Corynebacterium glutamicum

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Corynebacterium glutamicum ist ein grampositives, nicht-pathogenes und schnellwachsendes Bodenbakterium. Es wurde 1957 in Japan als natürlicher Glutaminsäureproduzent entdeckt. Aufgrund seiner großen biotechnologischen Bedeutung zählt es zu den am besten erforschten Bakterien. Das Genom wurde im Jahr 2003 vollständig sequenziert.<ref>{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref>

C. glutamicum ist in der Industrie ein wichtiger Produzent für Glutamat und Lysin. Darüber hinaus wurden mittlerweile für nahezu alle biogenen Aminosäuren und eine Reihe weiterer Substanzen wie Nukleotide und Vitamine fermentative Produktionsprozesse mit C. glutamicum und nahe verwandten Organismen entwickelt.

Neben technologischen Anwendungen spielt C. glutamicum auch in der Grundlagen- und der medizinischen Forschung eine Rolle. Insbesondere die Zellwandsynthese und die Zellteilung sind seit mehreren Jahrzehnten Gegenstand intensiver Forschung.<ref>{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref> C. glutamicum ist außerdem ein wichtiger Modellorganismus für verwandte Pathogene wie Corynebacterium diphtheriae, Mycobacterium tuberculosis und Mycobacterium leprae.

C. glutamicum wurde von der Vereinigung für Allgemeine und Angewandte Mikrobiologie wegen seiner biotechnologischen Bedeutung zur Mikrobe des Jahres 2025 auserwählt.<ref>J. Zeh: Gekürte Arten 2025: "Giftpflanze des Jahres" ist beliebter Snack. Auf: n-tv.de vom 3. Januar 2025. Hier: Bild 30–32.</ref><ref name=":0">{{#if:|{{#iferror: {{#iferror:{{#invoke:Vorlage:FormatDate|Execute}}|Vorlage:FormatDate/Wartung/Error}}| |}}}}{{#if:|{{{autor}}}: }}{{#if:|{{#if:Mikrobe des Jahres 2025|[{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|archivURL|1={{#invoke:URLutil|getNormalized|1={{{archiv-url}}}}}}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel=Mikrobe des Jahres 2025}}]{{#if:| ({{{format}}})}}{{#if:| {{{titelerg}}}{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|Endpunkt|titel={{{titelerg}}}}}}}}}|{{#if:https://vaam.de/infoportal-mikrobiologie/mikrobe-des-jahres/mikrobe-des-jahres-2025/%7C{{#if:{{#invoke:TemplUtl%7Cfaculty%7C}}%7C{{#invoke:Vorlage:Internetquelle%7CTitelFormat%7Ctitel={{#invoke:WLink%7CgetEscapedTitle%7C1=Mikrobe des Jahres 2025}}}}|[{{#invoke:URLutil|getNormalized|1=https://vaam.de/infoportal-mikrobiologie/mikrobe-des-jahres/mikrobe-des-jahres-2025/}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel={{#invoke:WLink|getEscapedTitle|1=Mikrobe des Jahres 2025}}}}]}}{{#if:| ({{{format}}}{{#if:Inforportal Mikrobiologie{{#if: 2025-01-06 | {{#if:{{#invoke:TemplUtl|faculty|}}||1}}}}

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Gewinnung von Glutaminsäure

Corynebacterium glutamicum bildet L-Glutaminsäure als Folgeprodukt des Citratzyklus durch Transaminierung von 2-Oxoglutarsäure. Als Lieferanten für Kohlenstoff dienen hierbei vor allem die Melasse oder Stärkehydrolysat. Ammoniak hingegen dient zumeist als Stickstoff-Quelle.

Natriumglutamat wird als Würzmittel eingesetzt in Fertigprodukten und in der asiatischen Küche. Es verdankt dies dem herzhaften Geschmack „umami“, für welchen neben süß, sauer, salzig und bitter auf der Zunge spezielle Sinnesrezeptoren vorhanden sind. Das Bakterium wurde biotechnologisch so verändert, dass es auch Reste aus Pflanzenabfällen und aus der Biodieselproduktion und somit nachwachsende Rohstoffe verwendet. Die Produktion beläuft sich auf 3,5 Mio. Tonnen pro Jahr.<ref name=":0" /><ref>{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref>

Biotechnologische Bedeutung

Die in der Biotechnologie Verwendung findenden Mutanten weisen gegenüber den frei vorkommenden Bakterien einige Änderungen auf. Insbesondere zu nennen sind:

Erhöhung der Sekretion von Glutaminsäure

Die Überproduktion von Glutaminsäure ist abhängig von der Permeabilität (Feststoffdurchlässigkeit) der Zelle. Je durchlässiger die Zelle ist, desto mehr Glutaminsäure kann in das umgebende Medium abgegeben werden. Die Zelldurchlässigkeit kann durch einen Mangel von Biotin, Ölsäure, Glycerin oder durch Zugabe von Penicilline beeinflusst werden.

Regulation einiger Enzyme auf dem Biosyntheseweg

Die Aktivität des Enzyms 2-Oxoglutarat-Dehydrogenase ist in biotechnologisch eingesetzten C. glutamicum-Stämmen im Vergleich zur L-Glutamat-Dehydrogenase deutlich verringert. Auch werden einige Enzyme durch die Konzentration von Metaboliten, Endprodukten, NH₄⁺ und NADH reguliert.

Aktivierung mehrerer anaplerotischer Reaktionen

Durch die Carboxylierung von Phosphoenolpyruvat (PEP) und die Aktivierung des Glyoxylatzyklus wird vermehrt Oxalessigsäure gebildet. Diese stellt die Vorstufe der Zitronensäure dar und kann somit weitere Kohlenstoffatome der Glykolyse im Citratzyklus binden. Das Enzym PEP-Carboxylase, welches die Carboxylierung von PEP katalysiert, benötigt ebenso Biotin, das dann nicht mehr zum Aufbau der Zellwand zur Verfügung stehen kann. Diese Reaktionen werden anaplerotisch genannt.

Weblinks

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CoryneRegNet - Database of Corynebacterial Transcription Factors and Regulatory Networks
Prof. Dr. Krämer, Institut für Biochemie, Universität zu Köln (Memento im Webarchiv vom 25. September 2017)
Biotechnologie(IBG1), Forschungszentrum Jülich (Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft)
Nadja Podbregar: Mit Bakterien gegen Bakterien: Genetisch veränderte Bodenbakterien stellen antimikrobielles Peptid her, auf: scinexx vom 5. Oktober 2021

Einzelnachweise