RU2097431C1 - Method of biosynthesis of ribonucleotides - Google Patents

Method of biosynthesis of ribonucleotides Download PDF

Info

Publication number
RU2097431C1
RU2097431C1 RU94004117A RU94004117A RU2097431C1 RU 2097431 C1 RU2097431 C1 RU 2097431C1 RU 94004117 A RU94004117 A RU 94004117A RU 94004117 A RU94004117 A RU 94004117A RU 2097431 C1 RU2097431 C1 RU 2097431C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
biomass
glucose
medium
phosphate
permeabilized
Prior art date
Application number
RU94004117A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU94004117A (en
Inventor
Г.Г. Гончиков
Д.Д. Бархутова
Е.В. Абросимова
Е.Н. Булыгина
Original Assignee
Бурятский институт биологии СО РАН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Бурятский институт биологии СО РАН filed Critical Бурятский институт биологии СО РАН
Priority to RU94004117A priority Critical patent/RU2097431C1/en
Publication of RU94004117A publication Critical patent/RU94004117A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2097431C1 publication Critical patent/RU2097431C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
  • Saccharide Compounds (AREA)

Abstract

FIELD: biotechnology, biochemistry. SUBSTANCE: inoculum of the strain Corynebacterium ammoniagenes is grown on sterile medium. Biomass is treated with aprotonic lipid extractant and permeabilized biomass is separated. Part of the latter is suspended and grown on glucose-salt medium at constant stirring up to accumulation of ribose-5'-phosphate in medium in disodium form. Then the obtained product is added to the nutrient medium containing nitrogen base for growing another part of permeabilized biomass and the end product is isolated. EFFECT: improved method of biosynthesis. 2 cl, 4 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к биотехнологии, в частности к способам биосинтеза рибонуклеотидов из циклических фрагментов с помощью микроорганизмов. The invention relates to biotechnology, in particular to methods for the biosynthesis of ribonucleotides from cyclic fragments using microorganisms.

Известны способы биосинтеза рибонуклеотидов из экзогенных пуринов и пиримидинов, при которых азотистые основания, по отдельности или в комбинации, вносят в позднюю 48- или 72-часовую периодическую культуру микроорганизма, растущую на ферментационной среде, и инкубируют ее для накопления в среде рибонуклеотидов в течение 48-72 ч при температуре 30oC [1]
При осуществлении известных способов биосинтеза в нативной микробной культуре концентрации накапливающихся в среде рибонуклеодитов достигают всего 5,0-6,0 мМ в силу того, что метаболические процессы, протекающие в нормально функционирующей микробной клетке, конкурентны за общие промежуточные субстраты и кофакторы тем реакциям, которые участвуют в конденсации экзогенных пуринов и пиримидинов. По этой причине не удается в полной мере раскрыть пурин- и пиримидинконденсирующий потенциал используемых продуцентов.
Known methods for the biosynthesis of ribonucleotides from exogenous purines and pyrimidines, in which nitrogenous bases, individually or in combination, are introduced into a late 48- or 72-hour periodic culture of a microorganism growing on a fermentation medium and incubated for accumulation in the medium of ribonucleotides for 48 -72 h at a temperature of 30 o C [1]
When carrying out known methods of biosynthesis in a native microbial culture, the concentration of ribonucleodites accumulating in the medium reaches only 5.0-6.0 mM due to the fact that metabolic processes in a normally functioning microbial cell are competitive for common intermediate substrates and cofactors for those reactions that participate in the condensation of exogenous purines and pyrimidines. For this reason, it is not possible to fully reveal the purine and pyrimidine-condensing potential of the used producers.

Известен способ микробиологического синтеза никотинамидадениннуклеотида, НАД+, состоящий в конденсации с помощью пермеабилизованных ксилолом клеток Corynebacterium ammoniagenes ЛИА 0950 экзогенного аденина и никотинамида на структуре эндогенно образующегося из глюкозы рибоза-5'-фосфата, включающий проведение процедур по выращиваню клеточной массы и проведение катализируемых ею реакций раздельно [2] [3]
Известен штамм Corynebacterium species ВСТИ-301 продуцент нуклеотидов (АТФ, АДФ, АМФ, ГТФ) [4] ближайший аналог.
A known method of microbiological synthesis of nicotinamide adenine nucleotide, NAD + , consists in the condensation of exogenous adenine and nicotinamide with the help of xylene permeabilized Corynebacterium ammoniagenes cells LIA 0950 on the structure of endogenously formed ribose-5'-phosphate, which involves carrying out cell-mediated and separately [2] [3]
Known strain Corynebacterium species VSTI-301 nucleotide producer (ATP, ADP, AMP, GTP) [4] the closest analogue.

Для выращивания биомассы Corynebacterim species ВСТИ-301 применяют известную ферментационную среду, содержащую, в мас. For the cultivation of biomass Corynebacterim species VSTI-301, a well-known fermentation medium containing, in wt.

глюкоза 10, сульфат магния селиеводный 1, хлорид кальция 0,01, одно- и двузамещенный фосфат калия по 1, пептон 0,5, биотин 30 мкг/л. glucose 10, magnesium sulfate, dilute 1, calcium chloride 0.01, mono- and disubstituted potassium phosphate 1, peptone 0.5, biotin 30 μg / l.

Для выращивания инокулята применяют известную посевную среду, содержащую, в мас. For the growth of the inoculum, a known seed medium is used containing, in wt.

пептон 1,5, глюкоза 2, однозамещенный фосфат калия 0,1, сульфат магния семиводный 0,03, хлорид натрия 0,3, сульфат железа семиводный - 0,01, биотин 30 мкг/л. peptone 1.5, glucose 2, monosubstituted potassium phosphate 0.1, magnesium sulphate 0.03, sodium chloride 0.3, ferrous sulphate 0.01, biotin 30 μg / L.

Продолжительность процедуры выращивания инокулята при температуре 30oC составляет 24 ч, выращивания биомассы 72 ч.The duration of the procedure for growing the inoculum at a temperature of 30 o C is 24 hours, growing biomass 72 hours

Ферментацию проводят на круговой качалке в течение трех суток и вносят в колбы по 30 мг аденина и 0,15 сл ксилола. Затем ферментацию продолжают еще сутки. Fermentation is carried out on a circular shaker for three days and introduced into the flask of 30 mg of adenine and 0.15 cl xylene. Then the fermentation is continued for another day.

Выход АТФ, АДФ, АМФ составляет соответственно 1,5, 055 и 1,5 мг/мл, ГТФ
0,42 мг/мл.
The yield of ATP, ADP, AMP is respectively 1.5, 055 and 1.5 mg / ml, GTP
0.42 mg / ml.

Технический результат, достигаемый предложенным способом, заключается в увеличении выхода рибонуклеотидов. The technical result achieved by the proposed method is to increase the yield of ribonucleotides.

Для этого в способе биосинтеза рибонуклеотидов, включающем конденсацию с помощью Corynebacterium ammoniagenes ЛИА 0950 азотистых оснований на структуре рибозо-5'-фосфата, образуемого клетками из гексоз, и катализ этих процессов с помощью пермеабилизованных клеток, конденсацию азотистых оснований и других фрагментов рибонуклеозидмоно-, ди- и трифосфатов и их производных проводят на структуре экзогенного рибозо-5'-фосфата, осуществляя процесс инкубированием суспензией пермеабилизованных ксилолом или другими апротонными липидоэкстрагентами клеток Corynebacterium ammoniagenes ЛИА 0950 с плотностью (по сухой биомассе) 100-105 мг/мл в реакционной смеси, содержащей, в рибозо-5'-фосфат, в динатриевой форме 1,9 2,0, глюкозу 3,0 3,2, азотистые основания, отдельно или в комбинации, по 0,80 0,84, однозамещенный фосфат калия 0,1 0,2, двузамещенный фосфат калия 1,4 1,5, карбонат магния 0,6 0,7 (pH 7,8), остальное дистиллированная вода, в течение 24 30 ч при температуре 34oC и постоянном перемешивании, до момента полного потребления клетками глюкозы. При этом получение задаваемого в реакционную смесь рибозо-5'-фосфата осуществляют инкубированием суспензии пермеабилизованных ксилолом или другими апротонными экстрагентами липидов клеток Corynebacterium ammoniagenes ЛИА 0950 с плотностью (по сухой биомассе) 130 136 мг/мл в глюкозо-солевой среде, содержащей, в глюкозу 20,0 21,0, однозамещенный фосфат калия 0,4 0,5, двузамещенный фосфат калия 2,44 2,6, карбонат магния 0,8 0,9 (pH 7,8), остальное дистиллированная вода, в течение 24 30 ч при температуре 34oC и постоянном перемешивании, до накопления в среде рибозо-5'-фосфата в количестве 25,0 мг/мл, с последующим выделением его в виде препарата, содержащего основное вещество в динатриевой форме в количестве 87,0 93,0% При этом суспендируемую в реакционной смеси и в глюкозо-солевой среде пермеабилизованную клеточную массу Corynebacterium ammoniagenes ЛИА 0950 получают выращиванием инокулята клеток в количестве 10,0 об. на стерильной ростовой среде, содержащей, в глюкозу, патоку или другой глюкозосодержащий питательный ингредиент, эквивалентный по свободной глюкозе 5,6 5,9, дрожжевой экстракт 0,5 0,6, мочевину 0,4 0,5, соли одно- и двузамещенного фосфата калия, по 0,3 0,4, карбонат магния 0,20 0,3, остальное дистиллированная вода, в течение 24 30 ч при температуре 30oC и аэрации, например в ферментере, до достижения плотности клеточной популяции (по сухой биомассе) 12,0 13,0 мг/мл, с последующей пермеабилизацией клеточной массы ксилолом или другими апротонными липидоэкстрагентами и получением ее в виде концентрата с массовой долей влаги 87,0 90,0% путем механического отделения от среды осаждением или фильтрацией.To do this, in the method of biosynthesis of ribonucleotides, including condensation with Corynebacterium ammoniagenes LIA 0950 of nitrogen bases on the structure of ribose-5'-phosphate formed by cells from hexoses, and catalysis of these processes using permeabilized cells, condensation of nitrogenous bases and other fragments of ribonucleos - and triphosphates and their derivatives are carried out on the structure of exogenous ribose-5'-phosphate, carrying out the process by incubation with a suspension of Coryneb cells permeabilized with xylene or other aprotic lipid extractants acterium ammoniagenes LIA 0950 with a density (by dry biomass) of 100-105 mg / ml in a reaction mixture containing, in ribose-5'-phosphate, in disodium form 1.9 2.0, glucose 3.0 3.2, nitrogenous bases, separately or in combination, at 0.80 0.84, monosubstituted potassium phosphate 0.1 0.2, disubstituted potassium phosphate 1.4 1.5, magnesium carbonate 0.6 0.7 (pH 7.8), the rest is distilled water, for 24-30 hours at a temperature of 34 o C and constant stirring, until the cells completely consume glucose. At the same time, ribose-5'-phosphate specified in the reaction mixture is obtained by incubating a suspension of Corynebacterium ammoniagenes LIA 0950 cell lipid permeabilized with xylene or other aprotic extractants with a density (dry biomass) of 130 136 mg / ml in glucose-salt medium containing glucose 20.0 21.0, monosubstituted potassium phosphate 0.4 0.5, disubstituted potassium phosphate 2.44 2.6, magnesium carbonate 0.8 0.9 (pH 7.8), the rest is distilled water, for 24 30 h at a temperature of 34 o C and constant stirring, until the accumulation in the medium of ribose-5'-phosphate in quantity 25.0 mg / ml, followed by its release in the form of a preparation containing the main substance in disodium form in the amount of 87.0 93.0%. At the same time, the permeabilized cell mass of Corynebacterium ammoniagenes LIA 0950 suspended in the reaction mixture and in glucose-salt medium obtained by growing the cell inoculum in an amount of 10.0 vol. on a sterile growth medium containing, in glucose, molasses or another glucose-containing nutrient ingredient, equivalent to free glucose 5.6 5.9, yeast extract 0.5 0.6, urea 0.4 0.5, mono- and disubstituted salts potassium phosphate, 0.3 0.4 each, magnesium carbonate 0.20 0.3, the rest is distilled water, for 24 30 h at a temperature of 30 o C and aeration, for example in a fermenter, until the density of the cell population is reached (by dry biomass ) 12.0 13.0 mg / ml, followed by permeabilization of the cell mass with xylene or other aprotic lipid extractants and and obtaining it in the form of a concentrate with a mass fraction of moisture of 87.0 to 90.0% by mechanical separation from the medium by precipitation or filtration.

По результатам специально проведенного исследования процессов, катализируемых пермеабилизованными ксилолом клетками Corynebacterium ammoniagenes ЛИА 0950, суспендированными в глюкозо-солевой среде, неожиданно обнаружено, что протекающие в клетках (в одной и той же клеточной биомассе) процессы эндогенный биогенез рибозо-5'-фосфата и экзогенный биосинтез рибонуклеотидов имеют разную физиологическую направленность (катаболизм глюкозы, помимо биогенеза рибозо-5'-фосфата, служит одновременно процессом распада гексоз до конечных продуктов) и разномасштабность скоростей протекания реакций, и по этой причине несовместимы для проведения в одной и той же клеточной биомассы. Скорость катаболизации глюкозы до конечных продуктов, CO2 и лактата, достигающая у клеток 0,28 мМ•мг-1•ч-1, превышает скорость конденсации фрагментов, например НАД+ 0,02 мМ•мг-1•ч-1 почти на целый порядок. Установлено, что экогенный задаваемый во внеклеточную среду - рибозо-5'-фосфат в динатриевой форме может проникать во внутрь пермеабилизованной ксилолом и другими апротонными липидоэкстрагентами клетки и вовлекаться тем самым в реакции конденсации рибонуклеотидных фрагментов при подпитке клетки небольшим количеством глюкозы, фруктозы и других усвояемых гексоз в качестве источника энергии; а также то, что такие клетки, суспендированные в глюкозо-солевой среде концентрированного состава, но не содержащей азотистых оснований, способны превращать глюкозу со значительной эффективностью в рибозо-5'-фосфат и накапливать его во внеклеточной среде.According to the results of a specially conducted study of processes catalyzed by xylene-permeabilized Corynebacterium ammoniagenes LIA 0950 cells suspended in glucose-salt medium, it was unexpectedly found that the processes occurring in the cells (in the same cell biomass) are endogenous biogenesis of ribose-5'-phosphate and exogenous the biosynthesis of ribonucleotides has a different physiological orientation (glucose catabolism, in addition to the biogenesis of ribose-5'-phosphate, simultaneously serves as a process of decomposition of hexoses to final products) and of different sizes Nost reaction rate, and for this reason it is incompatible to hold at the same cell biomass. The rate of glucose catabolization to end products, CO 2 and lactate, which reaches 0.28 mM • mg -1 • h -1 in cells, exceeds the condensation rate of fragments, for example NAD + 0.02 mm • mg -1 • h -1 by almost whole order. It has been established that the ecogenic extracellular environment, ribose-5'-phosphate in disodium form, can penetrate inside the cell permeabilized with xylene and other aprotic lipid extractants and thereby be involved in the condensation reaction of ribonucleotide fragments when the cell is fed with a small amount of glucose, fructose and other digest as a source of energy; and also the fact that such cells suspended in a glucose-salt medium of a concentrated composition, but not containing nitrogen bases, are able to convert glucose with significant efficiency into ribose-5'-phosphate and accumulate it in the extracellular medium.

Эти факты послужили основой для разделения катализируемых клетками реакций превращения гексоз в рибозо-5'-фосфат и конденсации на его структуре рибонуклеотидных фрагментов на две осуществляемые раздельно технологические процедуры, составляющие, вместе с тем, одну общую технологическую схему биосинтеза рибонуклеотидов из экзогенных фрагментов фиг. 1. These facts served as the basis for the separation of the reactions catalyzed by cells in the conversion of hexoses to ribose-5'-phosphate and the condensation of ribonucleotide fragments on its structure into two separately performed technological procedures, which at the same time comprise one general technological scheme of ribonucleotide biosynthesis from exogenous fragments of FIG. one.

Технологические процессы, объединенные в блок 2 реакции трансформации гексоз в рибозо-5'-фосфат, и в блок 3 конденсации экзогенных фрагментов рибонуклеотидов (фиг. 1) катализируются раздельно с помощью одинаковой (полученной одним и тем же способом) пермеабилизованной клеточной биомассы (ПКБ); гибкая технология производства рибонуклеотидов (блок 3) основана на применении экзогекнного рибозо-5'-фосфата (Р5Ф) однотипного сахарофосфатного фрагмента, на структуре которого по выбору в зависимости от потребностей, осуществляется конденсация азотистых и других фрагментов (АФ); для получения клеточной биомассы в любом масштабе используется унифицированная по составу ростовая среда. Technological processes combined in block 2 of the reaction of transformation of hexoses into ribose-5'-phosphate, and in block 3 of condensation of exogenous fragments of ribonucleotides (Fig. 1) are separately catalyzed using the same (obtained by the same method) permeabilized cell biomass (PCB) ; a flexible technology for the production of ribonucleotides (block 3) is based on the use of exogenous ribose-5'-phosphate (P5F) of the same type of sugar phosphate fragment, on the structure of which, depending on the needs, nitrogen and other fragments (AF) are condensed; To obtain cell biomass at any scale, a uniform growth medium is used.

Пример 1. Получение каталитического биоагента (биомассы пермеабилизованных клеток Corynebacterium ammoniagenes ЛИА 0950). Example 1. Obtaining a catalytic bioagent (biomass of permeabilized cells of Corynebacterium ammoniagenes LIA 0950).

Свежевыращенный на ростовой среде инокулят в количестве 300 мл, содержащий 12,0 мг клеток/мл (по сухой биомассе), вносят асептически в ферментер с рабочим объемом 5 л, заполненный 3 л стерильной ростовой среды, приготовленной на дистиллированной воде и содержащей, в патоку, в расчете на свободную глюкозу 5,6; дрожжевой экстракт 0,5, мочевину (вносят 30%-ный стерильный раствор дробно) 0,4, соли одно- и двузамещенного фосфата калия, по 0,3, карбонат магния 0,2 (pH 7,4), устанавливают аэрацию с помощью мешалки с числом оборотов 900 об/мин, температуру среды 30oC и выращивают 24 30 ч, контролируя плотность клеточной популяции нефелометрически при λ = 630 нм.
По достижении плотности популяции 12,0 мг/мл по сухой биомассе (по калибровочной кривой), в культуру вносят 30 мл ксилола (смесь о-, м- и п-изомеров) и инкубируют ее для экстракции липидов из клеточной мембраны (пермеабилизации клеток) в течение 0,5 ч при перемешивании с помощью мешалки с числом оборотов 200 об/мин. Пермеабилизованную таким образом клеточную биомассу отделяют от среды центрифугированием при числе оборотов ротора 5000 об/мин. Получают биомассу, содержащую 31 г сухих клеток.
Inoculum freshly grown on growth medium in an amount of 300 ml, containing 12.0 mg cells / ml (by dry biomass), is introduced aseptically into a fermenter with a working volume of 5 l, filled with 3 l of sterile growth medium prepared in distilled water and containing molasses , based on free glucose 5.6; yeast extract 0.5, urea (30% sterile solution is added fractionally) 0.4, salts of mono- and disubstituted potassium phosphate, 0.3 each, magnesium carbonate 0.2 (pH 7.4), establish aeration using mixers with a speed of 900 rpm, a medium temperature of 30 o C and grown 24 30 h, controlling the density of the cell population nephelometric at λ = 630 nm.
Upon reaching a population density of 12.0 mg / ml by dry biomass (according to the calibration curve), 30 ml of xylene (a mixture of the o-, m- and p-isomers) is introduced into the culture and incubated to extract lipids from the cell membrane (cell permeabilization) for 0.5 hours with stirring using a mixer with a speed of 200 rpm The permeabilized in this way, the cellular biomass is separated from the medium by centrifugation at a rotor speed of 5000 rpm. Get biomass containing 31 g of dry cells.

Пример 2. Получение рибозо-5'-фосфата. Example 2. Obtaining ribose-5'-phosphate.

Пермеабилизованную ксилолом клеточную биомассу в количестве 26,0 г ( по сухому весу) суспендируют в 200 мл глюкозо-солевой среды в колбе 500 мл, содержащей, в дистиллированной воде, в глюкозу 20,0; однозамещенный фосфат калия 0,4; двузамещенный фосфат калия 2,4; карбонат магния 0,8 (pH 7,8). Полученную суспензию инкубируют на круговой качалке при температуре 34oC в течение 24 30 ч, контролируя накопление в среде рибозосодержащих веществ (колориметрически, с помощью орцинового реактива) в количестве 25,0 мг/мл.Permeabilized with xylene, the cell biomass in the amount of 26.0 g (dry weight) is suspended in 200 ml of glucose-salt medium in a 500 ml flask containing, in distilled water, 20.0 glucose; monosubstituted potassium phosphate 0.4; disubstituted potassium phosphate 2.4; magnesium carbonate 0.8 (pH 7.8). The resulting suspension is incubated on a circular shaker at a temperature of 34 o C for 24-30 hours, controlling the accumulation of ribose-containing substances in the medium (colorimetrically using an orcine reagent) in an amount of 25.0 mg / ml.

Выделение рибозо-5'-фосфата из среды проводят с помощью ионообменной хроматографии на смоле AB-17. Полученный в количестве 2,0 г препарат рибозо-5'-фосфата содержит основное вещество в динатриевой форме в количестве 87,0%
Пример 3. Биосинтез аденозинмоно-, ди- и трифосфатов (пуриновых рибонуклеотидов).
The isolation of ribose-5'-phosphate from the medium is carried out using ion exchange chromatography on resin AB-17. Received in an amount of 2.0 g of the preparation of ribose-5'-phosphate contains the main substance in disodium form in the amount of 87.0%
Example 3. The biosynthesis of adenosine mono-, di - and triphosphates (purine ribonucleotides).

Пермеабилизованную ксилолом клеточную биомассу в количестве 1,0 г (по сухому весу) суспендируют в 10 мл реакционной смеси в колбе на 100 мл, содержащей, в дистиллированной воде, в рибозо-5'-фосфат (87,0%-ный препарат, в динатриевой форме, по основному веществу) 1,9; глюкозу 3,0; аденин 0,8; однозамещенный фосфат калия 0,1; двузамещенный фосфат калия - 1,4; карбонат магния 0,6 (pH 7,8). Полученную суспензию инкубируют на круговой качалке при температуре 34oC в течение 24 30 ч, контролируя на приборе "Эксан-Г" момент полного потребления клетками глюкозы.Permeabilized with xylene, the cell biomass in an amount of 1.0 g (by dry weight) is suspended in 10 ml of the reaction mixture in a 100 ml flask containing, in distilled water, in ribose-5'-phosphate (87.0%, in disodium form, in the base material) 1.9; glucose 3.0; adenine 0.8; monosubstituted potassium phosphate 0.1; disubstituted potassium phosphate - 1.4; magnesium carbonate 0.6 (pH 7.8). The resulting suspension is incubated on a circular shaker at a temperature of 34 o C for 24-30 hours, monitoring on the device "Exan-G" the moment of complete consumption of glucose by cells.

Содержание накопившихся в среде адениннуклеотидов составляет: АТФ 14,5 мг/мл, АДФ 5,6 мг/мл, АМФ 2,1 мг/мл. The content of adenine nucleotides accumulated in the medium is: ATP 14.5 mg / ml, ADP 5.6 mg / ml, AMP 2.1 mg / ml.

Пример 4. Биосинтез уридинмонофосфата (пиримидиновых рибонуклеотидов). Example 4. The biosynthesis of uridine monophosphate (pyrimidine ribonucleotides).

Процесс биосинтеза и способ его проведения осуществляют таким же образом, как в примере 3, только реакционная смесь вместо аденина содержала эквимолярное количество урацила. The biosynthesis process and the method of its implementation are carried out in the same manner as in example 3, only the reaction mixture instead of adenine contained an equimolar amount of uracil.

Содержание накопившегося в среде УМФ составляет 20,2 мг/мл. The content of UMF accumulated in the medium is 20.2 mg / ml.

Пример 5. Биосинтез 6-тиогуанинрибонуклеотида (аналогов пуриннуклеотидов). Example 5. The biosynthesis of 6-thioguanine ribonucleotide (purine nucleotide analogues).

Процесс биосинтеза и способ его проведения осуществляют таким же образом, как в примере 3, только реакционная смесь вместо аденина содержала эквимолярное количество 6-тиогуанина. The biosynthesis process and the method of its implementation are carried out in the same manner as in example 3, only the reaction mixture instead of adenine contained an equimolar amount of 6-thioguanine.

Содержание накопившегося в среде 6-тио ГМФ составляет 12,3 мг/мл. The content of 6-thio GMF accumulated in the medium is 12.3 mg / ml.

Пример 6. Биосинтез 5-фторурацилрибонуклеотида (аналогов пиримидиннуклеотидов). Example 6. The biosynthesis of 5-fluorouracilribonucleotide (pyrimidine nucleotide analogues).

Процесс биосинтеза и способ его проведения осуществляют таким же образом, как в примере 3, только реакционная смесь вместо аденина содержала эквимолярное количество 5-фторурацила. The biosynthesis process and its method are carried out in the same manner as in example 3, only the reaction mixture instead of adenine contained an equimolar amount of 5-fluorouracil.

Содержание накопившегося в среде 5-фтор УМФ составляет 14,7 мг/мл. The content of 5-fluoro UMF accumulated in the medium is 14.7 mg / ml.

Пример 7. Биосинтез никотинамидадениндинуклеотида (адениннуклеотидных коферментов). Example 7. The biosynthesis of nicotinamide adenine dinucleotide (adenine nucleotide coenzymes).

Процесс биосинтеза и способ его проведения осуществляют таким же образом, как в примере 3, только реакционная смесь в комбинации с аденином содержала эквимолярное количество никотинамида. The biosynthesis process and the method of its implementation is carried out in the same manner as in example 3, only the reaction mixture in combination with adenine contained an equimolar amount of nicotinamide.

Содержание накопившегося в среде кофермента НАД+ составляет 19,6 мг/мл.The content of NAD + coenzyme accumulated in the medium is 19.6 mg / ml.

Пример 8. Пермеабилизация клеточной биомассы. Example 8. Permeabilization of cell biomass.

Биосинтез НАД+ и способ его проведения осуществляют таким же образом, как в примере 7, только суспензия клеток вместо пермеабилизованной ксилолом и другими апротонными экстрагентами липидов биомассы содержала пермеабилизованную протонными экстрагентами липидов, например диметилсульфоксидом, биомассу.The biosynthesis of NAD + and its method are carried out in the same manner as in example 7, only the cell suspension, instead of biomass lipids permeabilized with xylene and other aprotic extractants, contained lipid permeabilized with proton extractants, for example, dimethyl sulfoxide, biomass.

Содержание накопившегося в среде НАД+ составляет следовые количества.The content of NAD + accumulated in the medium is trace amounts.

Установленные в ходе практических испытаний значения экономического коэффициента роста клеточной биомассы Y г/г (количество биомассы, в граммах, отнесенное к количеству потребленной глюкозы, в граммах) и НАД+ -синтетической активности пермеабилизованной ксилолом биомассы (определенной так, как в примере 7) у популяций клеток Corynebacterium ammoniagenes ЛИА 0950, выращенных на ферментационной и заявляемой ростовой средах в течение 24, 48, 72 и 96 ч, сведены в прилагаемую таблицу.The values of the economic growth coefficient of cell biomass Y g / g (the amount of biomass, in grams, relative to the amount of glucose consumed, in grams) and the NAD + -synthetic activity of xylene-permeabilized biomass (determined as in Example 7), established populations of Corynebacterium ammoniagenes LIA 0950 cells grown on fermentation and claimed growth media for 24, 48, 72 and 96 hours are summarized in the attached table.

Как видно из приведенных результатов, в примерах конкретного исполнения использована оптимальная для выращивания клеточной биомассы и катализируемых ею реакций питательная среда и оптимальный возраст популяций выросших клеток. As can be seen from the above results, in the examples of a specific embodiment, the nutrient medium optimal for growing cell biomass and the reactions catalyzed by it was used and the optimal age of the grown cell populations was used.

На фиг. 2 приведена в ростовой среде ингредиентов (концентрация ингредиентов в ростовой среде, использованной в примере 1, принята за 100%). In FIG. 2 is shown in the growth medium of the ingredients (the concentration of ingredients in the growth medium used in example 1 is taken as 100%).

Из него видно, что плотность популяций (в мг сухой биомассы в мл среды), выросших за 24 ч на средах с низкой концентрацией ингредиентов ниже, чем в контроле; на средах с более высокой концентрацией ингредиентов кривая ее зависимости переходит на плато. Во избежание лишнего перерасхода ингредиентов для выращивания биомассы выбрана ростовая среда, содержащая 100 105% концентрации ингредиентов. It can be seen from it that the population density (in mg dry biomass per ml of medium) grown over 24 hours on media with a low concentration of ingredients is lower than in the control; on media with a higher concentration of ingredients, its dependence curve goes to a plateau. In order to avoid excessive consumption of ingredients for growing biomass, a growth medium containing 100 105% concentration of ingredients was selected.

Для пермеабилизации биомассы испытано более 15 протонных (с нулевым дипольным моментом) веществ липидоэкстрагентов. Наиболее эффективными для экскреции из клеток рибозо-5'-фосфата и рибонуклеотидов оказались апротонные липидоэкстрагенты, такие как бензол, толуол, о-, м- и п-изомеры ксилола, из поверхностно-активных веществ цетилипиридиний хлорид, обеспечивающие минимальное рассеивание протонного

Figure 00000002
потенциала клеточной мембраны, необходимого для энергообеспечения акта экскреции (выбрасывания из клеток наружу) данных фосфороорганических веществ.For permeabilization of biomass, more than 15 proton (with zero dipole moment) lipid extractants were tested. The most effective for excretion from cells of ribose-5'-phosphate and ribonucleotides were aprotic lipid extractants, such as benzene, toluene, o-, m- and p-isomers of xylene, from the surface-active substances cetylpyridinium chloride, providing minimal dispersion of proton
Figure 00000002
the potential of the cell membrane necessary for the energy supply of the act of excretion (throwing out the cells outward) of these organophosphorus substances.

На фиг. 3 приведена зависимость накопления в среде рибозо-5'-фосфата от концентрации компонентов суспензий в глюкозо-солевой среде (концентрация компонентов суспензии, использованной в примере 2, принята за 100%). In FIG. Figure 3 shows the dependence of the accumulation in the environment of ribose-5'-phosphate on the concentration of the components of the suspensions in the glucose-salt medium (the concentration of the components of the suspension used in Example 2 is taken as 100%).

Как видно из данных результатов, за равный промежуток времени (24 ч) инкубации у суспензий, имеющих меньшую, чем в контроле концентрацию компонентов (плотность биомассы, концентрацию глюкозы и других ингредиентов), содержание накапливающегося в среде рибозо-5'-фосфата ниже чем в контроле; у суспензий, имеющих более высокие, чем в контроле, значения концентрации компонентов, кривая накопления рибозо-5'-фосфата выходит на плато. As can be seen from these results, for an equal period of time (24 h), incubation in suspensions having a lower concentration of components than in the control (biomass density, concentration of glucose and other ingredients), the content of ribose-5'-phosphate accumulating in the medium is lower than in control; in suspensions having higher component concentrations than in the control, the accumulation curve of ribose-5'-phosphate reaches a plateau.

Во избежании перерасхода компонентов суспензии выбраны такие значения концентраций, которые составляют 100 105% к контролю. In order to avoid overspending of the components of the suspension, such concentration values are selected that are 100 105% of the control.

На фиг. 4 показана зависимость накопления в среде НАД+ от концентрации компонентов суспензий в реакционной смеси (компоненты суспензий, использованных в примерах 3 8, приняты за 100%).In FIG. Figure 4 shows the dependence of the accumulation in the NAD + medium on the concentration of the components of the suspensions in the reaction mixture (the components of the suspensions used in Examples 3–8 are taken as 100%).

Как видно на фиг. 4 у суспензий, имеющих меньшую, чем в контроле, концентрацию компонентов, за 24 ч содержание накопившегося в среде НАД+ ниже, чем в контроле; у суспензий, имеющих более высокие, чем в контроле, концентрации компонентов, кривая накопления НАД+ в среде также переходит на плато.As seen in FIG. 4 in suspensions having a lower concentration of components than in the control, the content of NAD + accumulated in the medium over 24 hours is lower than in the control; in suspensions having higher component concentrations than in the control, the accumulation curve of NAD + in the medium also goes to a plateau.

Из соображений эффективного использования компонентов суспензий выбраны такие пределы их концентраций, которые составляют 100 105% от контроля. For reasons of the effective use of the components of the suspensions, such concentration ranges are selected that are 100 105% of the control.

Таким образом, заявляемое изобретение в совокупности позволяет раскрыть в полной мере гексозотрансформирующий и на его основе нуклеотидсинтетический потенциалы Corynebacterium ammoniaqenes ЛИА 0950 (ВСТИ 404), получить в препаративном количестве рибозо-5'-фосфат и провести на его основе препаративный синтез практически всей номенклатуры пурин- и пиримидинрибонуклеозид-моно-, ди и трифосфатов и их производных природного и синтетического происхождения. Изобретение позволяет накопить в реакционной смеси рибонуклеотиды в количестве 28 30 мМ. Thus, the claimed invention together allows to fully reveal the hexose-transforming and, based on it, nucleotide synthesizing potentials of Corynebacterium ammoniaqenes LIA 0950 (VSTI 404), to obtain ribose-5'-phosphate in a preparative amount and to conduct on its basis preparative synthesis of almost the entire purine-nomenclature and pyrimidinribonucleoside mono-, di and triphosphates and their derivatives of natural and synthetic origin. The invention allows to accumulate in the reaction mixture ribonucleotides in an amount of 28 30 mm.

Источники информации:
1. Цыренов В.Ж. Микробиологический синтез нуклеозидфосфатов. М. Наука, 1990, с. 200.
Information sources:
1. Tsyrenov V.Zh. Microbiological synthesis of nucleoside phosphates. M. Science, 1990, p. 200.

2. Гончиков Г. Г. Ленхобоев В.Д. Абросимова Е.В. Бархутова Д.Д. Характеристика НАД синтезирующей активности продуцента Corynebacterium ammoniagenes ВСТИ 404. Тезисы докладов конференций "Проблемы микробного синтеза витаминов и их производных" Ташкент, 1990, с. 12. 2. Gonchikov G. G. Lenkhoboev V. D. Abrosimova E.V. Barkhutova D.D. Characterization of NAD synthesizing activity of producer Corynebacterium ammoniagenes VSTI 404. Abstracts of conferences "Problems of the microbial synthesis of vitamins and their derivatives" Tashkent, 1990, p. 12.

3. US, патент, N 3705080, кл. C 12 D 13 /06, 1968. 3. US patent N 3705080, class. C 12 D 13/06, 1968.

4. SU, авторское свидетельство, N 726161, кл. C 12 P 19/30, 1980. 4. SU, copyright certificate, N 726161, cl. C 12 P 19/30, 1980.

Claims (2)

1. Способ биосинтеза рибонуклеотидов, предусматривающий выращивание посевного материала коринебактерий, внесение полученного инокулята в ферментационную среду, содержащую источники углерода, азота, фосфора, минеральные соли и культивирование в условиях аэрации, отличающийся тем, что из коринебактерий используют штамм Corynebacterium ammoniagenes ЛИА 0950, инокулят которого вносят в ферментационную среду, содержащую следующие компоненты, мас. 1. The method of biosynthesis of ribonucleotides, involving the cultivation of seed material of corynebacteria, introducing the obtained inoculum into a fermentation medium containing sources of carbon, nitrogen, phosphorus, mineral salts and cultivation under aeration conditions, characterized in that Corynebacterium ammoniagenes strain LIA 0950, whose inoculum is used contribute to the fermentation medium containing the following components, wt. Глюкоза или патока в количестве, эквивалентном по свободной глюкозе 5,6 5,9
Дрожжевой экстракт 0,5 0,6
Мочевина 0,4 0,5
Соли одно- и двузамещенного фосфата калия По 0,3 0,4
Карбонат магния 0,2 0,3
Дистиллированная вода Остальное
и культивирование ведут до достижения плотности клеточной популяции по сухой биомассе 12,0 13,0 мг/мл, далее биомассу обрабатывают апротонным липидоэкстрагентом и отделяют пермеабилизованную биомассу с массовой долей влаги 87,0 90,0% затем часть пермеабилизованной биомассы с плотностью по сухой биомассе 130 136 мг/мл суспендируют и выращивают в глюкозосолевой среде, содержащей следующие компоненты, мас.
Glucose or molasses in an amount equivalent to free glucose 5.6 5.9
Yeast extract 0.5 0.6
Urea 0.4 0.5
Salts of mono- and disubstituted potassium phosphate 0.3 0.4 each
Magnesium Carbonate 0.2 0.3
Distilled Water Else
and cultivation is carried out until the density of the cell population in the dry biomass is 12.0 13.0 mg / ml, then the biomass is treated with an aprotic lipid extractant and the permeabilized biomass with a mass fraction of moisture of 87.0 90.0% is separated, then part of the permeabilized biomass with density in the dry biomass 130 136 mg / ml are suspended and grown in glucose-salt medium containing the following components, wt.
Глюкоза 20,0 21,0
Однозамещенный фосфат калия 0,4 0,5
Двузамещенный фосфат калия 2,4 2,6
Карбонат магния 0,8 0,9 (pH 7,8)
Дистиллированная вода Остальное
при температуре 34oС и постоянном перемешивании до накопления в среде рибозо-5'-фосфата в динатриевой форме в количестве 25,0 мг/мл среды, далее полученный продукт вносят в питательную среду для выращивания другой части пермеабилизованной биомассы, осуществляемого в тех же условиях на питательной среде следующего состава, мас.
Glucose 20.0 21.0
Monosubstituted potassium phosphate 0.4 0.5
Disubstituted potassium phosphate 2.4 2.6
Magnesium Carbonate 0.8 0.9 (pH 7.8)
Distilled Water Else
at a temperature of 34 o With constant stirring until the accumulation in the medium of ribose-5'-phosphate in disodium form in an amount of 25.0 mg / ml of medium, then the resulting product is introduced into a nutrient medium for growing another part of the permeabilized biomass carried out under the same conditions on a nutrient medium of the following composition, wt.
Рибозо-5'-фосфат в динатриевой форме 1,9 2,0
Глюкоза 3,0 3,2
Азотистое основание, отдельно или в комбинации По 0,80 0,84
Однозамещенный фосфат калия 0,1 0,2
Двузамещенный фосфат калия 1,4 1,5
Карбонат магния 0,6 0,7
до полного потребления глюкозы, затем выделяют целевой продукт.
Disodium ribose-5'-phosphate 1.9 2.0
Glucose 3.0 3.2
Nitrogen base, alone or in combination .80 0.80
Monosubstituted potassium phosphate 0.1 0.2
Disubstituted potassium phosphate 1.4 1.5
Magnesium Carbonate 0.6 0.7
until complete consumption of glucose, then the target product is isolated.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве апротонного липидоэкстрагента используют бензол, ксилол, толуол, цетилпиридинийхлорид. 2. The method according to claim 1, characterized in that benzene, xylene, toluene, cetylpyridinium chloride are used as the aprotic lipid extractant.
RU94004117A 1994-02-04 1994-02-04 Method of biosynthesis of ribonucleotides RU2097431C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU94004117A RU2097431C1 (en) 1994-02-04 1994-02-04 Method of biosynthesis of ribonucleotides

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU94004117A RU2097431C1 (en) 1994-02-04 1994-02-04 Method of biosynthesis of ribonucleotides

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU94004117A RU94004117A (en) 1996-08-20
RU2097431C1 true RU2097431C1 (en) 1997-11-27

Family

ID=20152197

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU94004117A RU2097431C1 (en) 1994-02-04 1994-02-04 Method of biosynthesis of ribonucleotides

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2097431C1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Гончиков Г.Г., Ленхобоев В.Д., Абросимова Е.В., Бархутова Д.Д. Характеристика НАД-синтезирующей активности продуцента Corynebacterium ammoniagenes ВСТИ 404. Тезисы докладов конференций "Проблемы микробного синтеза витаминов и их производных". - Ташкент, 1990, с.12. 2. SU, авторское свидетельство, N 726161, кл. C 12 P 19/30, 1980. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU94004117A (en) 1996-08-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
MacNutt The enzymically catalysed transfer of the deoxyribosyl group from one purine or pyrimidine to another
Schmidt et al. The effects of certain nutritional conditions on the formation of purines and of ribonucleic acid in baker's yeast
Shapiro et al. Conversion of 5′-methylthioadenosine into S-adenosylmethionine by yeast cells
EP0282989A2 (en) Process for producing 5'-inosinic acid
Smith Synthesis of metabolic intermediates
Shimizu et al. Microbial and enzymatic processes for the production of pharmacologically important nucleosides
Thomson et al. The nucleic acid metabolism of animal cells in vitro: III. Factors influencing nucleotide biosynthesis
JPH0630599B2 (en) Process for producing fructose-1,6-diphosphate
RU2097431C1 (en) Method of biosynthesis of ribonucleotides
Sakai et al. Metabolisms of Nucleosides in Bacteria: Part III. Nucleoside-N-ribosyl Group Transfer Reaction in Bacteria (2) Mechanism of Nucleoside-N-ribosyl Group Transfer Reaction in Corynebacterium sepedonicum
KR920703827A (en) Fermentation method for the preparation of pyrimidine deoxyribonucleosides (PYRIMIDINE DEOXYRIBONUCLEOSIDES)
Ermakova et al. Accumulation of pyrophosphate and other energy-rich phosphorus compounds under various conditions of yeast growth
Kim et al. Enzyme-catalyzed synthesis of nucleoside triphosphates from nucleoside monophosphates: ATP from AMP and Ribavirin 5′-triphosphate from Ribavirin 5′-monophosphate
EP0566140B1 (en) Method for producing dinucleoside polyphosphate, nucleoside polyphosphate or derivatives thereof
JP4058663B2 (en) Method for producing ribose 1-phosphates and nucleoside compounds
Kanda et al. Purification and properties of a bacterial deoxyribose transferase
JP2572890B2 (en) Method for producing nucleoside compound
Shimizu et al. An Improved Method for the Fermentative Production of Coenzyme A from Pantothenic Acid, Cysteine, and 5′-AMP
US3238110A (en) Method for producing 5-amino-4-imidazolecarboxamide riboside
Gauthier et al. Carbohydrate metabolism in HT29 colon cancer cells cultured in a glucose free medium supplemented with inosine
JPS6314956B2 (en)
JPS6141555B2 (en)
Sato et al. Accumulation of guanosine polyphosphates by Brevibacterium ammoniagenes: Isolation and identification of the products
JP2534807B2 (en) Method for producing nucleoside compound
US3879260A (en) Process for production of ribosides of nucleic acid base derivatives and analogues thereof