氨基酸发酵微生物的优化策略及应用

氨基酸发酵微生物（microorganisms of aminoacid fermentation）发酵生产氨基酸的微生物。1950年发现了大肠杆菌能分泌少量的丙氨酸、谷氨酸、天冬氨酸和苯丙氨酸，以及加入过量的铵盐可增加氨基酸积累量的现象。1957年，日本的木下祝郎等采用谷氨酸棒状杆菌进行L—谷氨酸发酵取得成功。不久，利用该菌的突变株又发酵生产了L—赖氨酸、L—鸟氨酸和L—缬氨酸等。中国于1958年开始研究L—谷氨酸，随后分别报道了酮戊二酸短杆菌2990—6的L—谷氨酸发酵及其代谢的研究结果。1965年把北京棒状杆菌ASI 299和钝齿棒状杆菌ASI 542先后应用于L—谷氨酸发酵的工业生产，接着在选育其他氨基酸的优良菌株方面也取得一定成果，逐渐形成了中国的氨基酸发酵工业。

近20种氨基酸均可用微生物发酵法生产。但是，微生物的细胞具有代谢自动调节系统，使氨基酸不能过量积累。如果要在培养基中大量积累氨基酸，就必须解除或突破微生物的代谢调节机制。氨基酸发酵就是人为控制这种机制所取得的重大成果。从自然界中分离筛选野生菌株，控制其胞膜通透性，使之有利于分泌大量L—谷氨酸，这也是获得L—谷氨酸发酵微生物优良菌株的重要途径。其次通过对产L—谷氨酸菌株的人工诱变，选育产氨基酸的各种突变株，是获得其他氨基酸发酵微生物优良菌株的有效方法。

L—谷氨酸发酵微生物的优良菌株多在棒状杆菌属、微杆菌属、节杆菌属和短杆菌属中。具有下述共同特性：①细胞形态为短杆至棒状；②无鞭毛，不运动；③不形成芽孢；④革兰氏阳性；⑤要求生物素（利用石蜡为碳源的要求硫胺素）；⑥在通气培养条件下产生大量L—谷氨酸。此外，其他细菌、放线菌和真菌中的一些属种也有产L—谷氨酸的菌株，但产酸率较低。(www.xing528.com)

生产其他氨基酸的微生物，主要是对上述产L—谷氨酸的优良菌株进行人工诱变后选育出的各种突变株：①营养缺陷型突变株。利用营养缺陷型突变株发酵生产氨基酸的关键是限制某种反馈抑制物或阻遏物的量，以解除代谢调节机制而有利于代谢中间体或最终产物的过量积累。因此，不同氨基酸缺陷型生长在含有限量的所要求氨基酸的培养基中，往往能产生和积累大量某种氨基酸。例如，L—赖氨酸的生产菌株多采用高丝氨酸缺陷型突变株，而精氨酸缺陷型突变株往往产生鸟氨酸或瓜氨酸等；②调节突变株。采用调节突变株发酵生产氨基酸是成功的工艺之一，因为这类突变株一旦对氨基酸结构类似物具备了抗性之后，其正常代谢调节机制即被解除，因而能够积累大量的相应的氨基酸；③营养缺陷型与抗反馈调节多重突变株。采用这类多重突变株对提高某些氨基酸的发酵产率有明显的效果。例如，生产L—精氨酸、L—色氨酸、L—苯丙氨酸、L—酪氨酸、L—白氨酸和L—苏氨酸等就常采用多重突变株。

此外，还可利用添加前体物和酶转化法生产氨基酸。特别是遗传工程技术的应用，在获得或改造氨基酸发酵微生物高产菌株方面，有了可喜的进展。