Патент на изобретение №2303062

Published by on




РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ



ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА
ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ,
ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ
(19) RU (11) 2303062 (13) C1
(51) МПК

C12N1/20 (2006.01)
C12N9/14 (2006.01)

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ

Статус: по данным на 29.11.2010 – прекратил действие, но может быть восстановлен

(21), (22) Заявка: 2006135867/13, 11.10.2006

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:

11.10.2006

(46) Опубликовано: 20.07.2007

(56) Список документов, цитированных в отчете о
поиске:
SU 1738852 A1, 07.06.1992. JP 60203183, 14.10.1985. JP 07107971, 25.04.1995. JP 09191876, 29.07.1997.

Адрес для переписки:

125080, Москва, Волоколамское ш., 11, ГОУВПО “Московский государственный университет пищевых производств” МО РФ, отдел интеллектуальной собственности

(72) Автор(ы):

Иванова Людмила Афанасьевна (RU),
Комбарова Светлана Петровна (RU),
Строева Светлана Сергеевна (RU),
Кузнецова Оксана Владимировна (RU),
Усанов Николай Глебович (RU),
Варламов Валерий Петрович (RU)

(73) Патентообладатель(и):

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования “Московский государственный университет пищевых производств” Министерства образования Российской Федерации (RU)

(54) ШТАММ БАКТЕРИЙ PAENIBACILLUS MACERANS – ПРОДУЦЕНТ АЛЬФА-ЦИКЛОДЕКСТРИНГЛЮКАНОТРАНСФЕРАЗЫ

(57) Реферат:

Штамм бактерий Paenibacillus macerans ВКПМ В-9481 обеспечивает синтез внеклеточной альфа-циклодекстринглюканотрансферазы, образующей альфа-циклодекстрин. Активность альфа-ЦГТ-азы в культуральной жидкости составляет 43,5 ед/см. За единицу активности принимают количество ЦГТ-азы, катализирующее образование 1 мкМ альфа-циклодекстрина в течение 1 мин из 3% раствора крахмала при рН 6,0 и температуре 40°С. Доля альфа-циклодекстрина в сумме других циклических продуктов составляет 74,7%. 3 табл.

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к технической микробиологии, биотехнологии, а именно к получению нового штамма-продуцента циклодекстринглюканотрансферазы (альфа-1,4-глюкан-4-гликозилтрансфераза циклизующая, КФ 2.4.1.19; ЦГТ-аза).

Циклодекстринглюканотрансфераза – фермент микробного происхождения, при воздействии которого на крахмал и аналогичные субстраты образуются циклические нередуцирующие декстрины различных размеров (Абелян В.А. Циклодекстрины: Получение и применение. Изд. Дом “Ван-Арьян”, Ереван, 2001, 519 с.). В зависимости от количества альфа-D-глюкопиранозных остатков (6, 7 и 8) циклодекстрины обозначаются соответственно как альфа-, бета- и гамма- циклодекстрины (ЦД). Именно эти циклодекстрины получили широкое практические применение прежде всего в пищевой промышленности, а также в фармакологии, медицине и других отраслях. Вследствие уникального строения (гидрофильная внешняя поверхность и гидрофобная сквозная внутримолекулярная полость) они способны образовывать комплексы включения с различными органическими и неорганическими соединениями, кардинально изменяя при этом их физико-химические свойства. Нерастворимые субстанции становятся растворимыми, обладающие горьким вкусом – безвкусными, пахучие – лишенными запаха, летучие – нелетучими, нестабильные – стабильными. В пищевой промышленности наиболее востребован альфа-циклодекстрин, который применяется для введения в рецептуры пищевых продуктов витаминов и ароматических веществ, повышая их растворимость в воде.

Основными критериями, определяющими эффективность продуцентов альфа-ЦГТ-аз, являются продуктивность (активность) ЦГТ-азы и селективность фермента в отношении синтеза альфа-циклодекстрина.

Наиболее близким аналогом по совокупности существенных признаков и достигаемому результату является штамм Bacillus stearothermophilus, секретирующий ЦГТ-азу, которая преимущественно образует альфа-циклодекстрин. Недостатком этого штамма является то, что он обладает невысокой продуктивностью (активностью) по ЦГТ-азе (SU 1814313 А1, кл. С12P 19/18, 1989). Другим недостатком альфа-ЦГТ-азы штамма Bacillus stearothermophilus является то, что доля альфа-циклодекстрина в сумме других циклических олигосахаридов недостаточно высока.

Задачей, на решение которой было направлено заявляемое изобретение, являлся поиск природного штамма, обеспечивающего синтез внеклеточной альфа-ЦГТ-азы, обладающей высокой активностью, преимущественно образующей альфа-циклодекстрин.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в обнаружении культуры микроорганизмов, обладающей способностью к образованию ЦГТ-азы, пригодной для синтеза альфа-циклодекстрина и катализирующей реакцию трансформации крахмала до получения конверсионной смеси с преимущественным содержанием доли альфа-циклодекстрина.

Сущность объекта изобретения – штамм Paenibacillus macerans 1АМБ.

Предлагаемый штамм Paenibacillus macerans 1АМБ депонирован во Всероссийской коллекции микроорганизмов под номером ВКПМ В-9481, продуцирует ЦГТ-азу с высокой активностью, преимущественно образующую альфа-циклодекстрин. Штамм является галофильным, так как растет на средах, содержащих 15% NaCl, тогда как рост большинства известных бактерий останавливается при концентрации 7% и ниже. Это уникальное свойство значительно облегчает поддержание чистоты культуры.

Штамм выделен из образца почвы, отобранного в Волгоградской обл. путем накопительной культуры на элективной питательной среде, содержавшей минеральные буферные компоненты и альфа-циклодекстрин в качестве единственного источника углерода и энергии.

Культурально-морфологические особенности штамма. Единичные палочки шириной 0,2-0,3 мкм, длиной 3-5 мкм. Окраска по Грамму – вариабельна. Через 24 ч инкубации при 37°С образуют эндоспоры (спорообразование терминальное и субтерминальное; споры расширяют материнскую клетку булавовидно). Клетки подвижные. Штамм при росте на среде состава “А” (состав среды указан в таблице 2) через 24 часа при 37°С образует единичные колонии круглые с фестончатым краем. Диаметр колоний 1-4 мм. Поверхность гладкая, слегка бугристая к краям. Полупрозрачная, блестящая мучнистая структура. Цвет колоний: молочно-серый, молочно-желтый, иногда с легким розоватым оттенком. Профиль колоний: изогнутый. Структура колоний: однородная. Край колоний: волнистый.

При росте на МПА через 24 часа при 37°С штамм образует единичные колонии с волнистыми краями, диаметром 3-5 мм. Цвет: молочно-желтый. Поверхность: гладкая, матовая.

При росте на тиогликолевой среде через 24 часа при 37°С штамм образует однородную равномерно заполненную поверхность без отдельных колоний. Цвет: светлый молочно-желтый. Поверхность: гладкая, матовая.

Штамм при росте на картофельном агаре через 24 часа при 37°С образует единичные плотно сгруппированные колонии. Цвет: молочно-желтый. Поверхность: гладкая.

При росте на ГРМ через 24 часа при 37°С образует единичные колонии диаметром 4-7 мм. Цвет: молочно-желтый. Поверхность: гладкая, слизеобразная.

При посеве на срез картофеля через 36 часов при 37°С наблюдаются обильный разрастающийся рост культуры, образование пленки, цвет молочно-желтый, поверхность пленки гладкая, слизистая, непрозрачная.

Условия роста. Температура: +5 – +50°С (оптимальное значение: +30 – +40°С), рН 3,3-9,9 (оптимальное значение 6,0-8,0).

Физиолого-биохимические признаки продуцента. Реакция Фогес-Проскауэра отрицательная, каталазная активность положительная, микроорганизм является аэробом (анаэробный рост отсутствует). Штамм образует кислоту при росте на углеводах и сахаро-спиртах (глюкоза, манит, сахароза, мальтоза, лактоза). Газ из вышеприведенных углеводов и спирта не образует. Гидролизует крахмал, слабо гидролизует желатин и казеин. Индол не образует, нитраты восстанавливает до нитритов. Микроорганизм является прототрофным, не требует внесения в среду готовых витаминов или других факторов роста. Отношение к источникам азота: хорошо растет на различных органических и неорганических азотосодержащих соединениях. Оксидазной активностью не обладает. Отношение к концентрации хлористого натрия: наблюдается рост в питательном бульоне, содержащим до 15% NaCl (данные по определению устойчивости продуцента к высоким концентрациям солей приведены в таблице 1).

Таблица 1
Концентрация NaCl, % Наличие роста и его интенсивность (24 ч)
5 Хороший рост, густой штрих, по краям наличие отдельных колоний
10 Хороший четкий рост, наличие отдельных колоний к концу штриха
15 Слабый рост, большое количество отдельных колоний
20 Нет роста

Штамм Paenibacillus macerans 1АМБ (ВКПМ В-9481) продуцирует на жидких средах циклодекстринглюканотрансферазу, преимущественно образующую альфа-циклодекстрин, который может быть использован в пищевой промышленности, а также в фармакологии, сельском хозяйстве и медицине.

На основании изучения совокупности морфологических, биохимических и филогенетических характеристик описываемой культуры новый штамм, продуцирующий альфа-ЦГТ-азу, был идентифицирован как Paenibacillus macerans 1АМБ.

Условия и состав сред для длительного хранения штамма. Штамм хранят следующим образом: 1. Периодически выращиваемая культура инкубируется на картофельно-глюкозном агаре (рН 7,0) при температуре 37°С в течение 36 часов, хранится на этой же среде при 4°-6°С в течение 6 месяцев. 2. В стерильной почве. Срок хранения 12 месяцев. В данных условиях хранения штамм сохраняет до 70-80% жизнеспособности. ЦГТ-азная активность проявляется сразу после первого пересева на оптимальной среде.

Для роста культуры и биосинтеза альфа-ЦГТ-азы источником углерода могут служить крахмал, декстрины, зерновые и бобовые культуры, картофель. Источниками азота могут служить пептон, дрожжевой экстракт, кукурузный экстракт, дрожжевые клетки, аммонийный азот. В качестве минеральных добавок может использоваться одно- и двузамещенный фосфат калия, одно- и двузамещенный фосфат аммония, сода, карбонат кальция.

Культивирование штамма осуществляют в аэробных условиях в ферментере или колбах при температуре 37-40°С в течение 56-64 часов, рН среды 7-7,5. В процессе культивирования осуществляется контроль за активностью альфа-ЦГТ-азы в культуральной жидкости.

Возможность использования изобретения иллюстрируется примерами, которые не ограничивают объем и сущность притязаний, связанных с ними.

Пример 1. Инокулят штамма Paenibacillus macerans 1АМБ (ВКПМ В-9481), выращенный в пробирках на скошенных агаризованных средах состава “А” (состав среды приведен в таблице 2) в течение 28-30 часов при 38-40°С, смывают стерильной водой из расчета 10 см3 воды на одну пробирку и вносят в колбы Эрленмейера объемом 250 см3, содержащие по 50 см3 стерильных сред состава “Б” для получения посевного материала.

Таблица 2
Компоненты Содержание компонентов, % в средах
“А” “Б” “В”
крахмал 1,0 1,0 1,0
белый кукурузный декстрин 0,5 0,5
пептон 0,3 0,3 0,3
дрожжевой экстракт 0,5 0,5 0,5
MnCl2 0,003
(NH4)2HPO4 0,2 0,2 0,2
СаСО3 0,5 0,5
агар 2,0

Соотношение инокулята и питательной среды 1:5, культивирование осуществляется на качалках со скоростью встряхивания 220 об/мин в течение 30-32 часов, температура выращивания 38-40°С. Полученный таким образом посевной материал используют для засева лабораторного ферментера общим объемом 20 дм3 (рабочий объем 16 дм3) на питательной среде состава “В”. Ферментацию проводят при следующих условиях: температура культивирования 38-40°С, количество посевного материала – 5%, степень аэрации 1 объем воздуха на 1 объем среды в минуту, перемешивание 250 об/мин, длительность культивирования 56-64 часа. Через каждые 8 ч культивирования отбирают пробу культуральной жидкости и измеряют активность альфа-ЦГТ-азы по методу Мякеля-Лааксо (J Agric. Food Chem. 1988 / Vol.36 pp 83-88 Nonchromatographic cyclodextrin assays: evaluation of sensitivity, specificity, and conversion mixture applications. Mauri J. Makela, Timo K. Korpela, Juhani Puisto, and Simo V. Laakso).

За единицу активности принимают количество ЦГТ-азы, катализирующее образование 1 мкМ альфа-циклодекстрина в течение 1 мин из 3% раствора крахмала при рН 6.0 и температуре 40°С.

Динамика накопления ЦГТ-азы в культуральной жидкости Paenibacillus macerans 1АМБ (ВКПМ В-9481)приведена в таблице 3.

Таблица 3
Длительность культивирования, ч 8 16 24 32 40 48 56 64
Активность альфа-ЦГТ-азы, ед/см3 5,0-6,0 9,0-10,0 17,5-18,5 25,5-26,5 36,5-37,5 42,5-43,5 40,0-41,0

Максимальная активность альфа-ЦГТ-азы Paenibacillus macerans 1АМБ (ВКПМ В-9481) наблюдается в культуральной жидкости к 56 часу роста и составляет величину 43,0±0,5 ед/см3.

Пример 2. Специфичность ЦГТ-азы определяют по продуктам реакции этого фермента с крахмалом. Анализ продуктов ферментативной конверсии крахмалов проводят методом высокоэффективной жидкостной хроматографии. Условия реакции: 2 см3 3% раствора крахмала в 0,01 М Na-ацетатном буфере (рН 6,2) смешивают с 1 см3 раствора фермента, смесь помещают в термостат на 30 минут при температуре 40°С. Реакцию останавливают добавлением к смеси ацетонитрила в соотношении 1:1. Реакционную смесь центрифугируют в течение 2 мин при 10000 оборотах, для определения используют супернатант. Условия хроматографирования: колонка для разделения продуктов реакции МН2-диасфер, размер 4,6×250 мм, скорость подачи элюента 0,8 см3/мин, элюент 60% водный ацетонитрил. Соотношение продуктов конверсии крахмала с ЦГТ-азой штамма Paenibacillus macerans 1АМБ (ВКПМ В-9481) составляет, %: альфа-циклодекстрин 74,7; бета-циклодекстрин 10,4; гамма-циклодекстрин 14,9. В качестве раствора фермента используется культуральная жидкость выращенного на среде «В» штамма Paenibacillus macerans 1АМБ (ВКПМ В-9481), разведенная в 10 раз 0,01 М Na-ацетатным буфером (рН 6,2).

Таким образом, галофильный штамм Paenibacillus macerans 1АМБ (ВКПМ В-9481) обладает более высокой продуктивностью по ЦГТ-азе, чем известные штаммы, а также продуцирует ЦГТ-азу, образующую преимущественно альфа-циклодекстрин, который имеет наибольшее применение в фармакологии, медицине, пищевой промышленности и других областях.

Формула изобретения

Штамм бактерий Paenibacillus macerans ВКПМ В-9481 – продуцент альфа-циклодекстринглюканотрансферазы.


MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 12.10.2008

Извещение опубликовано: 27.05.2010 БИ: 15/2010


Categories: BD_2303000-2303999