Corynebacterium glutamicum: qué es, características, morfología, usos
¿Qué es Corynebacterium glutamicum?
Corynebacterium glutamicum es una bacteria en forma de bacilo, Gram positiva, anaeróbica facultativa y presente en el suelo. No forma esporas ni es patógena. Junto con el resto de las Corynebacteriaceae y las bacterias de las familias Mycobacteriaceae y Nocardiaceae, forma parte del grupo conocido como el grupo CMN.
Este grupo incluye muchas bacterias de importancia médica y veterinaria. La bacteria C. glutamicum es ampliamente usada en la industria para la producción de aminoácidos. El empleo de esta bacteria para la producción industrial data de hace más de 40 años.
La cantidad de aminoácidos producidos por estas bacterias, entre ellos el glutamato monosódico y la L-lisina, exceden actualmente las 100 toneladas al año.
Características generales de Corynebacterium glutamicum
– Es una bacteria Gram positiva no patógena.
– No produce esporas.
– Contiene catalasa.
– Descompone carbohidratos por medio de su metabolismo fermentativo.
– Es capaz de sintetizar aminoácidos como serina, glutamato y lisina.
Taxonomía
La especie C. glutamicum fue descubierta por primera vez en Japón y descrita por Kinoshita y colaboradores en 1958, bajo el nombre de Micrococcus glutamicus. Posteriormente, en 1967, Abe y colaboradores la reubicaron en el género Corynebacterium.
Las bacterias del género Corynebacterium están ubicadas taxonómicamente en el suborden Corynebacterineae. Este suborden a su vez pertenece al orden Actinomycetales, clase Actinobacteria.
El suborden Corynebacterineae incluye las familias Corynebacteriaceae, Mycobacteriaceae y Nocardiaceae denominadas como el grupo CMN. Corynebacterium pertenece a la primera de estas familias.
Morfología
La bacteria tiene forma de barra con los extremos hinchados en forma de mazo o garrote. Presenta un cromosoma y un plásmido circular. Su genoma consta de 3.314.179 nucleótidos.
La pared celular está compuesta, entre otras sustancias, de una capa de peptidoglucano, ácidos micólicos de cadena corta, ácidos meso-diaminopimélicos y polímeros de arabino-galactano.
Cultivo
Corynebacterium glutamicum utiliza una gran diversidad de sustratos, incluidos azúcares, ácidos orgánicos y alcoholes, para su crecimiento y la producción de aminoácidos.
Esta bacteria descompone los carbohidratos a través del proceso de fermentación. La producción de aminoácidos está influenciada por la fuente de carbono dada y por ciertas condiciones de suplementos, como la limitación de biotina.
Para la obtención de inóculos han sido empleados medios de cultivo de complejos de triptona (YT), de extracto de levadura y medios mínimos modificado de CGXII.
Para el cultivo, se recomiendan temperaturas de 30° C y un pH de 7,4-7,5. Las fuentes de carbono, así como las sustancias que se van a emplear para enriquecer el cultivo, van a depender de los resultados que se quieren obtener.
Por ejemplo, se ha encontrado que la glucosa, el sulfato de amonio, el sulfato de magnesio y el fosfato dipotásico, tienen una influencia significativa en la producción de succinato.
Para obtener una concentración elevada de L-lisina, el medio de cultivo debe tener glucosa, sulfato de amonio, carbonato de calcio, bactocasaminoácido, hidrocloruro de tiamina, D-biotina, dihidrogenofosfato de potasio, heptahidrato de sulfato de magnesio, heptahidrato de sulfato ferroso y tetrahidrato de cloruro de manganeso.
Patogenia
Aun cuando la mayoría de las bacterias pertenecientes a la familia Corynebacteriaceae son patógenas, algunas de ellas, incluida C. glutamicum, son inocuas. Estas últimas, conocidas como corinebacterias no diftéricas (CND), son comensales o saprófitas que pueden estar presentes en humanos, animales y el suelo.
Algunas CND, como C. glutamicum y C. feeiciens, son empleadas en la producción de aminoácidos esenciales y vitaminas.
Usos en biotecnología
El genoma de C. glutamicum es relativamente estable, crece rápidamente y no secreta proteasa extracelular. Además de ello, no es patógena, no forma esporas y tiene relativamente pocos requisitos de crecimiento.
Estas características, y el hecho de que produce enzimas y otros compuestos útiles, han permitido que esta bacteria sea denominada un “caballo de batalla” en biotecnología.
Producción de aminoácidos
El primer producto encontrado que se supo que podía ser biosintetizado por C. glutamicum fue el glutamato. El glutamato es un aminoácido no esencial presente en cerca del 90% de las sinapsis del cerebro.
Interviene en la transmisión de la información entre las neuronas del sistema nervioso central y en la formación y recuperación de la memoria.
La lisina, un aminoácido esencial para el ser humano y que forma parte de las proteínas sintetizadas por los seres vivos, también es producida por C. glutamicum.
Otros aminoácidos obtenidos de esta bacteria incluyen la treonina, la isoleucina y la serina. La treonina es empleada principalmente para prevenir la aparición del herpes.
La serina ayuda en la producción de anticuerpos y de inmunoglobulina. La isoleucina, por su parte, interviene en la síntesis de proteínas y en la producción de energía durante la práctica de ejercicios físicos.
Otros productos y aplicaciones
Pantotenato
Es la forma más activa de vitamina B5 (ácido pantoténico), como pantotenato de calcio lo emplean como suplemento en las dietas. La vitamina B5 es indispensable en la síntesis de carbohidratos, lípidos y proteínas.
Ácidos orgánicos
Entre otros, C. glutamicum produce lactato y succinato. El lactato tiene múltiples aplicaciones, tales como suavizante, regulador de la acidez de alimentos, curtido de pieles, purgante, entre otras.
El succinato, por su parte, sirve para la producción de lacas, colorantes, perfumes, aditivos alimentarios, medicamentos y para la fabricación de plásticos biodegradables.
Alcoholes
Debido a que fermenta azúcares, es capaz de producir alcoholes, como el etanol y el isobutanol. Por esta razón hay ensayos para la síntesis de etanol en cultivos de C. glutamicum a partir de desechos provenientes de la caña de azúcar.
El objetivo de estos ensayos es lograr la producción industrial de biocombustibles.
El xilitol, un polialcohol, o azúcar alcohol, es empleado como edulcorante para diabéticos, ya que no eleva los niveles de azúcar en la sangre.
Biorremediación
C. glutamicum contiene dos operones en su genoma, denominados ars1 y ars2, que son resistentes al arsénico. Existen estudios en desarrollo con la finalidad de usar eventualmente esta bacteria para absorber el arsénico del ambiente.
Plásticos biodegradables
Además de succinato, ácido orgánico producido naturalmente por la bacteria y útil para la producción de plásticos biodegradables, existe otro posible compuesto que puede ser empleado con estos fines.
Este compuesto es un poliéster denominado poli (3-hidroxibutirato) (P (3HB)). El P (3HB) no es producido naturalmente por C. glutamicum. Sin embargo, los ingenieros genéticos han adelantado estudios para crear en la bacteria, por manipulación genética, una ruta biosintética que permita producirlo.
Referencias
- S. Abe, K.-I. Takayama, S. Kinoshita (1967). Taxonomical studies on glutamic acid-producing bacteria. The Journal of General and Applied Microbiology.
- S. Wieschalka, B. Blombach, M. Bott, B.J. Eikmanns (2012). Bio-based production of organic acids with Corynebacterium glutamicum. Biotechnology.
- Corynebacterium glutamicum. En Wikipedia. Recuperado el 25 de septiembre de 2018 de en.wikipedia.org.
- Corynebacterium glutamicum. En Microbe Wiki. Recuperado el 25 de septiembre de 2018 de microbewiki.kenyon.edu.