embodiment, the procedure of the invention is carried out in reactors operating in discontinuous.
En otra realización particular, el procedimiento de la invención se realiza en un reactor que opera en continuo. Tal como aquí se utiliza, el término reactor que opera en continuo se refiere a un reactor, por ejemplo, un reactor tipo tanque agitado, en donde las células de E. coli o de Proteus sp. se ponen en contacto con el medio de cultivo para transformar la totalidad o la mayor parte del sustrato de biotransformación en L-carnitina. En general, dicho reactor comprende monitores para controlar el pH, la temperatura, la agitación o la concentración de oxígeno y está provisto de medios para comprobar y corregir los valores de dichos parámetros, así como de bombas dosificadoras y bombas de filtración. Los medios de cultivo se introducen en el reactor a través de las entradas correspondientes mediante bombas dosificadoras. Cuando es necesario, el reactor se somete a una operación de sangrado. En una realización particular, el procedimiento de la invención se lleva a cabo en un reactor que opera en continuo, a diferentes proporciones de dilución, que se ajustan por medio de dos bombas, la bomba dosificadora y la bomba de filtración, a diferentes proporciones de reciclo, velocidades de agitación y concentración de biomasa, en donde la velocidad de salida de la corriente de filtración se controla para un funcionamiento óptimo del reactor.In another particular embodiment, the process of the invention is performed in a reactor that operates continuously. As used herein, the term "continuously operating reactor" refers to a reactor, for example, a stirred tank type reactor, wherein the cells of E. coli or Proteus sp . they are contacted with the culture medium to transform all or most of the biotransformation substrate into L-carnitine. In general, said reactor comprises monitors for controlling the pH, temperature, stirring or oxygen concentration and is provided with means for checking and correcting the values of said parameters, as well as dosing pumps and filtration pumps. The culture media are introduced into the reactor through the corresponding inlets by dosing pumps. When necessary, the reactor undergoes a bleeding operation. In a particular embodiment, the process of the invention is carried out in a reactor that operates continuously, at different dilution rates, which are adjusted by means of two pumps, the metering pump and the filtration pump, at different proportions of recycling, agitation speeds and biomass concentration, where the output speed of the filtration current is controlled for optimum reactor operation.
En general, las condiciones más apropiadas para el cultivo de células permeabilizadas de Proteus sp. o de E. coli en un reactor que opera en continuo comprenden cultivar el microorganismo a una temperatura comprendida entre 2ºC y 50ºC y un pH entre 4,5 y 8,5. Para inducir enzimas relacionadas con la carnitina se requieren condiciones anaeróbicas para E. coli o aeróbicas para Proteus sp.In general, the most appropriate conditions for the culture of permeabilized cells of Proteus sp . or E. coli in a continuously operating reactor comprise culturing the microorganism at a temperature between 2 ° C and 50 ° C and a pH between 4.5 and 8.5. To induce carnitine-related enzymes, anaerobic conditions are required for E. coli or aerobic for Proteus sp .
El procedimiento de la invención se puede llevar a cabo realizando uno o más ciclos de biotransformación. En una realización particular, el procedimiento de la invención se lleva a cabo mediante dos o más ciclos de biotransformación. Operando de esta manera es posible obtener en el segundo ciclo de biotransformación una conversión superior al 50% y una productividad superior a 2,5 g.L^{-l}.h^{-l}.g^{-1} (Ejemplo 8).The process of the invention can be carried out. carried out by performing one or more biotransformation cycles. In a particular embodiment, the process of the invention is carried out carried out through two or more biotransformation cycles. Operating from this way it is possible to obtain in the second cycle of biotransformation a conversion greater than 50% and a Productivity greater than 2.5 g.L-l .h-l .g-1 (Example 8).
Los siguientes ejemplos ilustran la producción de L-carnitina utilizando células permeabilizadas de Proteus sp. y E. coli y no deben ser considerados limitativos del alcance de la misma.The following examples illustrate the production of L-carnitine using permeabilized cells of Proteus sp . and E. coli and should not be considered limiting its scope.
Los Ejemplos 1-5 se realizaron con células no permeabilizadas de Proteus sp. y sirvieron para establecer las condiciones óptimas para el empleo de dicha bacteria. Los medios de crecimiento y de biotransformación óptimos para Proteus sp. fueron establecidos en experimentos en los que las células se encontraban en estado de crecimiento o de reposo. El Ejemplo 6 ilustra la permeabilización de células de E. coli mientras que los Ejemplos 7-9 ilustran la permeabilización de células de Proteus sp. y su empleo en la biotransformación de crotonobetaína en L-carnitina.Examples 1-5 were performed with non-permeabilized cells of Proteus sp . and served to establish the optimal conditions for the use of said bacteria. The optimal growth and biotransformation media for Proteus sp . they were established in experiments in which the cells were in a state of growth or rest. Example 6 illustrates the permeabilization of E. coli cells while Examples 7-9 illustrate the permeabilization of Proteus sp . and its use in the biotransformation of crotonobetaine in L-carnitine.
Los procedimientos con las células en estado de reposo se realizaron siempre en tampón fosfato 10-1.000 mM, pH 4,5-8,5 y añadiendo bien crotonobetaína (50-1.000 mM)como sustrato de biotransformación (en función del experimento) en caso de utilizar E. coli o bien crotonobetaína (50-1.000 mM) y glicerol (1-10 g.L^{-1}) en caso de utilizar Proteus sp. El pH de los medios de crecimiento y reposo fue ajustado a 4,5-8,5 con NaOH o KOH 1 M antes de esterilizar. En general, las células crecieron en un medio con una concentración inicial de 0,5-20% (v/v) de cultivo líquido almacenado a -20ºC en 20% (v/v) de glicerol a 20-40ºC durante 8-10 horas en un matraz de 1 L lleno de 0,2 L de medio de crecimiento y agitado a 150-300 rpm mediante un agitador orbital (Proteus sp.) o en un matraz de 1 L lleno hasta el cuello y cerrado con un tapón de caucho (E. coli). Durante los experimentos continuos, el medio fue oxigenado o mantenido anaeróbico, según se describe en los ejemplos. La crotonobetaína y la \gamma-butirobetaína fueron determinadas mediante cromatografía líquida de alta resolución (HPLC) con una columna Tracer Spherisorb-NH_{2} 3 µm, 25 x 0,46 cm, suministrada por Teknokroma (España) en condiciones isocráticas con una fase móvil compuesta por acetonitrilo/H_{3}PO_{4} 0,05 M pH 5,5 (65/35) y una velocidad de flujo de 1 ml/min. La L-carnitina fue determinada mediante el ensayo de la carnitina acetiltransferasa (Enzyme Microbiol. Technol., 2001, 28:785-791.The procedures with the cells at rest were always performed in 10-1,000 mM phosphate buffer, pH 4.5-8.5 and adding crotonobetaine (50-1,000 mM) well as a biotransformation substrate (depending on the experiment) in case using E. coli or crotonobetaine (50-1,000 mM) and glycerol (1-10 gL -1) if Proteus sp . The pH of the growth and resting media was adjusted to 4.5-8.5 with 1 M NaOH or KOH before sterilizing. In general, the cells were grown in a medium with an initial concentration of 0.5-20% (v / v) of liquid culture stored at -20 ° C in 20% (v / v) glycerol at 20-40 ° C for 8-10 hours in a 1 L flask filled with 0.2 L of growth medium and stirred at 150-300 rpm by an orbital shaker ( Proteus sp .) or in a 1 L flask filled to the neck and closed with a stopper rubber ( E. coli ). During continuous experiments, the medium was oxygenated or maintained anaerobic, as described in the examples. Crotonobetaine and γ-butyrobetaine were determined by high performance liquid chromatography (HPLC) with a Tracer Spherisorb-NH2 3 µm column, 25 x 0.46 cm, supplied by Teknokroma (Spain) under isocratic conditions with a mobile phase composed of acetonitrile / H 3 PO 4 0.05 M pH 5.5 (65/35) and a flow rate of 1 ml / min. L-carnitine was determined by the carnitine acetyltransferase assay (Enzyme Microbiol. Technol., 2001, 28: 785-791.
En este ejemplo se estudió el crecimiento de
Proteus sp. en distintos medios de cultivo que contenían
distintas concentraciones de extracto de levadura
(1-30 g.L^{-1}) mientras que el resto de los
componentes [crotonobetaína (15 g.
L^{-1}),
K_{2}HPO_{4} (4.4 g.L^{-1}) y KH_{2}PO_{4} (6,8
g.L^{-1})] se mantuvieron constantes. Las células de Proteus
sp. se cultivaron aeróbicamente a 37ºC en matraces agitados con
un agitador orbital fijado a 150-250 rpm.In this example, the growth of Proteus sp . in different culture media containing different concentrations of yeast extract (1-30 gL -1) while the rest of the components [crotonobetaine (15 g.
L -1), K 2 HPO 4 (4.4 gL -1) and KH 2 PO 4 (6.8 gL -1)] were kept constant. Proteus sp . grown aerobically at 37 ° C in shake flasks with an orbital shaker set at 150-250 rpm.
La Figura 1 muestra las curvas de crecimiento (biomasa) a las distintas concentraciones de extracto de levadura ensayadas. Los mayores niveles de biomasa fueron obtenidos con la concentración más alta de extracto de levadura (30 g.L^{-1}), por lo que la concentración de extracto de levadura seleccionada para los siguientes experimentos fue 30 g.L^{-1}; no obstante, en todos los casos se obtuvo una producción de L-carnitina del 50%.Figure 1 shows the growth curves (biomass) at different concentrations of yeast extract rehearsed The highest levels of biomass were obtained with the highest concentration of yeast extract (30 g.L -1), per what the concentration of yeast extract selected for the following experiments was 30 g.L -1; however, in all cases a production of 50% L-carnitine.
En la Figura 2 se observa que la velocidad de crecimiento específico máxima para una concentración de extracto de levadura de 30 g.L^{-1} fue de 0,31 h^{-1}.Figure 2 shows that the speed of maximum specific growth for an extract concentration of Yeast 30 g.L -1 was 0.31 h -1.
El efecto del pH fue comprobado dentro del intervalo de 5,5 a 8,5, en concreto entre 6,6 y 7,8, variando la concentración de fosfato. Los resultados obtenidos se recogen en la Figura 3, donde puede apreciarse que las concentraciones más altas de biomasa se obtuvieron a los valores más altos de pH ensayados, entre 7,1 y 7,8 (Figura 3A). También se observa que la velocidad de crecimiento específico más alta se obtuvo a los valores de pH ensayados más altos (Figura 3B). Por tales razones, se eligió un pH de 7,5 para realizar los siguientes estudios.The effect of pH was checked within range from 5.5 to 8.5, specifically between 6.6 and 7.8, varying the phosphate concentration The results obtained are collected in the Figure 3, where it can be seen that the highest concentrations of biomass were obtained at the highest pH values tested, between 7.1 and 7.8 (Figure 3A). It is also observed that the speed of highest specific growth was obtained at pH values tested higher (Figure 3B). For such reasons, a pH was chosen of 7.5 to perform the following studies.
Se ha estudiado la producción de L-carnitina por células de Proteus sp. en estado de crecimiento utilizando 2 medios de cultivo que contenían 10 y 30 g.L^{-1}, respectivamente, de extracto de levadura, y distintas concentraciones de crotonobetaína (5,10 y 15 g.^{L-1}). Para ello, se cultivaron células de Proteus sp. en dichos medios de cultivo en condiciones de aerobiosis, a 37ºC, en matraces agitados a 100-200 rpm y a un pH comprendido entre 5,5 y 8,5 con tampón fosfato 50 mM.The production of L-carnitine by Proteus sp . Cells has been studied. in a growth state using 2 culture media containing 10 and 30 gL -1, respectively, of yeast extract, and different concentrations of crotonobetaine (5.10 and 15 g. L-1). To do this, Proteus sp . in said culture media under aerobic conditions, at 37 ° C, in shaken flasks at 100-200 rpm and at a pH between 5.5 and 8.5 with 50 mM phosphate buffer.
La producción de L-carnitina fue más rápida en el cultivo que contenía 30 g.L^{-1} de extracto de levadura que en el cultivo que contenía 10 g.L^{-1} de extracto de levadura debido, entre otras causas, a que la velocidad de crecimiento específico de Proteus sp. era también más alta a esa concentración de extracto de levadura (30 g.L^{-1}). Qcarnitina, que representa la velocidad de producción de L-carnitina, era también más alta a medida que aumentaba la concentración de crotonobetaína (Tabla 1). El rendimiento en la producción de L-carnitina no se vio afectado, con valores comprendidos entre 45% y 50% en todos los casos.The production of L-carnitine was faster in the culture containing 30 gL -1 of yeast extract than in the culture containing 10 gL -1 of yeast extract due, among other causes, to the fact that the specific growth rate of Proteus sp . It was also higher at that concentration of yeast extract (30 gL -1). Qcarnitine, which represents the rate of production of L-carnitine, was also higher as the concentration of crotonobetaine increased (Table 1). The production yield of L-carnitine was not affected, with values between 45% and 50% in all cases.
Por consiguiente, el medio de crecimiento para Proteus sp. seleccionado para su empleo en los ejemplos siguientes contenía extracto de levadura (30 g.L^{-1}), K_{2}HPO_{4} (4,4 g.L^{-1}), KH_{2}PO_{4} (6,8 g.L^{-1}) y crotonobetaína (15 g.L^{-1}).Therefore, the growth medium for Proteus sp . Selected for use in the following examples contained yeast extract (30 gL -1), K 2 HPO 4 (4.4 gL -1), KH 2 PO 4 (6.8 gL -1) and crotonobetaine (15 gL -1).
Se ha estudiado la producción de
L-carnitina por células de Proteus sp. en
estado de reposo. Para ello, células de Proteus sp. fueron
cultivadas en condicciones de aerobiosis, a 37ºC,en matraces
agitados en un agitador orbital a 150-250 rpm o en
un reactor agitado continuo. El medio complejo tenía la siguiente
composición: crotonobetaína (50-150
g.
L^{-1}), extracto de levadura (0-75
g.L^{-1}), K_{2}HPO_{4} y KH_{2}PO_{4}. El pH se ajustó a
7,5 por adición de KOH. Se llegó a la conclusión, después de los
estudios realizados, que las células crecían con una velocidad de
crecimiento más alta en presencia de oxígeno, obteniéndose en todos
los casos valores similares de A_{600} (cercanos a
1,0-4,0 unidades en estado estacionario).The production of L-carnitine by Proteus sp . Cells has been studied. in a state of rest. To do this, Proteus sp . they were grown under aerobic conditions, at 37 ° C, in shake flasks in an orbital shaker at 150-250 rpm or in a continuous stirred reactor. The complex medium had the following composition: crotonobetaine (50-150 g.
L -1), yeast extract (0-75 gL -1), K 2 HPO 4 and KH 2 PO 4. The pH was adjusted to 7.5 by the addition of KOH. It was concluded, after the studies carried out, that the cells grew with a higher growth rate in the presence of oxygen, obtaining similar values of A 600 in all cases (close to 1.0-4.0 units in steady state).
Además, después del crecimiento en el medio óptimo, las células se recogieron o se mantuvieron en el reactor, al que se añadió el medio de biotransformación. Se estudió la producción de L-carnitina cambiando las concentraciones de crotonobetaína, biomasa y glicerol (5-10 g.L^{-1}) en ese medio. La producción de L-carnitina, su velocidad de producción y su rendimiento, se calcularon con diferentes concentraciones de crotonobetaína (50-150 g.L^{-1}). Aunque a una concentración de crotonobetaína de 150 g.L^{-1} la velocidad de producción de L-carnitina era más alta que la obtenida con otras concentraciones de crotonobetaína, el rendimiento no pudo ser considerado satisfactorio. La concentración de crotonobetaína de 100 g.L^{-1} pareció ser la mejor opción, tal como se recoge en la Tabla 2.In addition, after growth in the medium optimally, the cells were collected or kept in the reactor, to which the biotransformation medium was added. He studied the L-carnitine production changing the concentrations of crotonobetaine, biomass and glycerol (5-10 g.L -1) in that medium. The production of L-carnitine, its production speed and its yield, were calculated with different concentrations of crotonobetaine (50-150 g.L -1). Although at one crotonobetaine concentration of 150 g.L -1 - the speed of L-carnitine production was higher than the obtained with other concentrations of crotonobetaine, the performance could not be considered satisfactory. Concentration of 100 g crotonobetaine -1 L seemed to be the best option, as shown in Table 2.
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La capacidad de células de Proteus sp. para producir L-camitina a partir de crotonobetaína debe ser inducida dentro del medio de crecimiento y, por ese motivo, se realizaron estudios de inducción con distintas concentraciones de crotonobetaína en el medio comprendidas entre 1 y 20 g.L^{-1}. Los experimentos se realizaron con distintas concentraciones de células en reposo (biomasa medida como A_{600} comprendida entre 1,0 y 4,0) y las concentraciones de crotonobetaína mencionadas en la Tabla 2 (50-150 g.L^{-1}). Brevemente, células de Proteus sp. fueron cultivadas en condiciones de aerobiosis, a 37ºC, con agitación (100-150 rpm), en un medio que contenía crotonobetaína (100 g.L^{-1}), extracto de levadura (20 g.L^{-1}) y pH ajustado a 7,5 con tampón fosfato 50 mM.The cell capacity of Proteus sp . To produce L-camitin from crotonobetaine it must be induced within the growth medium and, for that reason, induction studies were carried out with different concentrations of crotonobetaine in the medium between 1 and 20 gL -1. The experiments were performed with different concentrations of resting cells (biomass measured as A 600 between 1.0 and 4.0) and the concentrations of crotonobetaine mentioned in Table 2 (50-150 gL -1). . Briefly, Proteus sp . were cultured under aerobic conditions, at 37 ° C, with stirring (100-150 rpm), in a medium containing crotonobetaine (100 gL-1), yeast extract (20 gL-1) and adjusted pH at 7.5 with 50 mM phosphate buffer.
Las células de Proteus sp. fueron capaces de expresar las enzimas dependientes del metabolismo de L-carnitina hasta niveles similares, alcanzando la producción de L-carnitina un 50% acompañada de una producción de \gamma-butirobetaína de 10-15 mM. La velocidad de producción de L-carnitina y el rendimiento en la producción de carnitina aumentaron a concentraciones crecientes de biomasa. Proteus sp . were able to express enzymes dependent on L-carnitine metabolism to similar levels, reaching 50% L-carnitine production accompanied by a 10-15 mM γ-butyrobetaine production. The production rate of L-carnitine and the yield in carnitine production increased at increasing concentrations of biomass.
Se ha estudiado la producción de L-carnitina por células de Proteus sp. en estado de) reposo en presencia de concentraciones diferentes de glicerol. Para ello, se cultivaron células de Proteus sp. en condiciones de aerobiosis, a 37ºC, en un reactor de tipo tanque agitado continuo. El medio complejo tenía la siguiente composición: crotonobetaína (100 g.L^{-1}), extracto de levadura (10-20 g.L^{-1}) y pH ajustado a 7,5 con KOH. Se añadió glicerol a distintas concentraciones (0-10 g.L^{-1}) para observar su efecto sobre el medio de biotransformación en estado de reposo utilizado.The production of L-carnitine by Proteus sp . Cells has been studied. in the state of) resting in the presence of different concentrations of glycerol. To do this, Proteus sp . under aerobic conditions, at 37 ° C, in a continuous stirred tank type reactor. The complex medium had the following composition: crotonobetaine (100 gL-1), yeast extract (10-20 gL-1) and pH adjusted to 7.5 with KOH. Glycerol was added at different concentrations (0-10 gL -1) to observe its effect on the biotransformation medium at rest used.
La crotonobetaína y la \gamma-butirobetaína fueron determinadas mediante cromatografía líquida de alta resolución (HPLC) con una columna Tracer Spherisorb-NH_{2} 3 µm, 25 x 0,46 cm, 17 cm, suministrada por Teknokroma (España) en condiciones isocráticas con una fase móvil compuesta por acetonitrilo/H_{3}PO_{4} 0,05 M pH 5,5 (65/35) y una velocidad de flujo de 1 mUmin. La L-carnitina fue determinada mediante el ensayo de la carnitina acetiltransferasa (Enzyme Microbiol. Technol., 2001, 28:785-791).Crotonobetaine and γ-butyrobetaine were determined by high performance liquid chromatography (HPLC) with a column Tracer Spherisorb-NH2 3 µm, 25 x 0.46 cm, 17 cm, supplied by Teknokroma (Spain) in isocratic conditions with a mobile phase composed of acetonitrile / H 3 PO 4 0.05 M pH 5.5 (65/35) and a flow rate of 1 mUmin. The L-carnitine was determined by testing the carnitine acetyltransferase (Enzyme Microbiol. Technol., 2001, 28: 785-791).
Células de E. coli se sometieron a un proceso de permeabilización consistente en incubar dichas células en presencia de un agente permeabilizante, tal como Triton X-100, Tween 20 y polietilenimina (PEI), a distintas concentraciones, bajo condiciones aeróbicas, a una temperatura comprendida entre 4ºC y 40ºC, tras un periodo de tiempo comprendido entre 12 y 24 horas de cultivo celular. Los ensayos de biotransformación de crotonobetaína en L-carnitina se realizaron con las células permeabilizadas de E. coli resultantes utilizando una concentración de crotonobetaína comprendida entre 1 y 150 g.L^{-1} en medio de crecimiento y de 1-100 g.L^{-1} en medio de reposo. E. coli cells underwent a permeabilization process consisting of incubating said cells in the presence of a permeabilizing agent, such as Triton X-100, Tween 20 and polyethyleneimine (PEI), at different concentrations, under aerobic conditions, at a temperature between 4ºC and 40ºC, after a period of time between 12 and 24 hours of cell culture. The biotransformation assays of crotonobetaine in L-carnitine were performed with the resulting E. coli permeabilized cells using a concentration of crotonobetaine between 1 and 150 gL -1 in growth medium and 1-100 gL - 1} in the middle of rest.
En la Tabla 5 se recogen los resultados obtenidos en un ensayo de biotransformación con células permeabilizadas de E. coli mediante incubación con Triton X-100, Tween 20 o PEI durante 10 minutos, a 4ºC. Antes de ser sometidas al proceso de permeabilización, dichas células de E. coli fueron cultivadas bajo condiciones aeróbicas, durante un periodo de tiempo comprendido entre 12 y 24 horas. Los ensayos de biotransformación de crotonobetaína en L-carnitina se realizaron en presencia de crotonobetaína (80 g.L^{-1}) bajo condiciones aeróbicas a 37ºC con tampón fosfato 80 mM, pH 7,5.Table 5 shows the results obtained in a biotransformation test with permeabilized E. coli cells by incubation with Triton X-100, Tween 20 or PEI for 10 minutes, at 4 ° C. Before being subjected to the permeabilization process, said E. coli cells were cultured under aerobic conditions, for a period of time between 12 and 24 hours. The biotransformation tests of crotonobetaine in L-carnitine were performed in the presence of crotonobetaine (80 gL -1) under aerobic conditions at 37 ° C with 80 mM phosphate buffer, pH 7.5.
Células de Proteus sp. fueron permeabilizadas incubando dichas células en presencia de un agente permeabilizante, bajo condiciones aeróbicas, a una temperatura comprendida entre 4ºC y 40ºC, durante un periodo de tiempo comprendido entre 5 y 30 minutos. Los ensayos de biotransformación con las células de Proteus sp. permeabilizadas resultantes se realizaron en presencia de una concentración de crotonobetaína comprendida entre 1 y 150 g.L^{-1} en medio de crecimiento y de 1-100 g.L^{-1} en medio de reposo. Los resultados se recogen en los siguientes ejemplos. Proteus sp . Cells they were permeabilized by incubating said cells in the presence of a permeabilizing agent, under aerobic conditions, at a temperature between 4 ° C and 40 ° C, for a period of time between 5 and 30 minutes. Biotransformation assays with Proteus sp . The resulting permeabilized were performed in the presence of a concentration of crotonobetaine between 1 and 150 gL -1 in growth medium and 1-100 gL -1 in resting medium. The results are collected in the following examples.
Se describen los resultados de 3 experimentos simultáneos realizados con células de Proteus sp. utilizando como agentes permeabilizantes Triton X-100 al 1%, isopropanol al 20% y etanol al 20%. Después de 12 h de cultivo celular, se añadieron los agentes y se mantuvieron los cultivos a 35ºC hasta alcanzar la fase estacionaria. A continuación, el caldo de cultivo fue centrifugado (o mantenido como estaba) a 16.000 x g y el sedimento (células) se resuspendió durante 48 horas en medio de biotransformación en estado de reposo conteniendo crotonobetaína (50-100 g.L^{-1}) y glicerol (1-10 g.L^{-1}). Los ensayos de biotransformación con las células de Proteus sp. permeabilizadas se realizaron a una temperatura comprendida entre 35ºC y 40ºC, a un pH comprendido entre 5,5 y 8,5 con tampón fosfato 30-80 mM, conagitación (100-200 rpm), aporte de oxígeno (aire o nitrógeno), en reactores discontinuos (48 horas y en dos fases) o en continuo. Durante los experimentos, se retiraron muestras para determinar el 1 contenido en biomasa y la concentración de L-carnitina. Los experimentos se realizaron por triplicado. Los valores de conversión y productividad de L-carnitina recogidos en la Tabla 6 corresponden a los valores medios de los análisis.The results of 3 simultaneous experiments performed with Proteus sp . Cells are described. using as permeabilizing agents Triton X-100 1%, 20% isopropanol and 20% ethanol. After 12 h of cell culture, the agents were added and the cultures were maintained at 35 until reaching the stationary phase. Next, the culture broth was centrifuged (or maintained as it was) at 16,000 xg and the pellet (cells) was resuspended for 48 hours in a biotransformation medium at rest containing crotonobetaine (50-100 gL -1). and glycerol (1-10 gL -1). Biotransformation assays with Proteus sp . Permeabilized were performed at a temperature between 35 ° C and 40 ° C, at a pH between 5.5 and 8.5 with 30-80 mM phosphate buffer, conagitation (100-200 rpm), oxygen supply (air or nitrogen), in discontinuous reactors (48 hours and in two phases) or in continuous. During the experiments, samples were removed to determine the biomass content and the concentration of L-carnitine. The experiments were performed in triplicate. The conversion and productivity values of L-carnitine shown in Table 6 correspond to the average values of the analyzes.
Los resultados obtenidos pusieron de manifiesto que Triton X-100 era el agente permeabilizante que proporcionaba los mayores valores de conversión y productividad.The results obtained showed that Triton X-100 was the permeabilizing agent that provided the highest conversion values and productivity.
Dado que Triton X-100 fue capaz de mejorar la producción de L-carnitina, se ensayaron distintas concentraciones, comprendidas entre 0 y 0,5 g.L^{-1}, de Triton X-100. El proceso de permeabilización de células de Proteus sp. se realizó incubando dichas células con Triton X-100 bajo condiciones aeróbicas, a una temperatura de 35ºC, durante 12 horas. A continuación, el caldo de cultivo fue centrifugado a 16.000 x g y las células se resuspendieron durante 48 horas en medio de biotransformación en estado de reposo conteniendo crotonobetaína (50-100 g.L^{-1}) y glicerol (1-10 g.L^{-1}). Los ensayos de biotransformación con las células de Proteus sp. permeabilizadas se realizaron a una temperatura comprendida entre 35ºC y 40ºC, a un pH comprendido entre 5,5 y 8,5 con tampón fosfato 30-80 mM, con agitación (100-200 rpm), aporte de oxígeno (aire), en reactores discontinuos (48 horas y en dos fases) o en continuo. Durante los experimentos se retiraron muestras para determinar el contenido en biomasa y la concentración de L-carnitina. Los experimentos se realizaron por triplicado. Los valores de conversión y productividad de L-carnitina recogidos en las Tablas 7 y 8 corresponden a los valores medios de los análisis.Since Triton X-100 was able to improve the production of L-carnitine, different concentrations, ranging from 0 to 0.5 gL -1, of Triton X-100 were tested. The cell permeabilization process of Proteus sp . said cells were incubated with Triton X-100 under aerobic conditions, at a temperature of 35 ° C, for 12 hours. Next, the culture broth was centrifuged at 16,000 xg and the cells were resuspended for 48 hours in biotransformation medium at rest containing crotonobetaine (50-100 gL -1) and glycerol (1-10 gL - one}). Biotransformation assays with Proteus sp . Permeabilized were performed at a temperature between 35 ° C and 40 ° C, at a pH between 5.5 and 8.5 with 30-80 mM phosphate buffer, with stirring (100-200 rpm), oxygen (air) supply, in reactors discontinuous (48 hours and in two phases) or in continuous. During the experiments samples were removed to determine the biomass content and the concentration of L-carnitine. The experiments were performed in triplicate. The conversion and productivity values of L-carnitine shown in Tables 7 and 8 correspond to the average values of the analyzes.
En las Tablas 7 y 8 se puede observar que los valores de biotransformación de crotonobetaína en L-carnitina obtenidos utilizando cualquiera de las células permeabilizadas de Proteus sp., a cualquiera de las concentraciones de agente permeabilizante ensayadas, fueron superiores a los del control. Merece la pena destacar la concentración de Triton X-100 de 0,3 g.L^{-1}, concentración que proporcionó como resultado una mejora sustancial en la biotransformación con células permeabilizadas de Proteus sp. tanto en estado de crecimiento como en estado de reposo.In Tables 7 and 8 it can be seen that the biotransformation values of crotonobetaine in L-carnitine obtained using any of the permeabilized cells of Proteus sp ., At any of the concentrations of permeabilizing agent tested, were higher than those of the control. It is worth noting the concentration of Triton X-100 of 0.3 gL -1, a concentration that resulted in a substantial improvement in biotransformation with permeabilized cells of Proteus sp . both in a state of growth and in a state of rest.
El proceso de permeabilización de células de Proteus sp. se realizó utilizando concentraciones variables de Triton X-100. Brevemente, células de Proteus sp. se cultivaron bajo condiciones aeróbicas, a una temperatura de 35ºC, durante un periodo de tiempo de 12 horas, y en presencia de una concentración de crotonobetaína de 50 g.L^{-1} en el medio de biotransformación de crecimiento y de 100 g.L^{-1} en el medio de biotransformación en estado de reposo. Al cabo de las 12 h, se añadió Triton X-100, a concentraciones comprendidas entre 0 y 0,5 g.L^{-1} y los cultivos se mantuvieron a 35ºC durante 12 h. A continuación, el caldo de cultivo fue centrifugado a 16.000 x g y las células se resuspendieron durante 48 horas en medio de biotransformación en estado de reposo conteniendo crotonobetaína (50-100 g.L^{-1}) y glicerol (1-10 g.L^{-1}).The cell permeabilization process of Proteus sp . It was performed using varying concentrations of Triton X-100. Briefly, Proteus sp . they were grown under aerobic conditions, at a temperature of 35 ° C, for a period of 12 hours, and in the presence of a concentration of crotonobetaine of 50 gL -1 in the growth biotransformation medium and 100 gL1 -1} in the biotransformation medium at rest. After 12 h, Triton X-100 was added at concentrations between 0 and 0.5 gL -1 and the cultures were maintained at 35 ° C for 12 h. Next, the culture broth was centrifuged at 16,000 xg and the cells were resuspended for 48 hours in biotransformation medium at rest containing crotonobetaine (50-100 gL -1) and glycerol (1-10 gL - one}).
Los ensayos de biotransformación con las células de Proteus sp. permeabilizadas se realizaron a una temperatura comprendida entre 35ºC y 40ºC, a un pH comprendido entre 5,5 y 8,5 con tampón fosfato 30-80 mM, con agitación (100-200 rpm), aporte de oxígeno (aire), y en reactores discontinuos (48 horas y en dos fases). Después del primer ciclo de biotransformación los volúmenes finales de cada experimento fueron divididos en 2 muestras iguales que fueron centrifugadas en las mismas condiciones. Las células fueron resuspendidas en dos medios distintos, por una parte, tampón fosfato 60 mM pH 7,5 a 4ºC (almacenamiento) y, por otra parte, medio de crecimiento de Proteus sp. constituido por extracto de levadura (1-30 g.L^{-1}), K_{2}HPO_{4} (1-10 g.L^{-1}), KH_{2}PO_{4} (1.40 g.L^{-1}) y crotonobetaína (10 mM). Los cultivos fueron centrifugados de nuevo en las mismas condiciones y se realizó un nuevo ciclo de biotransformación en las condiciones anteriores. Después del segundo ciclo de biotransformación, se realizó un tercer ciclo de biotransformación en las mismas condiciones. Los resultados obtenidos se recogen en las Tablas 9 y 10.Biotransformation assays with Proteus sp . Permeabilized were performed at a temperature between 35ºC and 40ºC, at a pH between 5.5 and 8.5 with 30-80 mM phosphate buffer, with stirring (100-200 rpm), oxygen (air) supply, and in discontinuous reactors (48 hours and in two phases). After the first biotransformation cycle the final volumes of each experiment were divided into 2 equal samples that were centrifuged under the same conditions. The cells were resuspended in two different media, on the one hand, 60 mM phosphate buffer pH 7.5 at 4 ° C (storage) and, on the other hand, Proteus sp. constituted by yeast extract (1-30 gL -1), K 2 HPO 4 (1-10 gL -1), KH 2 PO 4 (1.40 gL 1) -1}) and crotonobetaine (10 mM). The cultures were centrifuged again under the same conditions and a new biotransformation cycle was performed under the previous conditions. After the second cycle of biotransformation, a third cycle of biotransformation was performed under the same conditions. The results obtained are shown in Tables 9 and 10.
En las Tablas 9 y 10 puede observarse que los valores de conversión y productividad alcanzados en el segundo ciclo para concentraciones de Triton X-100 de 0,05, 0,2 y 0,3 gil fueron superiores al 40% y a 2,5 g. L^{-1}.h^{-1}.g^{-1}, respectivamente. Asimismo, en dichas Tablas 9 y 10 puede observarse que incluso en el tercer ciclo, era posible obtener una productividad de 2 g.L^{-1}.h^{-1}.g^{-1} para una concentración de Triton X-100 de 0,05 g.L^{-1}.In Tables 9 and 10 it can be seen that the conversion and productivity values reached in the second cycle for Triton X-100 concentrations of 0.05, 0.2 and 0.3 gil were greater than 40% and 2.5 g. L <-1> .h-1 .g <-1>, respectively. Also, in said Tables 9 and 10 it can be seen that even in the third cycle, it was possible to obtain a productivity of 2 g.L -1 - .h - 1. g - 1 for a Triton X-100 concentration of 0.05 g.L -1.
Siguiendo el procedimiento descrito en el Ejemplo 5 pero utilizando células de Proteus sp. permeabilizadas con distintas concentraciones de Triton X-100 (0-0,5 g.L^{-1}) se analizó la producción de \gamma-butirobetaína. Los resultados obtenidos se recogen en la Tabla 11.Following the procedure described in Example 5 but using Proteus sp . Permeabilized with different concentrations of Triton X-100 (0-0.5 gL -1), the production of γ-butyrobetaine was analyzed. The results obtained are shown in Table 11.
Los resultados ponen de manifiesto que a concentraciones de Triton X-100 superiores a 0,05 g.L^{-1} no se produjo \gamma-butirobetaína, lo que significa un rendimiento superior en L-carnitina y un proceso "aguas abajo" más fácil ya que el producto está prácticamente limpio después de centrifugar los pellets celulares.The results show that Triton X-100 concentrations greater than 0.05 g.L -1 was not produced? -butyrobetaine, so which means superior performance in L-carnitine and a process "downstream" more easy since the product is practically clean after centrifuge cell pellets.
La crotonobetaína y la \gamma-butirobetaína fueron determinadas mediante cromatografía líquida de alta resolución (HPLC) con una columna Tracer Spherisorb-NH_{2} 3 \mum, 25 x 0,46 cm, suministrada por Teknokroma (España) en condiciones isocráticas con una fase móvil compuesta por acetonitrilo/H_{3}PO_{4} 0,05 M pH 5,5 (65/35) y una velocidad de flujo de 1 ml/min. La L-carnitina fue determinada mediante el ensayo de la carnitina acetiltransferasa (Enzyme Microbiol. Technol., 2001, 28:785-791).Crotonobetaine and γ-butyrobetaine were determined by high performance liquid chromatography (HPLC) with a column Tracer Spherisorb-NH2 3 µm, 25 x 0.46 cm, supplied by Teknokroma (Spain) in isocratic conditions with a mobile phase composed of acetonitrile / H 3 PO 4 0.05 M pH 5.5 (65/35) and a flow rate of 1 ml / min. The L-carnitine was determined by testing the carnitine acetyltransferase (Enzyme Microbiol. Technol., 2001, 28: 785-791).
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KOMOR, E. et al. "Greatly decreased susceptibility of nonmetabolizing cells towards detergents". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 1979. Vol. 76, nº 4, páginas 1814-1818. * |
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