TEMA 5.1. PRODUCCIÓN INDUSTRIAL DE METABOLITOS SECUNDARIOS

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1 TEMA 5.1. PRODUCCIÓN INDUSTRIAL DE METABOLITOS SECUNDARIOS 1.- Metabolitos Secundarios. Productos de Interés Industrial 2.- Relaciones entre Trofofase e Idiofase 3.- Efecto de los Precursores 4.- Sistemas de Regulación Inducción Enzimática Regulación por Retroalimentación Regulación Catabólica Regulación por el Estado Energético 5.- Superproducción Manipulación Ambiental Selección de Cepas Mal Reguladas Revertientes Resistencia a análogos Mutasíntesis 1.- Metabolitos Secundarios. Productos de Interés Industrial Metabolitos secundarios. Son moléculas sintetizadas por determinados MO normalmente en una fase tardía de su ciclo de crecimiento. Características: - No son necesarios para el crecimiento del metabolismo que los produce - Generalmente se producen como mezclas de productos muy relacionados químicamente entre sí. - Cada uno de estos productos es producido por un grupo muy reducido de organismos. - La producción puede perderse fácilmente por mutación espontánea (degeneración de la raza). Productos de interés industrial. Antibióticos: penicilina, bacitracina, nystatina Alcaloides: ácido lisérgico Factores de crecimiento vegetal : giberelinas Toxinas: micotoxinas 2.- Relaciones entre Trofofase e Idiofase Fase estacionaria = fase de producción de metabolitos secundarios. Estamos produciendo penicilina y en otro tanque lisina. Hay que establecer un medio de cultivo que haga crecer al hongo lo más más rápido posible y que llegue rápidamente a la fase estacionaria, luego dejamos al hongo en esta fase...

2 3.- Efecto de los Precursores En un primer momento cuando se descubrieron los antibióticos, no se sabían los sistemas de regulación de los metabolitos secundarios y lo que se hacía era añadir productos a los tanques de fermentación para ver que ocurría. Se observo que había determinadas moléculas que incrementaban la producción de ese metabolito secundario en concreto y esa molécula tenía algo que ver con la estructura del metabolito secundario, si nosotros añadíamos parte de la estructura del metabolito secundario eso hace que le sea más fácil a la célula sintetizarlo. En el caso de las penicilinas si añadimos un radical en concreto, incrementamos la producción de penicilina G que es la que tiene función fisiológica. Sí nosotros añadimos D-valina obtendremos una mayor producción de actinomicina C1. Le introducimos una parte de la molécula que queremos sintetizar, así le ahorramos energía a la célula. 4.- Sistemas de Regulación Se encontraron otros precursores que reducen la producción. - INDUCCIÓN ENZIMÁTICA Cuando se añade triptófano a un cultivo de Claviceps purpúrea se incrementa la producción de ácido lisérgico. Si se añaden análogos del triptófano estos no se incorporan a la estructura del Ac. Lisérgico. El triptófano se debe añadir durante la trofofase, que es la fase de latencia y exponencial, ya que los metabolitos secundarios se forman en la idiofase, es decir en la estacionaria. El triptófano actúa como inductor de los enzimas que intervienen en la biosíntesis del ácido lisérgico, por eso hay que añadirlo desde el principio del crecimiento para que así haya suficiente concentración de triptófano intracelular como para que active la ruta metabólica de producción de ácido lisérgico.

3 La metionina es inductor de las cefalosporinas. Ocurre exactamente igual que con el triptófano. La metionina puede ser reemplazada por su análogo norleucina que no tiene azufre en su molécula. Es decir que para activar la síntesis, también podemos utilizar su análogo, la norleucina, y esta no se va a integrar en la molécula porque no tiene azufre. La estreptomicina no se forma como tal si no como manósido estreptomicina, pero este no es activo. Para obtenerla activa debemos romper un enlace mediante alfa-manosidasas. Estas últimas se inducen añadiendo manano. Sí nosotros añadimos manano, es la señal que tiene la célula para generar estreptomicina. - REGULACIÓN POR RETROALIMENTACIÓN Caso de biosíntesis de lisina y penicilina por penicillium chrysogenum. La ruta es común para penicilina y lisina hasta el alfa-aminoadipato, a partir de este se forma un m. primario y un m. secundario. Esta lisina que se produce va a regular por retroalimentación la homocitrato sintasa para bloquear la síntesis de lisina, pero como comparten ruta, también bloquea la ruta de penicilina, por eso hay que tener mucho cuidado con las cantidades de lisina en el medio. Otro caso es la estreptomicina. El bloqueante es el fosfato, hay que tener cuidado con la cantidad de fosfato en el medio y este.

4 - REGULACIÓN CATABÓLICA. Efecto glucosa: la célula cuando quiere sintetizar algún producto lo primero que hace es buscar la materia prima para obtenerlo, entonces sintetiza todos los enzimas necesarios para obtenerla. Sí nosotros le aportamos esa materia prima la célula deja de sintetizar esos enzimas, es decir, corta esa ruta biosintética. Sí nosotros tenemos glucosa en el medio de cultivo se bloquea la síntesis por ejemplo de penicilina. También ocurre con la estreptomicina.

5 5.- Superproducción - Manipulación Ambiental Precursores: (+) ácido fenilacético (penicilina G) Retroalimentación: (-) fosfato (estreptomicina) Inductores: (+) manano (estreptomicina) Catabolitos: (-) glucosa (estreptomicina) Carga energética: (-) fosfato (clortetraciclina) - Selección de Cepas Superproductoras Resistencia a análogos Revertientes Mutasíntesis

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