Биологическая характеристика бактериальных штаммов-активных продуцентов нитрилгидролизующих ферментов

Козлов, Сергей Васильевич

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Биологическая характеристика бактериальных штаммов-активных продуцентов нитрилгидролизующих ферментов
ВАК РФ 03.00.07, Микробиология

Автореферат диссертации по теме "Биологическая характеристика бактериальных штаммов-активных продуцентов нитрилгидролизующих ферментов"

На правах рукопю

□ОЗОБ85ЭЗ

КОЗЛОВ Сергей Васильевич

БИОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА БАКТЕРИАЛЬНЫХ ШТАММОВ-АКТИВНЫХ ПРОДУЦЕНТОВ НИТРИЛГИДРОЛИЗУЮЩИХ ФЕРМЕНТОВ

03.00.07 Микробиология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Пермь - 2007

003068593

Работа выполнена в лаборатории химического мутагенеза Института экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН, Пермь

Научный руководитель:

доктор медицинских наук, профессор Демаков Виталий Алексеевич

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук доктор медицинских наук

Октябрьский Олег Николаевич Несчисляев Валерий Александрович

Ведущая организация: Государственный научно-исследовательский институт генетики и селекции промышленных микроорганизмов, Москва

Диссертационного совета Д 004.019.01 в Институте экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН по адресу: 614081, г. Пермь, ул. Голева, 13. Факс: (342) 244 67 11.

Автореферат диссертации размещен на сайте Института экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН (http://www.iegm.ru).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН.

Автореферат разослан "^О " 2007 г.

Ученый секретарь ди

Защита состоится " //" 2007 г. в

»»

часов на заседании

чл.-корр. РАН

Ившина Ирина Борисовна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В последние годы значительно возрос интерес к микроорганизмам, трансформирующим нитрилы карбоновых кислот, что обусловлено успешным опытом их использования в производстве акриламида, а также возможностью применения в качестве биокатализаторов для получения других полезных химических продуктов, в частности, акриловой кислоты. Акриловая кислота является сырьем для получения полимеров и сополимеров различного назначения, широко применяемых во всех сферах народного хозяйства. Объединение акриловых мономеров позволяет синтезировать заданные составы латексов и растворных сополимеров, пластических масс сополимера этилена и сшитых полимерных систем. Основной промышленный способ получения акриловой кислоты - окисление пропилена на многокомпонентных катализаторах. Данный процесс отличается высокой энергоемкостью, многостадийностью и образованием значительных количеств высокотоксичных побочных продуктов, требует существенных затрат на очистку промышленных стоков и газообразных выбросов.

Применение биотехнологии для производства акриловой кислоты обладает явными преимуществами. В данном случае процесс осуществляется в одну стадию, при невысоких температурах, нормальном давлении, нейтральном значении рН, не требует использования дорогостоящих и агрессивных реагентов. Биоконверсия нитрилов может осуществляться посредством альтернативных ферментных систем: (1) нитрилазой, гидролизующей нитрил до соответствующей карбоновой кислоты и аммония; (2) последовательно нитрилгидратазой - до амида и амидазой - до кислоты и аммония. В настоящее время нитрилтрансформирующие ферменты обнаружены у бактериальных штаммов различной таксономической принадлежности.

Известны первые опыты использования бактериальных клеток, обладающих высокой нитрилазной активностью, в биотехнологическом производстве акрилата аммония, осуществляемом на предприятии ЗАО «Москва-Штокгаузен-Пермь» (Полтавская и др., 2004). При этом следует отметить, что биокаталитический способ получения карбоновых кислот пока не может конкурировать по масштабам с химическим синтезом, как в случае с биотехнологическим производством акриламида. Известные бактериальные ферменты, трансформирующие нитрилы до карбоновых кислот, обладают низкой стабильностью или невысокой каталитической активностью. До сих пор недостаточно изучены механизмы устойчивости бактерий к нитрилам, не выявлено биологическое значение способности бактериальных клеток к

утилизации нитрилов. В связи с этим вопросы выделения, селекции и изучения бактериальных штаммов-биопродуцентов высокоактивных устойчивых нитрилконвертирующих ферментов остаются актуальными.

Цель настоящего исследования - выделение и характеристика бактериальных штаммов-биопродуцентов нитрилтрансформирующих ферментов и оценка возможности их использования для получения акриловой кислоты.

Основные задачи исследования

1. Выделить чистые культуры бактерий, активно гидролизующие нитрилы в соответствующие карбоновые кислоты, и идентифицировать их с использованием методов полифазной таксономии.

2. Определить пути метаболизма нитрилов у изучаемых штаммов и идентифицировать гены нитрилгидролизующих ферментов.

3. Исследовать влияние факторов среды на активность нитрилгидролизующих ферментов и подобрать оптимальные условия культивирования биопродуцентов.

4. Оценить возможность использования активных биопродуцентов нитрилгидролизующих ферментов для получения акриловой кислоты.

Научная новизна. Выделены чистые культуры бактерий, обладающие высокой активностью нитрилгидролизующих ферментов, и идентифицированы на основании физиолого-биохимических, хемо- и генотаксономических характеристик как представители Pseudomonas fluorescens, Rhodococcus erythropolis. Установлено отсутствие факторов патогенности у штамма Р. fluorescens С2, обладающего высокой нитрилазной активностью. С помощью разработанных праймеров к генам, кодирующим нитрилазные ферменты, у Р. fluorescens С2 подтверждено наличие нитрилазной активности. Показано, что нитрилаза штамма Р. fluorescens С2 характеризуется широким диапазоном термо-и pH-устойчивости. Данный фермент катализирует гидролиз алифатических и ароматических нитрилов. При этом для экспрессии нитрилазы не требуется добавление индуктора в ростовую среду. Обнаружено, что штамм R. erythropolis РЗ характеризуется высокой активностью нитрилгидратазно-амидазного ферментного комплекса и трансформирует акрилонитрил в акриловую кислоту без накопления промежуточного амида.

штаммов для разработки эффективных биокатализаторов биотехнологического процесса получения акриловой кислоты.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Выделены и идентифицированы штаммы бактерий, обладающие высокой активностью нитрилгидролизующих ферментов и трансформирующие алифатические и ароматические нитрилы в соответствующие карбоновые кислоты.

2. Нитрилаза штамма Р. fluorescens С2 характеризуется широким диапазоном температурной и рН-устойчивости и высокой стабильностью при хранении.

3. Штаммы R. erythropolis гидролизуют нитрилы по нитрилгидратазно-амидазному пути метаболизма. Наиболее высокая амидазная активность выявлена у штамма R. erythropolis РЗ, трансформирующего акрилонитрил в акриловую кислоту без накопления промежуточного амида.

4. Наиболее перспективным для получения эффективного биокатализатора синтеза акриловой кислоты штамм Р. fluorescens С2, обладающий нитрилазной активностью.

Апробация работы н публикации. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на Региональной конференции «Проблемы химии и экологии», Пермь, 2000; Всероссийской конференции «Экология: проблемы и пути решения», Пермь, 2001, 2002; Международном семинаре "Научно-технический потенциал Западного Урала в конверсии военно-промышленного комплекса" Пермь, 2001; Межрегиональной конференции молодых ученых «Современные проблемы экологии, микробиологии и иммунологии», Пермь, 2002; VI-VIII Пущинской школе-конференции «Биология - наука 21-го века», 2002-2004; II и III Международных конгрессах «Биотехнология: перспективы и пути развития», Москва, 2003, 2005. По теме диссертации опубликовано 14 научных работ и получен патент на изобретение Российской Федерации.

Объем и структура диссертации. Работа изложена на 147 страницах машинописного текста, содержит 35 рисунков и 27 таблиц, состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов, трех глав результатов собственных исследований, заключения, выводов, списка литературы. Список литературы включает 239 наименований работ, в том числе 24 отечественных и 215 зарубежных авторов.

«Биохимические и генетические системы трансформации органических соединений у бактерий, перспективных для биотехнологий» (номер госрегистрации 0120.0 406511), а также в рамках Программы фундаментальных исследований Президиума РАН «Научные основы сохранения биоразнообразия России» и Программы ОБН РАН «Фундаментальные основы управления биологическими ресурсами». Исследования поддержаны грантом РФФИ № 02-0496411.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Выделение штаммов-биопродуцентов нитрилгидролизующих ферментов, условия их культивирования. Для выделения бактериальных культур, обладающих способностью конвертировать акрилонитрил в акриловую кислоту, использовали образцы почвы, загрязненной акрилонитрилом и отобранной на территории ФГУП «Пермский завод имени С.М. Кирова» и ОАО «Бератон» (Березники, Пермский край). Штаммы выделяли методами накопительной культуры и прямого высева на минеральную среду N следующего состава (г/л): КН2Р04 - 1,0; К2НР04*ЗН20 - 1,6; ЫаС1 - 0,5; Г^804х7Н20 - 0,5; СаС12 - 0,005; СоС12х6Н20 - 0,01; Ре804х7Н20 - 0,005; рН 7,2 ± 0,2) с добавлением ацетонитрила, акрилонитрила или изобутиронитрила в качестве единственных источников углерода и азота. Для получения штаммов с нитрилазной активностью в качестве селективного агента дополнительно применяли хлорацетамид в концентрации 10 мМ. В дальнейшем при выращивании чистых культур в зависимости от целей экспериментов в качестве источника углерода использовали глюкозу в концентрации 0,1% или другие углеродсодержащие соединения; а в качестве источника азота - 1Ш4С1 в концентрации 10 мМ или другие источники.

Методы таксономического анализа. При идентификации выделенных штаммов использовали Определитель Берги (1997), а также диагностические таблицы и ключи, предложенные О.А. Нестеренко с соавт. (1985) и И.Б. Ившиной с соавт. (1995). Генетический анализ исследуемых штаммов проводили с помощью полимеразной цепной реакции (ПЦР).

Определение патогенности выделенных культур псевдомонад. В работе использовали штамм Р. Аиогеэсет С2, обладающий наиболее высокой нитрилазной активностью. Эксперименты проводили на лабораторных животных с оценкой следующих факторов патогенности: наличие гемолитической активности, вирулентности, инвазивности в соответствии с требованиями Методических указаний МЗ РФ МУ 2.3.2.1830-04 на базе Регионального токсико-

гигиенического центра Управления Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека в Пермском крае.

Определение активности ферментов метаболизма нитрилов карбоновых кислот. Трансформацию нитрилов проводили с использованием биомассы исследуемых штаммов, ультразвуковых гомогенатов и/или бесклеточных препаратов в 1 мл 10 мМ калий-натрий фосфатного буфера, pH 7,2 при начальной концентрации нитрила 2%; реакцию останавливали добавлением 5 мкл концентрированной HCl и центрифугировали 5 мин при 12 000 об./мин. Для количественной оценки субстратов и продуктов метаболизма алифатических нитрилов в супернатанте использовали газовый хроматограф «Chrom 5»; анализ ароматических нитрилов и продуктов их трансформации проводили с помощью жидкостного хроматографа высокого разрешения «Shimadzu-ААбЗОО».

Бесклеточный препарат получали путем обработки клеток бактерий ультразвуком на дезинтеграторе УЗДН-4 (22 кГц, 10 мкА, обязательное охлаждение). Супернатант использовали для оценки субстратной специфичности, влияния температуры, pH реакционной среды и ингибиторов на активность ферментов метаболизма нитрилов. За единицу активности фермента (нитрилазы, нитрилгидратазы, амидазы) принимали количество фермента, катализирующее образование 1 мкмоль продукта (кислоты или амида) в единицу (1 мин) времени. Удельная активность фермента выражалась числом единиц активности, приходящихся на 1 мг сухой массы клеток.

Выделение ДНК. Препараты хромосомной ДНК бактерий получали фенольным методом (Гловер и др., 1988). Плазмидную ДНК выделяли щелочным методом Бирнбойма и Доли (Маниатис и др., 1984). Для элиминации плазмид бактериальные клетки культивировали в течение 48 ч на среде LB с добавлением митомицина С или бромистого этидия. Анализ ДНК проводили методом электрофореза в горизонтальном агарозном геле (Маниатис и др., 1984).

Полимеразная цепная реакция. Реакционная смесь для амплификации ДНК содержала ПЦР-буфер, смесь дезоксинуклеотидфосфатов в концентрации 200 мкМ, праймеры в концентрации 5 мМ и 2,5 ЕД Га^-полимеразы. Праймерные олигонуклеотиды конструировали на основе анализа нуклеотидных последовательностей генов нитрилаз известных бактериальных штаммов-продуцентов, генов амидаз, железо- и кобальт-зависимых нитрилгидратаз, приведенных в базе данных GenBank. Электрофоретическое разделение продуктов реакции проводили в агарозном геле. Для оценки молекулярной массы фрагментов ДНК использовали молекулярные маркеры 1 kb и 100 Ь.

Визуализацию полос осуществляли окрашиванием геля бромистым этидием с помощью системы гель-документации BioDocAnalyze (Biometra, Германия).

Статистическая обработка. Все эксперименты проводили в трехкратной повторности. При статистической обработке определяли среднее арифметическое, стандартное отклонение, доверительные интервалы Достоверность различий определяли с использованием критерия Стьюдента и непараметрического критерия Уилкоксона-Манна-Уитни (U). Анализ результатов проводили с помощью программ MS Excel и Statistica 5.0.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Получение бактериальных изолятов. С целью поиска и изучения микроорганизмов, способных трансформировать нитрилы, было проанализировано 28 образцов почвы, загрязненных акрилонитрилом. В результате получено 48 изолятов, активно осуществляющих трансформацию ацетонитрила. Для детального изучения были отобраны 3 культуры микроорганизмов, обладающие наибольшей нитрилконвертирующей активностью (С2, Pia и РЗ). Культура, условно обозначенная лабораторным шифром С2, проявляла выраженную активность в отношении акрилонитрила и в результате проведенных реакций трансформации в среде обнаруживался акрилат аммония в качестве единственного продукта. Полученные данные позволили предположить наличие нитрилазного пути метаболизма нитрилов у данного изолята. Штаммы бактерий Pia и РЗ в процессе конверсии нитрилов кроме кислоты образовывали амид, а также проявляли выраженную амидазную активность. Это позволило предположить наличие у данных двух штаммов нитрилгидратазно-амидазного пути метаболизма нитрилов.

Идентификация бактерий, трансформирующих нитрилы карбоновых кислот. Штаммы, обладающие наибольшей нитрилгидролизующей активностью, по совокупности фенотипических и хемотаксономических признаков, а также результатам ПЦР отнесены нами к P.fluorescens (штамм С2) и R. erythropolis (штаммы Pia и РЗ). На рис. 1 и 2 представлены данные амплификации специфичных праймеров к генам 16S рРНК на матрице геномной ДНК исследуемых бактериальных культур.

Рис. 1. Продукты амплификации с Рис, 2. Продукты амплификации родоспецифичными пранмерамн к с нраймерамн к генам 1 öS рРНК генам 16S рРНК Pseudomonas. R. erythropoiis.

Определение биологической безопасности штамма Р.ßuorescens С2. Установлено отсутствие факторов патогенности (гемолитической активности, вирулентности, и; таз нв л ости), что свидетельствует об апатогенности штамма Р.ßuorescens С2 в отношении лабораторные животных,

Амплификация генов нитрил конвсртируюш их ферментов, В образцах геномной ДНК Р. ßuorescens С2 с помощью ПЦР обнаружен фрагмент, соответствующий по размеру (1100 п.н.) гену нитрил азы Acidovorax facilis 72W (Chauhan et al., 2003) (рис. 4). Анализ нуклеотидной последовательности позволил установить высокую (93,3%) степень гомологии центральной части полученного фрагмента и гена нитрнлазы А. facilis 72W. На матрице ДНК из R, erythropoiis Pia и R, erythropoiisРЗ с праймерами, комплементарными консервативным участкам генов нитрилгидратаз, были амплифицированы фрагменты ДНК размером 180 п.н. (рис. 4), соответствующие внутренним последовательностям генов железосодержащих нитрилгидратаз, а также участки, по размеру соответствующие генам а- и ß-субъели ниц железозависимой нитрил гидр атазы.

Таким образом, показано, что геномная ДНК Р.ßuorescens С2 содержит ген нитрилазЫ, а геномы R. erythropoiis Pia и R. erythropoiis РЗ - гены нитрилгидратаз.

Рис, 3. Фрагменты ДНК, Рис. 4. Фрагменты ДНК,

соответствующие гену нитрил азы соответствующие консервативному штамма А,/асШй 72\У. участку гена ннтрилгилратазы.

Зависимость нитрнлазной активности клеток от фазы роста культуры.

Как видно из рис.5, оптическая плотность культуры Р. Аиогеьсет С2 достигает максимальных значений через 48 ч и сохраняется в течение 4 сут. На протяжении экспоненциальной фазы роста активность нитрилазы увеличивается пропорционально плотности культуры. Максимальное (8,(НО.4 Кд) значение достигается через 96 ч в стационарной фазе. Высокий уровень йитрилазной активности сохраняется до 6 сут с момента инокуляции среды.

О 50 100 150

Время, 'I

Рис. 5 Рост и нитрнлазная активность клеток P. fluorescens С2.

1 - оптическая плотность; 2 - относительная активность.

Рост клеток Я. егуЖгороШ Р1а, обладающих нитрилгидратазно-амидазной системой метаболизма нитрилов, достигает максимальной оптической плотности через 48 ч (рис. 6). Активность нитрилгидратазы достигает максимума (21,0±1,05 Ед) к концу логарифмической фазы и резко снижается в начале стационарной фазы роста исследуемой культуры. При этом амидазная активность возрастает на протяжении всей экспоненциальной фазы и достигает максимума (4,2±0,2 Ед) в начале стационарной фазы роста Д. егу^гороШ Р1а. Как видно из рис. 7, рост культуры Д. егуХкгороГи РЗ достигает максимальной плотности также через 48 ч культивирования, но в отличие от предыдущего штамма характеризуется наличием выраженной лаг-фазы. При этом максимум нитрилгидратазной активности клеток Л. егуЛгороШ РЗ регистрируется в начале экспоненциальной фазы и составляет 26,0±1,3 Ед. К концу логарифмической фазы роста данной культуры наблюдается постепенное уменьшение активности нитрилгидратазы. При этом амидазная активность увеличивается на протяжении логарифмической фазы и достигает максимума (10,1±0,51 Ед) к началу стационарной фазы роста Я. егуЛгороНь РЗ.

Рис. 6. Рост и Рис. 7. Рост и

нитрилгидролизующая активность нитрилгидролизующая активность клеток R. erythropolis Pia. клеток R. erythropolis РЗ.

1 - оптическая плотность; 2 - относительная нитрилгидратазная активность; 3 - относительная амидазная активность.

Оценка токсичности нитрилов. В табл. 1 представлены результаты исследований по оценке токсичности используемых в экспериментах нитрилов. По нашим данным, все исследуемые штаммы устойчивы к высоким концентрациям насыщенных алифатических нитрилов - ацетонитрила, пропионитрила и бутиронитрила. Наибольшее ингибирующее действие на рост

исследуемых культур оказывают акрилонитрил, бензонитрил, малонодинитрил, лактонитрил и цианопиридины. Установлена прямая зависимость между токсическими свойствами гидроксилированных нитрилов (на примере пропионитрила) от положения гидроксильной группы: 3-гидроксипропионитрил не вызывает существенного угнетающего действия на клетки, а 2-_гидроксипропионитрил (лактонитрил) оказывает выраженный токсический эффект. Таким образом, незамещенные алифатические нитрилы проявляют меньший ингибирующий эффект на рост бактерий, чем дшштрилы и ароматические нитрилы.

Таблица 1.

Минимальные ингибирующие концентрации нитрилов

Нитрил МИК (% действующего вещества)

Р.Аиогезсет С2 А егуЛгороПя Р1а Я. егуМгороШ РЗ

Ацетонитрил 800 640 800

Акрилонитрил 80 80 80

Валеронитрил 320 160 320

Пропионитрил 320 320 320

Бутиронитрил 480 320 320

Изобутиронитрил 320 320 640

Лактонитрил 20 20 20

Малононитрил 20 20 20

Адипонитрил 160 80 80

Бензонитрил 40 80 20

3 -Цианопиридин 80 20 40

2-Цианопирвдин 80 80 40

3 -Гидроксипропио-нитрил 480 20 80

Использование нитрилов в качестве ростовых субстратов. В табл. 2 представлены результаты изучения способности исследуемых бактериальных штаммов использовать различные нитрилы в качестве источников азота и углерода.

Таблица 2.

Способность штамма использовать нитрилы в качестве единственного источника азота и энергии

Нитрилы Р./1иоге5сепэ С2 Я. егуЛгороНв Р1а Я. егуЛгороИв РЗ

Ацетонитрил + + +

Акрилонитрил + + +

Пропионшрил + + +

З-Гидроксипропионитрил + + +

Бутиронитрил + + +

Изобутиронитрил + + +

Лактонитрил - - -

Малононитрил - - -

Адипонитрил + - +

Бензонитрил + + -

З-Цианопиридин + - +

«+» - способность к росту (ОП540 > 0,5 через 48 часов), «-»- отсутствие способности к росту.

Все исследуемые штаммы способны использовать большинство алифатических нитрилов, за исключением динитрилов (адипонитрила и малонодинитрила) в качестве источников азота и углерода. Культура бактерий Р.АиогеБсепз С2 помимо алифатических, включая малонодинитрил и адипонитрил, утилизирует бензонитрил и 3-цианопиридин. Бактериальный штамм Я. егуЛгороШ Р1а помимо алифатических нитрилов использует лишь бензонитрил. Клетки Я. егуЛгороИэ РЗ также способны расти на адипонитриле и 3-цианопиридине.

Использование нитрилов в качестве индукторов. Как видно из рис. 8, добавление ацетонитрила, пропионитрила, бутиронитрила,

3-гидроксипропионитрила, малонодинитрила, е-капролактама или валеронитрила в среду культивирования достоверно увеличивает (от 142 до 248% по отношению к контролю) активность нитрилазы Р. Аиогезсет С2. Другие нитрилы (изобутиронитрил, пиридин-2-карбонитрил, акрилонитрил, адипонитрил, бензонитрил, лактонитрил) не оказывают достоверного влияния на активность нитрилазы данного штамма.

Показано, что активность нитрилгидратазы и амидазы R. erythropolis Pia показало, что активность нитрилгидратазы и амидазы может коиндуцироваться, что полностью согласуется с литературными данными (Яненко и др., 1995). При этом уровень нитрилгидролизующей активности R. erythropolis РЗ, не подвержен индуцированию.

О*4

J 250 -I

g 0 " I |JVI I **' I " I 1,:д I|а"1 I I F I I I I I '*' I 1

1 2 3 4 5 б 7 8 9 10 11 12 13 14

Рис. 8. Зависимость относительной активности нитрилазы штамма Р. fluorescens С2 при добавлении различных потенциальных индукторов.

1 - акрилонитрил, 2 - ацетонитрил, 3 - бутиронитрил, 4 - гаобутиронитрил, 5 - пропиоширил, 6 - 3-гидроксипропионитрил, 7 - бензонитрил, 8 - пиридин-2-карбонитирил, 9 - адинонитрил, 10- лактонитрил, 11 - малонодинитрил, 12 - валеронитрил, 13 - s-капролактам, 14 - контроль - среда без нитрила.

Утилизация ацетонитрила. Показано, что в течение 120 ч роста клеток Р. fluorescens С2 и R. erythropolis РЗ происходит уменьшение концентрации ацетонитрила и накопление в культуральной среде ацетата. Максимальная концентрация последнего регистрируется через 120 ч с момента посева культуры. Ацетонитрил в ростовой среде к этому моменту полностью утилизируется. В то же время для полной утилизации ацетонитрила с использованием R. erythropolis Pia требуется более 160 ч.

Влияние условий культивирования иа рост и иитрилгидролизующую активность. С целью оптимизации условий культивирования изучено влияние различных источников углерода на рост бактерий и активность нитрилгидролизующих ферментов. В соответствии с поставленными задачами изучаемые бактериальные культуры рассматривались как потенциальные биокатализаторы, и оценка активности ферментов проводилась по количеству образуемой акриловой кислоты, т.е. по нитрилазной {Р. fluorescens С2) или суммарной нитрилгидратазно-амидазной активности (у R. erythropolis).

200

150

100

Установлено, что глюкоза, сахароза и маннит являются наилучшими источниками углерода для Р.Аиогезсею С2 (табл.3). При росте на среде с цитратом, лактатом, пируватом или сорбитом скорость роста клеток данного штамма значительно ниже. Глицерин хуже остальных субстратов поддерживает рост Р.Аиогезсет С2. Исследуемый штамм не использует в качестве субстрата лактозу. Максимальная экспрессия нитрил азы обнаружена при росте на среде с глюкозой. По нашим данным, использование в качестве единственного источника углерода маннита, сорбита или цитрата приводит к заметному снижению активности фермента, а при росте на среде с ацетатом, пируватом или глицерином она составляет менее 10 % от активности в варианте с глюкозой.

Таблица 3.

Рост Р. Диогеясею С2 и относительная активность нитрилазы на различных

источниках углерода

Источник углерода Рост, максимальная ОП540 Относительная активность, %

Глюкоза 4,78±0,239 100*

Сахароза 3,43±0,172 60,2

Ацетат 0,95±0,480 6,8

Лактат 1,80±0,090 11,7

Пируват 1,34±0,120 5,9

Цитрат 2,40±0,289 31,8

Сорбит 1,26±0,063 41,7

Маннит 2,87±0,144 48,7

Глицерин 0,26±0,013 5,8

Изучение влияния концентрации глюкозы в диапазоне от 0 до 30 мМ на рост и активность ферментов гидролиза нитрилов при культивировании на минеральной среде N с добавлением 10 мМ ацетонитрила и смеси микроэлементов позволило выявить линейное увеличите оптической плотности бактериальной культуры Р. Аиогезсею С2, пропорциональное повышению содержания глюкозы в среде. Активность нитрилазы Р. Аиогезсет С2 достигала максимальной величины при концентрации глюкозы 10 мМ. Дальнейшее повышение содержания глюкозы приводило к постепенному снижению уровня нитрилазной активности. Так, при 20 мМ глюкозы удельная активность фермента составляла 86% от максимального значения, а при 30 мМ - 62%. Оценка влияния концентрации ацетонитрила (0-400 мМ), на рост и нитрилазную активность Р. Аиогеясет С2 выявила, что увеличение содержания ацетонитрила в среде с 25

до 100 мМ приводит к заметному повышению скорости роста и выхода биомассы и возрастанию удельной активности фермента. Плотность культуры (ОП 540) при этом составляла 3,74. Последующее повышение концентрации ацетонитрила до 200 мМ вызывало резкое ингибирование активности нитрилазы. Показано, что при повышении концентрации ацетонитрила до 400 мМ активность нитрилазы уменьшалась более чем в 3 раза, а оптическая плотность снижалась до 2,28.

С целью обоснования оптимального состава среды для культивирования бактериальных штаммов исследовано влияние альтернативных источников азота на ростовые характеристики и активность нитрилгидролизующих ферментов. Наибольшая оптическая плотность культуры Р. /¡иогеясет С2 отмечена при добавлении Р-аланина к среде. Применение ацетамида, глицина, нитрата и мочевины заметно снижало выход биомассы бактерий. Установлено, что пропионамид, метиламин и диметиламин хуже остальных поддерживают рост данного штамма. Максимальная активность нитрилазы обнаружена при росте на Р-аланине. Добавление глицина, ацетамида, нитрата и мочевины приводило к снижению активности фермента. При росте на пропионамиде и нитрите зарегистрирована минимальная активность нитрилазы. Метиламин и диметиламин полностью ингибировали активность.

Исследовали влияние различных концентраций аммония на рост и активность фермента. Показано, что с увеличением концентрации аммония происходит увеличение оптической плотности культуры до максимума при концентрации 30 мМ. Дальнейшее повышение содержания аммония в среде до 50 мМ не вызывало статистически достоверных изменений данного показателя. Установлено, что активность нитрилазы штамма Р. Аиогеьсет С2 линейно возрастает с увеличением концентрации аммония до 30 мМ. Дальнейшее повышение концентрации аммония до 50 мМ приводило к снижению активности фермента.

Исследование влияния источника азота и углерода на активность нитрилазы показало, что при росте на различных нитрилах наблюдаются различные уровни активности фермента. При росте бактерий на бутиронитриле отмечена наибольшая активность нитрилазы. Данные, полученные в ходе экспериментов, свидетельствуют о том, что оптимальным субстратом для получения наибольшего выхода биомассы клеток штамма Р.Аиогеясепз С2 и проявления высокой активности нитрилазы являлся бутиронитрил (рис. 9).

100 1

Н »" Ё °

| I 40-с гс

20 -I

0 I

Рис. 9. Относительная активность нитрилазы штамма Р. /1иогезсеп5 С2 при росте па различных нитрилах

/ - акрилонтрил, 2 - ацетонитрил, 3 - бугиро нитрил, 4 - изобугиронитрил, 5 - пропионитрил, 6 - бензонитрил, 7 - аммоний+глюкоза

Проведена оценка возможности использования культуры бактерий Р. Аиогевсеж С2 в качеств с биокатализатора для получения различных карбоновых кислот из соответствующих нитрилов. В качестве субстратов нитр«трансформирующих ферментов исследуемых штаммов были оценены предельные алифатические нитрилы, акрилонигрил, бензонитрил и цианин иридии. За 100 % принимали удельную активность фермента по отношению к акрилонигрил у (табл. 4):

Таблица 4. Ннтрилашая активность штамма Р./1иогеисепх С2

Субстрат Относительная активность, %

Акрилопитрил 100

Ацетонитрил 11,0

Пропионитрил 4,5

Бу тиронктрил 3,6

Изобутиронитр ил 3,9

Бензонитрил 15,8

З-Циапопиридип 19,1

Установлено, что наилучшим субстратом для нитрил азы штамма Р. Аиогезсепэ С2 является акрилопитрил. Уровень активности фермента по отношению к ацетонитрилу был на порядок ниже, а бензо нитрилу и 3-цианопиридину более, чем в 5 раз ниже по сравнению с таковой в отношении акрилонитрила. Активность нитрилазы в отношении прогшонитрила, бутиронитрила, изобутиронитрила оказалась самой низкой из всех значений для исследованного ряда соединений. Показано, что для культивирования штамма

R. erythropolis Pia оптимальным источником углерода для получения высокой плотности и активности ферментов является глюкоза, для культуры R. erythropolis РЗ - маннит, сахароза и глюкоза. Суммарная нитрилгидролизующая активность R. erythropolis Pia достигала максимального уровня при содержании глюкозы в ростовой среде 5 мМ, для культуры R. erythropolis РЗ - 20 мМ. Оптимальным источником азота и углерода для штамма R. erythropolis Pia оказался ацетонитрил, для штамма R. erythropolis РЗ - изобутиронитрил.

Изучение зависимости роста штаммов R. erythropolis Pia и R. erythropolis РЗ на среде с различным содержанием ацетоншрила позволило выявить, что изучаемые культуры бактерий достигали максимальной оптической плотности и проявляли максимальную суммарную активность в среде с ацетонитрилом в концентрации 25 мМ. Изучение влияния альтернативных источников азота на рост и активность ферментов, показано, что наибольшую суммарную нитрилгидролизующую активность клетки штаммов R. erythropolis Pia и R erythropolis РЗ проявляют при росте в среде с мочевиной. Проведена оценка возможности использования культур бактерий R. erythropolis Pia и РЗ в качестве биокатализатора для получения различных карбоновых кислот из соответствующих нитрилов. Показано, что наилучшими субстратами для ферментов штамма R. erythropolis Р 1а являются бутиронитрил и акрилонитрил; ферменты штамма R. erythropolis РЗ проявляют наибольшую активность по отношению к ацетонитрилу. Активность по отношению к акрилонитрилу и пропионитрилу была почти в 2 раза ниже, чем по ацетонитрилу.

Влияние температуры реакции на активность ферментов. Установлено, что максимальная нитрилазная активность проявляется при 55-60°С (рис. 10).

Температура, °С

Рис. 10. Зависимость относительной активности нитрилазы штамма Р. /¡иогеясепя С2 от температуры реакционной среды.

Дальнейшее повышение температуры реакции приводит к снижению активности фермента. Активность нитрилазы при 80°С составляет 29,7% от максимальной. Нитрилгидратаза штамма Я. егуМгороШ Р1а проявляла максимальную активность при 25°С. Повышение температуры реакции до 55°С приводило к инактивации фермента. Показано, что амидаза данного штамма имеет выраженный максимум активности при 37°С. При дальнейшем повышении температуры реакции амидазная активность резко падала. Нитрилгидролизующие ферменты штамма Я. егуЛгороШ РЗ проявляют наибольшую активность при 37-45°С. Повышение температуры реакции до 50°С резко снижало активность обоих ферментов.

Влияние рН реакционной среды на активность ферментов

Минимальная активность нитрилазы штамма Р. АиогеБсепя С2 отмечена при рН=4,0 (рис. 11). Повышение рН реакционной среды до 8,0 вызывало резкое увеличение ферментативной активности, при котором отмечена максимальная нитрилазная активность (11Ед.). При повышении рН реакции до 11,0 активность фермента плавно уменьшалась и резко падала с достижением рН=12,0, составляя 23,4% от максимальной. Нитрилгидратаза и амидаза штамма Я. егуЛгороИз Р1а проявили выраженный максимум ферментативной активности при рН=8,0. Сдвиг реакции среды в кислую или щелочную сторону приводил к резкому снижению активности ферментов. Нитрилгидратаза штамма Я. егуМгороИз РЗ имеет более широкий рН-диапазон действия. Наибольшая активность нитрилгидратазы данного штамма отмечена в диапазоне рН 8-10,0. При сдвиге реакции среды к нейтральной, активность нитрилазы штамма снижалась до 52%. При повышении щелочности среды до рН=11,0 активность падала до 16% от максимальной. Амидаза штамма Я. егуЛгоро^ РЗ имеет выраженный пик активности при рН=8,0 и также быстро падает при отклонении от оптимального значения.

100 ¡5 ^ 80

« ¿ч

л А

5 Й 60

£ §

8 £ 40

I Ё

5 " 20

3 5 7 9 11 13

рН

Рис.11. Зависимость относительной активности нитрилазы штамма Р. /¡иогезсепэ С2 от кислотности реакционной среды.

Влияние ингибиторов на активность нитрилгидролизующих ферментов. Активность нитрилазы штамма Р. Аиогезсегя С2 полностью ингнбируется при добавлении нитрата серебра и хлорида железа до концентрации 1,0 мМ в реакционной среде (рис. 12). Снижение активности нитрилазы более чем на 50% было обнаружено при содержании в реакционной среде солей меди и алюминия, сульфата железа, иодацетата, гидроксиламина, азида натрия и перекиси водорода. Существенное ингибирование нитрилазной активности до 50% оказывали соли цинка, кобальта, никеля, семикарбазид, ЭДТА и мочевина. Добавление солей натрия и лития в концентрации 10 мМ, 2-меркаптоэтанола и фенилгидразина в концентрации 1 мМ не приводило к достоверному снижению активности фермента. Полученные результаты оценки влияния ингибиторов на активность нитрилазы согласуются с приведенными в литературе свойствами тиоловых ферментов, описанными для штаммов Я. гИо(1осЬгош Л, Р. сЫогогарЫ.у В23, С. ЫМ1орЫ1из АТСС21419, В. ятИИи 8С-Я)5-1.

Рис. 12. Зависимость относительной активности нитрилгидратазы штамма Р. Аиогеясет С2 от присутствия потенциальных ингибиторов в реакционной среде.

I - алюминий, 2 - никель, 3 - серебро, 4 - йодацетат, 5 - азид, 6 - мочевина, 7 - семикарбазид, 8 - гидроксиламин, 9 - фенилгидразин, 10 - железа хлорид,

II - железа сульфат, 12 - медь, 13 - цинк, 14 - кобальт, 15 - перекись водорода, 16- натрия хлорид, 17- литий, 18 - 2-меркаптоэтанол, 19- ЭДТА, 20 - контроль.

Наибольшее ингибирующее влияние на нитрилгидратазную активность штамма R erythropolis Pia оказывают хлорид железа, фенилгидразин и перекись водорода. Выраженный ингибирующий эффект наблюдается в присутствии гидроксиламина, семикарбазида и азида. Статистически достоверный ингибирующий эффект нитрилгидратазной активности штамма R. erythropolis Pia

других потенциальных ингибиторов не обнаружен. Нитрат серебра вызывал полное ингибирование фермента Я. егуЛгороШ РЗ. Выраженный ингибирующий эффект оказывали перекись водорода и хлорид железа. Статистически достоверный ингибирующий эффект на нитрилгидратазную активность штамма Я. егу^гороШ РЗ отмечен в присутствии сульфата алюминия, семикарбазида, гидроксиламина и фенилгидразина.

Конверсия акрилонитрила. Опытным путем установлено, что при оптимальных условиях (1=60°С, рН=8,0) 1,2 мг биомассы клеток штамма Р. Аиогеэсею С2 за 30 мин способны конвертировать до 2% акрилонитрила. На рис. 13 представлена динамика конверсии акрилонитрила в акриловую кислоту, осуществляемой 1,2 мг биомассы клеток Р. /¡иогеьсепв С2 в течение 30 мин при оптимальных условиях реакции.

Время, мин Время, ч

Рис. 13. Трансформация Рис. 14. Трансформация

акрилонитрила штаммом акрилонитрила штаммом

Р. /¡иогезсепя С2. Я. ету^гороШ РЗ.

1 - акрилонитрил; 2 - акрилат; 3 - акриламид.

Трансформацию акрилонитрила в акриловую кислоту проводили при температуре 55°С в течение 5 ч с дробным добавлением к клеточной суспензии (18 мг сухого веса с исходной активностью 4,32 Ед.) субстрата до конечной концентрации 2% (300 мМ) каждые 30 мин. Концентрация акрилонитрила за 30 мин снижалась до следовых количеств после каждого добавления. Биомасса бактерий штамма Р. /¡иогезсет С2 за 5 ч при оптимальных условиях реакции конвертировала 3,0 М (20 %) раствор акрилонитрила в акриловую кислоту без образования промежуточного амида.

ВЫВОДЫ

1. Выделены бактериальные культуры Р. ßuorescens С2, R. erythropolis Pia и РЗ, активно конвертирующие алифатические и ароматические нитрилы в соответствующие карбоновые кислоты.

2. Показано, что геномная ДНК P.fluorescens С2 содержит фрагменты, соответствующие гену нитрилазы штамма A.facilis 72W размером 1100 п.н. В ДНК штаммов R. erythropolis Pia и РЗ обнаружены гены железосодержащих нитрилгидратаз.

3. Установлено, что нитрилазная активность клеток Р. ßuorescens С2 обусловлена конститутивным синтезом фермента. Присутствие индуктора не является необходимым условием для ее проявления.

4. Обнаружено, что нитрилгидролизующая способность штамма R. erythropolis РЗ обусловлена высоким уровнем экспрессии амидазы на фоне низкой экспрессии нитрилгидратазы, что позволяет получать акриловую кислоту без накопления промежуточного амида.

5. Показано, что нитрилаза штамма P.fluorescens С2 характеризуется широким диапазоном оптимальных значений температуры (37-60°С) и pH (7,010,0) реакционной среды, а также более широким спектром субстратной специфичности по сравнению со штаммами R. erythropolis Pia и РЗ.

Список основных работ, опубликованных по теме диссертации

1. ДемаковВ.А., Максимов А.Ю., Овечкина Г.В., Кузнецова М.В., Козлов C.B. Микробная конверсия нитрилов карбоновых кислот//Матер. Междунар. семинара МНТЦ «Научно-технический потенциал Западного Урала в конверсии военно-промышленного комплекса». - Пермь, 2001. - С. 63-66.

2. Козлов C.B., Максимов А.Ю., Кузнецова М.В., Овечкина Г.В., Демаков В.А. Выделение штаммов, обладающих термостабильной нитрилазной и нитрилгидратазной активностью//Матер. VI Пущинской конф. молодых ученых «Биология - наука XXI века». - Пущино, 2002. - Т. 3. - С. 29.

3. Козлов C.B., Максимов А.Ю., Кузнецова М.В., Овечкина Г.В., Ремезовская Н.Б., Максимова Ю.Г., Гусев В.А. Новый штамм нокардиоподобных бактерий, обладающий термостабильной нитрилазной активностью//Матер. Межрегион, конф. молодых ученых «Современные проблемы экологии, микробиологии и иммунологии». - Пермь, 2002. - С. 43-44.

4. ДемаковВ.А., Максимов А.Ю., Кузнецова М.В., Козлов C.B., Овечкина Г.В. рН-зависимость нитрилазной и нитрилгидратазной активности штаммов Rhodococcusl/Матер. Ш-го съезда биохимического общества. - Санкт-Петербург, 2002. - С. 50-52.

5. Демаков В.А., Максимов А.Ю., Кузнецова М.В., Овечкина Г.В., Козлов C.B., Ремезовская Н.Б., Максимова Ю.Г. Штамм бактерий Rhodococcus erythropolis - продуцент нитрилгидратазы. Патент на изобретение РФ № 2196822. Приоритет изобретения 25.07.2001. Зарегистр. в Госреестре изобретений 20.01.2003.

6. Максимов А.Ю., Кузнецова М.В., Овечкина Г.В., Козлов C.B., МаксимоваЮ.Г., ДемаковВ.А. Влияние нитрилов и амидов на рост и нитрилгидратазную активность штамма R erythropolis gtlZ/Прикладная биохимия и микробиология. - 2003. - Т. 39, N. I. - С. 63-68.

7. Козлов C.B., Максимов А.Ю., ОвечкинаГ.В., ГусевВ.А., ДемаковВ.А. Особенности роста и активности нитрилгидролизующего штамма на средах с различным содержанием глюкозы и ацетонитрила//Матер. Регион, конф. молодых ученых и студентов «Проблемы химии и экологии». - Пермь, 2003. -С. 30.

8. Козлов C.B., Максимов А.Ю., Овечкина Г.В. Исследование ресурсов почвенной микрофлоры, утилизирующей нитрилы карбоновых кислот, и оценка ее перспективности для биотехнологического получения акриловой кислоты//Матер. Междунар. научно-практ. конф. «Проблемы и перспективы реабилитации техногенных экосистем». - Астрахань, 2005. - С. 69.

9. Максимов А.Ю., Кузнецова М.В., Максимова Ю.Г., Козлов C.B., Демаков В.А. Использование ПЦР-метода для поиска бактерий, трансформирующих нитрилы карбоновых кислот//Матер. Междунар. научно-практ. конф. «Перспективы и проблемы развития биотехнологии в рамках единого экономического пространства стран содружества». - Минск, Белорусь, 2005. -С. 132.

10. Демаков В.А., Максимов А.Ю., Козлов C.B., Кузнецова М.В., Ремезовская Н.Б. Получение биокатализатора для синтеза акриловой кислоты//Матер. III Междунар. конгресса «Биотехнология: состояние и перспективы развития». - Москва, 2005. - С. 189.

11. Козлов C.B., Максимов А.Ю., Ремезовская Н.Ю., Демаков В.А. Скрининг микробных штаммов-продуцентов нитрилаз методом полимеразной цепной реакции//Микробное разнообразие: состояние, стратегия сохранения, биотехнологический потенциал: тез. докл. - Пермь-Казань, 2005. - С. 39.

Подписано в печать 09.04.2007. Бумага ВХИ. Формат 60X90/16. Набор компьютерный. Тираж 100 экз. Уел печ. л. 1,0. Заказ № ЗЗк/2007.

Отпечатано в ИД "Пресстайм" Адрес: 614025, г. Пермь, ул. Героев Хасана, 105

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Козлов, Сергей Васильевич

ВВЕДЕНИЕ

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

ГЛАВА 1. ХАРАКТЕРИСТИКА БАКТЕРИЙ,

МЕТАБОЛИЗИРУЮ-ЩИХ НИТРИЛЫ

1.1. Поступление нитрилов в окружающую среду

1.2. Пути метаболизма нитрилов

1.3. Микроорганизмы, экспрессирующие нитрилгидролизующие ферменты

1.4. Структура, свойства и условия экспрессии ферментов метаболизма нитрилов

1.5. Механизмы ферментативного гидролиза нитрилов

1.6. Генетические исследования продуцентов нитрилгидролизующих ферментов

1.7. Практическое использование микроорганизмов, конвертирующих нитрилы карбоновых кислот

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Бактериальные штаммы

2.2. Среды для культивирования и субстраты

2.3. Методы выделения бактерий, гидролизующих нитрилы

2.4. Условия культивирования бактерий и определение ростовых характеристик

2.5. Методы таксономического анализа

2.6. Определение минимальных ингибирующих концентраций нитрилов

2.7. Изучение влияния индукторов на активность ферментов

2.8. Биотрансформация нитрилов

2.9. Определение активности ферментов

2.10. Газовая хроматография

2.11. Высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ)

2.12. Получение концентрированных растворов акрилата аммония

2.13. Приготовление бесклеточного препарата

2.14. Определение влияния температуры, рН реакционной среды и ингибиторов на активность ферментов

2.15. Выделение ДНК

2.16. Полимеразная цепная реакция

2.17. Оценка биологической безопасности бактерий

2.18. Статистическая обработка

ГЛАВА 3. ВЫДЕЛЕНИЕ И ХАРАКТЕРИСТИКА КУЛЬТУР

БАКТЕРИЙ, ОБЛАДАЮЩИХ НИТРИЛГИДРОЛИЗУЮЩЕЙ

СПОСОБНОСТЬЮ

3.1. Выделение нитрилгидролизующих бактерий

3.2. Идентификация бактериальных культур

3.3. Амплификация генов нитрилазы и нитрилгидратазы

3.4. Определение биологической безопасности P. fluorescens С

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ РОСТА И

НИТРИЛГИДРОЛИЗУЮЩЕЙ АКТИВНОСТИ ИЗУЧАЕМЫХ КУЛЬТУР БАКТЕРИЙ, ОПТИМИЗАЦИЯ УСЛОВИЙ ИХ

КУЛЬТИВИРОВАНИЯ

4.1. Зависимость активности клеток от фазы роста

4.3. Использование нитрилов в качестве ростовых субстратов

4.4. Использование нитрилов в качестве индукторов

4.5. Утилизация ацетонитрила

4.6. Влияние условий культивирования на рост и нитрилазную активность P. fluorescens С

4.7. Гидролиз нитрилов нитрилазой штамма P. fluorescens С

4.8. Влияние условий культивирования на рост и нитрилгидролизующую активность R. erythropolis Pla

4.9. Гидролиз нитрилов штаммом R. erythropolis Pla

4.10. Влияние условий культивирования на рост и нитрилгидролизующую активность R. erythropolis РЗ

4.11. Гидролиз нитрилов штаммом R. erythropolis РЗ

ГЛАВА 5. ХАРАКТЕРИСТИКА ФЕРМЕНТОВ МЕТАБОЛИЗМА

НИТРИЛОВ

5.1. Влияние температуры на активность ферментов

5.2. Влияние рН реакционной среды

5.3. Влияние ингибиторов 103 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 107 ВЫВОДЫ 112 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Введение Диссертация по биологии, на тему "Биологическая характеристика бактериальных штаммов-активных продуцентов нитрилгидролизующих ферментов"

Актуальность проблемы. В последние годы возрос научный интерес к изучению микроорганизмов, конвертирующих нитрилы карбоновых кислот, что обусловлено успешным опытом их применения в производстве акриламида, а также возможностью использования в качестве биокатализатора для получения других полезных химических продуктов, в частности, акриловой кислоты.

Акриловая кислота является сырьем для получения полимеров и сополимеров различного назначения, широко применяемых во всех сферах народного хозяйства. Объединение акриловых мономеров позволяет синтезировать тысячи составов латексов, пластических масс, сополимеров этилена и сшитых полимерных систем. Акриловые полимеры применяются в производстве суперабсорбирующих материалов, моющих средств, флокулянтов, диспергирующих, загущающих агентов, лакокрасочных материалов, клеев, шпатлевок, текстиля, полирующих составов. Акрилаты придают полимерным материалам ряд положительных качеств, таких как светостабильность, высокая оптическая прозрачность и устойчивость к старению, а также температурным и атмосферным воздействиям. Объемы производства акрилатов неуклонно возрастают на протяжении двух последних десятилетий и, по прогнозу аналитиков, эта тенденция сохранится в течение последующих лет, что обусловлено ростом потребности в акриловой кислоте в среднем на 4-5% ежегодно [3].

Основным промышленным способом получения акриловой кислоты является окисление пропилена на многокомпонентных катализаторах. Ежегодно таким путем в мире производится более 5 млн. т акриловой кислоты [218]. Процесс отличается высокой энергоемкостью, многостадийностью и образованием значительных количеств высокотоксичных побочных продуктов, требует существенных затрат на очистку промышленных стоков и газообразных выбросов в атмосферу.

Перспективной альтернативой химическому синтезу является биокаталитический способ гидролиза акрилонитрила до акрилата аммония. Биологическая конверсия, в отличие от традиционного химического катализа, представляет собой экологичный одностадийный высокоселективный процесс, проходящий в водной среде при нормальных значениях температуры (20-25°С), атмосферном давлении (1,0 атм.), нейтральном рН, обеспечивающий выход акрилата, близкий к 100% при отсутствии побочных продуктов. Впервые в мире биотехнологическое производство акрилата внедряется на предприятии ЗАО «Москва-Штокхаузен-Пермь». В качестве биокатализатора используются клетки штамма Alcaligenes denitrijicans С-32, обладающие нитрилазной активностью, полученного Полтавской и др. [20,238].

В последние годы бактерии, трансформирующие нитрилы, привлекают внимание возможностью применения в производстве различных фармацевтических препаратов, что обусловлено регио-и стереоселективностью биотрансформации [136].

В связи с вышеизложенным, селекция и изучение бактерий - активных продуцентов нитрилконвертирующих ферментов - является актуальным направлением микробиологических исследований [8,31, 55,45, 106].

Состояние вопроса. Впервые фермент метаболизма нитрилов -нитрилаза, конвертирующая индол-3-ацетонитрил в индол-3-уксусную кислоту (ауксин), был открыт в растениях в 1964 г. [211]. К настоящему времени нитрилконвертирующие энзимы обнаружены во многих прокариотических и эукариотических организмах.

Наиболее часто способность к утилизации нитрилов обнаруживают среди бактерий. У бактерий существует два альтернативных пути метаболизма нитрилов [26]:

1) гидролиз до соответствующей карбоновой кислоты и аммония, катализируемый одним ферментом - нитрилазой (КФ 3.5.5.1);

2) катализируемая нитрилгидратазой (КФ 4.2.1.84) гидратация нитрила до амида, с последующим гидролизом до кислоты и аммония под действием амидазы(КФ 3.5.1.4).

До недавнего времени среди нитрилконвертирующих бактерий были известны только мезофильные микроорганизмы, принадлежащие к родам Acinetobacter [229], Arthrobacter [30, 190], Alcaligenes [157], Bacillus [57], Comamonas [137], Corynebacterium [26, 135], Klebsiella [200], Nocardia [85], Pseudonocardia [137], Pseudomonas [130, 131] и Rhodococcus [45,112, 120, 125, 130], однако в 1998 г. Cramp и др. впервые описали несколько умеренно термофильных видов Bacillus [185].

Охарактеризовано несколько типов нитрилаз, нитрилгидратаз и амидаз [83,85,115]. Установлено, что нитрилазы и амидазы являются гомомультимерными тиольными ферментами, обычно содержащими от 6 до 16 субъединиц [31, 56]. Нитрилгидратазы относятся к металлоферментам и различаются простетическими группами (ионы железа или кобальта) [69, 78, 209]. Практически все известные нитрилгидратазы являются гетеромультимерами, состоящими из двух субъединиц, а и Р, соединенных в эквимолярном соотношении [215]. На основании биофизических исследований предложены модели механизмов ферментативной трансформации нитрилов нитрилазой и нитрилгидратазно-амидазным комплексом [150,151].

Биосинтез большинства описанных в литературе нитрилгидратаз подвержен индукции различными амидами [157, 158, 163]. Большинство нитрилаз также являются индуцибельными ферментами: нитрилаза из Nocardia sp. индуцировалась бензонитрилом [55]; ацетонитрил индуцировал синтез нитрилазы в Fuzarium oxysporum [78]; изобутиронитрил и изовалеронитрил увеличивали продукцию бензонитрилазы в клетках R. rhodochrous J1 [156]. В клетках R. rhodochrous К22 нитрилаза индуцировалась добавлением изовалеронитрила [118]. Отличительной особенностью штамма Alcaligenes denitrificans C-32 является проявление высокой активности фермента в отсутствие индуктора в ростовой среде [20].

Интенсивный поиск позволил выделить новые штаммы бактерий, обладающие уникальными ферментами, способными к региоспецифичному и высокоселективному гидролизу нитрилов. Применение таких биокатализаторов позволяет получать химические соединения, которые невозможно синтезировать традиционными химическими способами [75, 82].

Необходимо отметить, что сверхпродукция нитрилконвертирующих ферментов в большей степени достигалась изменением условий культивирования, чем генетическими манипуляциями. В отличие от продуцентов нитрилгидратаз, выраженная в эквивалентных единицах нитрилазная активность известных штаммов бактерий составляет величину, меньшую на 1-2 порядка. До настоящего времени мало изучены механизмы устойчивости бактерий к нитрилам и ассимиляции этих соединений; недостаточно исследованной остается и физиологическая роль способности к утилизации нитрилов [31, 56].

Основные задачи исследования:

1) Выделить чистые культуры бактерий, активно гидролизующие нитрилы в соответствующие карбоновые кислоты, и идентифицировать их с использованием методов полифазной таксономии.

2) Определить пути метаболизма нитрилов у изучаемых штаммов и идентифицировать гены нитрилгидролизующих ферментов.

3) Исследовать влияние факторов среды на активность нитрилгидролизующих ферментов и подобрать оптимальные условия культивирования биопродуцентов.

4) Оценить возможность использования активных биопродуцентов нитрилгидролизующих ферментов для получения акриловой кислоты.

Научная новизна. Выделены чистые культуры бактерий, обладающие высокой активностью нитрилгидролизующих ферментов, и идентифицированы на основании физиолого-биохимических, хемо- и генотаксономических характеристик как представители Pseudomonas fluorescens и Rhodococcus erythropolis. Установлено отсутствие факторов патогенности у штамма P. fluorescens С2, обладающего высокой нитрилазной активностью. С помощью праймеров к генам, кодирующим нитрилгидролизующие ферменты, у P. fluorescens С2 подтверждено наличие гена нитрилазы, а у штаммов Rhodococcus - генов Fe-зависимой нитрилгидратазы. Показано, что нитрилаза P. fluorescens С2 катализирует гидролиз как алифатических, так и ароматических нитрилов, характеризуется широким диапазоном термо- и рН-устойчивости. Для экспрессии этого фермента не требуется добавление индуктора в ростовую среду. Обнаружено, что штамм R. erythropolis РЗ характеризуется высокой активностью нитрилгидратазно-амидазного ферментного комплекса и трансформирует акрилонитрил в акриловую кислоту без накопления промежуточного амида. Разработаны протоколы полимеразной цепной реакции, позволяющие дифференцировать наличие нитрилазной системы метаболизма нитрилов от нитрилгидратазно-амидазной или обнаруживать совместное их присутствие.

Теоретическое и практическое значение работы. Расширен спектр детально охарактеризованных культур бактерий, конвертирующих нитрилы до соответствующих карбоновых кислот. На основе разработанных праймеров предложен эффективный способ обнаружения генов, кодирующих нитрилазные ферменты. Показана возможность использования изученных бактериальных штаммов для разработки эффективных биокатализаторов биотехнологического процесса получения акриловой кислоты. Выделенные штаммы бактерий также могут быть использованы для создания биосенсоров и применения в биотехнологии очистки объектов окружающей среды, загрязненных органоцианидами.

Основные положения, выносимые на защиту:

2. Нитрилаза штамма P. fluorescens С2 характеризуется широким диапазоном температурной и рН-устойчивости и высокой стабильностью при хранении.

4. Наиболее перспективным для получения эффективного биокатализатора синтеза акриловой кислоты является штамм P. fluorescens С2, обладающий нитрилазной активностью.

Апробация работы и публикации. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на Региональной конференции «Проблемы химии и экологии», Пермь, 2000; Всероссийской конференции «Экология: проблемы и пути решения», Пермь, 2001, 2002; Международном семинаре "Научно-технический потенциал Западного Урала в конверсии военно-промышленного комплекса" Пермь, 2001; Межрегиональной конференции молодых ученых «Современные проблемы экологии, микробиологии и иммунологии», Пермь, 2002; VI-VIII Пущинской школе-конференции «Биология - наука 21-го века», 2002-2004; II и III Международных конгрессах «Биотехнология: перспективы и пути развития», Москва, 2003, 2005. По теме диссертации опубликовано 14 научных работ и получен патент на изобретение Российской Федерации.

Объем и структура диссертации. Работа изложена на 139 страницах машинописного текста, содержит 28 рисунков и 30 таблиц; состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов, трех глав результатов собственных исследований, заключения, выводов, списка литературы. Список литературы включает 239 наименований работ, в т. ч. 24 отечественных и 215 зарубежных авторов.

Связь работы с научными программами. Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом НИР Института экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН и является частью исследований, проводимых по теме «Биохимические и генетические системы трансформации органических соединений у бактерий, перспективных для биотехнологий» (номер госрегистрации 0120.0 406511), а также в рамках Программы фундаментальных исследований Президиума РАН «Научные основы сохранения биоразнообразия России» и Программы ОБН РАН «Фундаментальные основы управления биологическими ресурсами». Исследования поддержаны грантом РФФИ № 02-04-96411.

Список принятых сокращений: ВЭЖХ - высокоэффективная жидкостная хроматография; ГХ - газовая хроматография; КОЕ - колониеобразующие единицы; МИК - минимальная ингибирующая концентрация; МПА- мясопептонный агар; ОП- оптическая плотность; ПЦР - полимеразная цепная реакция; LB - среда Луриа-Бертани, НГ - нитрилгидратаза, СЕ - субъединица.

Заключение Диссертация по теме "Микробиология", Козлов, Сергей Васильевич

ВЫВОДЫ

1. Выделены бактериальные культуры P. fluorescens С2, R. erythropolis Pla и РЗ, активно конвертирующие алифатические и ароматические нитрилы в соответствующие карбоновые кислоты.

2. Показано, что геномная ДНК P. fluorescens С2 содержит фрагменты, соответствующие гену нитрилазы штамма A.facilis 72W размером 1100 п.н. В ДНК штаммов R. erythropolis Pla и РЗ обнаружены гены железосодержащих нитрилгидратаз.

3. Установлено, что нитрилазная активность клеток P. fluorescens С2 обусловлена конститутивным синтезом фермента. Присутствие индуктора не является необходимым условием для ее проявления.

5. Показано, что нитрилаза штамма P. fluorescens С2 характеризуется широким диапазоном оптимальных значений температуры (37-60°С) и рН (7,0-10,0) реакционной среды, а также более широким спектром субстратной специфичности по сравнению со штаммами R. erythropolis Pla и РЗ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В последние годы возрастает количество публикаций, посвященных исследованию микроорганизмов, утилизирующих нитрилы, генетической и метаболической регуляции синтеза нитрилгидролизующих ферментов. Особое внимание уделяется изучению бактерий, способных к трансформации нитрилов в карбоновые кислоты.

Из почвы, загрязненной акрилонитрилом нами выделены штаммы бактерий P. fluorescens С2 и R. erythropolis Pla и РЗ, способные гидролизовать широкий ряд нитрилов до соответствующих карбоновых кислот.

В результате ПЦР с разработанными нами праймерами к генам, кодирующим ферменты гидролиза нитрилов, на матрице геномной ДНК штамма P. fluorescens С2 амплифицированы фрагменты, соответствующие гену нитрилазы штамма A.facilis 72W, что подтверждено секвенированием центральной части нуклеотидной последовательности амплификатов [49]. В геномной ДНК штаммов R. erythropolis Pla, РЗ обнаружены последовательности, по размеру соответствующие генам а- и Р-субъединиц железосодержащих нитрилгидратаз, а также консервативным участкам этих генов.

Выявлено сходство каталитической активности ферментов выделенных штаммов с ранее описанными в литературе. В частности, уровень ферментативной активности и температурный профиль нитрилазы штамма P. fluorescens С2 сходны с таковыми у нитрилаз грамотрицательных бактерий A.facilis 72W [75] и A. denitrificans С-32 [20,238,239].

Известно, что микробная трансформация позволяет достичь выхода целевого продукта, близкого к 100%. На примере штаммов P. fluorescens С2, обладающего нитрилазой, и R. erythropolis РЗ, содержащего нитрилгидратазу и амидазу, показано, что данные ферменты могут полностью конвертировать акрилонитрил в акрилат аммония. Однако, в случае биотрансформации нитрилов с применением бактерий, обладающих нитрилгидратазно-амидазной системой метаболизма, преобладание амидазной активности является необходимым для получения акрилата аммония, как это показано для штамма R. erythropolis РЗ. В противном случае, в результате трансформации происходит значительное накопление амида и синтез конечного продукта затруднен, как в случае использования штамма Pla.

Изучение влияния концентраций субстратов на активность нитрилгидролизующих ферментов показало, что нитрилгидратазы подвержены катаболитной репрессии легкометаболизируемыми источниками углерода, такими как глюкоза. Снижение индукции при внесении в среду глюкозы может быть связано с нарушением проникновения индуктора в клетку, ретроингибированием уже синтезированного фермента или с подавлением его биосинтеза на уровне транскрипции. В то же время, по данным зарубежных авторов, нитрилгидратаза A. tumefaciens В-261 не репрессируется глюкозой [104], а фермент штамма R. erythropolis CGMCC0497 проявляет максимальную активность на среде, содержащей 1 % глюкозы или сахарозы [224]. Также известно, что штамм В. imperialis CBS 498-74 проявляет максимальную нитрилгидратазную активность при росте на среде с начальным содержанием глюкозы 5 %, однако, максимум ферментативной продукции наблюдается при концентрации 0,5 % [46].

Установлено, что нитрилаза P. fluorescens С2 обладает устойчивостью к высоким концентрациям субстрата (300 мМ), а также достаточно высокой температурной стабильностью (максимум активности - при 55-60°С), в отличие от ряда ферментов, описанных в литературе, активность которых резко падает при 50°С [31]. Активность нитрилазы Р. fluorescens С2 при 55°С достигала 18 Ед., что сопоставимо с ферментом A. denitrificans С-32 [20] и превосходит уровни активности нитрилаз бактерий, описанных в литературе ранее [218].

Нитрилаза P. fluorescens C2 также отличается стабильностью при хранении: водный раствор фермента сохраняет высокую активность в течение длительного времени (более двух недель) при температуре +4°С, и не требует применения стабилизаторов, таких как, 1,4-дитио-БЬ-треитол (ДТТ) или аммония сульфат с глицеролом, которые применялись для сохранения активности нитрилаз R. rhodochrous Jl и К22 [157, 165]. Обнаружена способность штамма P. fluorescens С2 расти на среде с ацетамидом в качестве единственного источника углерода и азота. Это может быть обусловлено способностью нитрилаз гидролизовать не только нитрилы, но и амиды [90].

Показано, что скорость образования кислоты при биотрансформации акрилонитрила клетками R. erythropolis Pla и РЗ снижается при температуре выше 45°С. Очевидно, что это связано со снижением нитрилгидратазной, но не амидазной активности. Это согласуется с известными данными относительно температурного профиля активности Fe-зависимых нитрилгидратаз: для ферментов P. chlor or aphis В23 и R. erythropolis R312 температурный оптимум составляет 20°С и 35°С, соответственно [161,162].

Профиль зависимости активности большинства известных по литературе нитрилаз и нитрилгидратаз от кислотности среды достаточно сходен. Оптимум рН для них находится в пределах 6,0-8,0 [56]. Нитрилаза штамма P. fluorescens С2 проявляет активность в широком рН-диапазоне (7,0-11,0). Нитрилгидратаза и амидаза штамма R. erythropolis Pla имеют выраженный максимум ферментативной активности при рН=8,0. Нитрилгидратаза штамма R. erythropolis РЗ имеет более широкий рН-диапазон действия (8,0-10,0). Активность амидазы данного штамма имеет выраженный максимум при рН=8,0, и быстро снижается при отклонении от оптимального значения. Следовательно, использование штаммов Pla и РЗ для биотрансформации нитрила акриловой кислоты усложняется необходимостью более тщательного подбора условий культивирования штаммов, а также строгого контроля рН и температуры реакционной среды. Сдвиг рН в ту или иную сторону может существенно замедлить скорость реакции. Сложность обеспечения оптимального температурного режима проведения реакции обусловлена наличием в данных штаммах системы двух различных ферментов, обладающих разными температурными оптимумами работы, и, как следствие, отклонение от необходимого температурного режима приводит к замедлению трансформации или накоплению амида.

Установлено, что активность нитрилазы штамма P. fluorescens С2 полностью подавляется при добавлении в реакционную среду нитрата серебра или хлорида железа до концентрации 1 мМ. Снижение активности нитрилазы более чем на 50% было обнаружено при внесении в реакционную среду солей меди и алюминия, сульфата железа, йодацетата, гидроксиламина, азида натрия и перекиси водорода. Существенное ингибирование нитрилазной активности оказывали также соли цинка, кобальта, никеля, семикарбазид, ЭДТА и мочевина. Полученные результаты свидетельствуют о присутствии тиоловых групп в составе каталитического центра фермента, что согласуется с приведенными в литературе данными [42]. Ингибирующее действие соли серебра на нитрилазную активность ранее продемонстрировано на штаммах R. rhodochrous Jl, P. chlororaphis В23, С. nitrilophilus АТСС21419, В. smithii SC-J05-1 [26,161, 159,206].

Нитрилгидратазная активность штамма R. erythropolis Pla ингибировалась хлоридом железа, фенилгидразином и перекисью водорода. Выраженный ингибирующий эффект наблюдался в присутствии гидроксиламина, семикарбазида и азида. Ингибирующее действие на нитрилгидратазную активность штамма R. erythropolis РЗ было обнаружено для сульфата алюминия, семикарбазида, гидроксиламина и фенилгидразина. Добавление в реакционную среду ЭДТА незначительно снижало активность нитрилгидратазы. Это соответствует данным литературы об устойчивости нитрилгидратаз к действию этого комплексона [159].

Следует отметить, что нитрилаза штамма P. fluorescens С2 длительное время сохраняет активность в процессе роста (до 7 сут) и отличается высокой стабильностью при хранении. Культивирование данного штамма производится на простой синтетической органоминеральной среде и не требует добавления нитрилов для индукции нитрилазы, а также пептона или витаминов в качестве дополнительных ростовых факторов, используемых при выращивании штаммов R. rhodochrous J1 [109], R. rhodochrous NCIMB 40757, R. rhodochrous NCIMB 40833, R. rhodochrous K22 [120],Alcaligenes sp. B-6706 [108].

Экспериментальным путем установлено, что клетки P. fluorescens С2 способны полностью трансформировать 300 мМ раствор акрилонитрила в акриловую кислоту без образования амида. При использовании биомассы штамма R. erythropolis Pla не удалось добиться полной конверсии субстрата в акриловую кислоту, т.к. вследствие преобладания экспрессии нитрилгидратазы наблюдалось накопление акриламида. Показано, что клетки штамма R. erythropolis РЗ при оптимальных условиях способны полностью конвертировать акрилонитрил в акриловую кислоту, однако, для этого требовалось вдвое больше времени, чем в случае с P. fluorescens С2. При 30-минутной биотрансформации с применением биомассы R. erythropolis РЗ обнаружено остаточное количество промежуточного продукта акриламида в концентрации менее 30 мМ.

Таким образом, для биокаталитического синтеза акриловой кислоты предпочтительным является применение биокатализатора на основе штамма P. fluorescens С2, продуцирующего термостабильную нитрилазу, устойчивую к высоким концентрациям субстрата и отличающуюся широким рабочим диапазоном рН.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Козлов, Сергей Васильевич, Пермь

1. Акриловая кислота. Гигиенические критерии состояния окружающей среды. Женева: Всемирная организация здравоохранения, 1997. - Вып. 191.-124 с.

2. Акрилонитрил. Гигиенические критерии состояния окружающей среды. Женева: Всемирная организация здравоохранения, 1987. - Вып. 28. -114с.

3. Аликин В.Н. Конверсия специальной технической химии / В.Н. Аликин, Т.Э. Кузьмицкий, JI.B. Забелин и др. М., 1999. - 176 с.

4. Астаурова О.Б. Ассимиляция аммония у продуцента акриламида Rhodococcus rhodochrous М8 / О.Б. Астаурова, Г.А. Ларикова, И.Н.Полякова, А.С. Яненко // Микробиология. 1993. - № 11-12. -С. 6-8.

5. Астаурова О.Б. Адаптация продуцента акриламида Rhodococcus rhodochrous М8 к изменению концентрации аммония в среде / О.Б. Астаурова, Т.Е. Леонова, И.Н. Полякова и др. // Прикл. биохим. микробиол. 2000. - Т. 36, № 1. - С. 21-25.

6. Астаурова О.Б. Регуляция биосинтеза ферментов биодеградации нитрилов у Rhodococcus rhodochrous МО / О.Б. Астаурова, Т.Е. Погорелова, О.Р. Фомина и др. // Биотехнология. 1991. - № 5. -С. 10-14.

7. Вейко В.П. Клонирование и определение нуклеотидной последовательности гена Rhodococcus rhodochrous М8 / В.П. Вейко, А.С. Яненко, М.Г. Алексеева и др. // Биотехнология. 1995. - № 5-6. - С. 3-5.

8. Забазная Е.Б. Отбор штаммов, трансформирующих акрилонитрил и акриламид в акриловую кислоту / Е.Б. Забазная, С.В. Козулин, С.П. Воронин // Прикл. биохим. микробиол. 1998. - Т. 34, № 4. - С. 377384.

9. Ившина И.Б. Пропанокисляющие родококки / И.Б. Ившина, Р.А. Пшеничное, А.А. Оборин. Свердловск: УНЦ АН СССР, 1987. - 126 с.

10. Клонирование ДНК. Методы / Пер. с англ.; под ред. Д. Гловера. М.: Мир, 1988.-538 с.

11. Козлов С.В. Влияние различных источников азота и углерода на рост и нитрилазную активность штамма Rhodococcus sp. Р-5 / С.В. Козлов, А.Ю. Максимов, В.А. Демаков и др.// Объединенный научный журнал. 2003. -№23 (81).-С. 75-81.

12. Лакин Г.Ф. Биометрия. М.: Высшая шк., 1990. - 352 с.

13. Максимов А.Ю. Влияние нитрилов и амидов на рост и нитрилгидратазную активность штамма Rhodococcus sp. gtl / А.Ю. Максимов, М.В. Кузнецова, Г.В. Овечкина и др. // Прикл. биохим. микробиол. 2003. - Т.39, N 1. - С.63-68.

14. Маниатис Т. Методы генетической инженерии. Молекулярное клонирование / Т. Маниатис, Э. Фрич, Дж. Сэмбрук. Пер. с англ. М.: Мир, 1984. - 480с.

15. Методические указания МУ 2.3.2.1830-04 "Микробиологическая и молекулярно-генетическая оценка пищевой продукции, полученной с использованием генетически модифицированных микроорганизмов" (утв. 09.01.2004 г.)

16. Методы общей бактериологии / Пер. с англ.; под ред. Ф. Герхардт и др. -М.:Мир, 1983.-Т. 1,2,3.

17. Методы почвенной микробиологии и биохимии / Под ред. Д.Г. Звягинцева М.: МГУ, 1991. - 304 с.

18. Нестеренко О.А., Нокардиоподобные и коринеподобные бактерии / О.А. Нестеренко, Е.И. Красников, Т.М. Ногина. Киев: Наукова думка, 1985. -С. 336.

19. Определитель бактерий Берджи / Пер. с англ.; под ред. Дж. Хоулта и др. М.: Мир, 1997.-Т. 1,2.

20. Химический энциклопедический словарь / Гл. ред. И.Л. Кнунянц. М: Советская энциклопедия, 1983. - 792 с.

21. Ahmed А.Е. Aliphatic nitriles; metabolism and toxicity / A.E. Ahmed, N.M. Trieff// Prog. Drug Metab. 1983. - V. 7. - P. 230-294.

22. Alfani F. Operational stability of Brevibacterium imperialis CBS 489-74 nitrile hydratase / F. Alfani, M. Cantarella, A. Spera et al. II J. Mol. Catal. B. -2001.-V. 11.-P. 687-697

23. Almatawah Q.A. Thermostable nitrilase catalysed production of nicotinic acid from 3-cyanopyridine part 2 / Q.A. Almatawah, D.A. Cowan // Enzyme Microbial Technol. - 1999. - V. 25, N. 8-9. - P. 718-724.

24. Almatawah Q.A. Characterization of an inducible nitrilase from a thermophilic bacillus / Q.A. Almatawah, R. Cramp, D.A. Cowan // Extremophiles. 1999. - V. 3, N. 4. - P. 283-291.

25. Amarant T. Substrates and inhibitors of nitrile hydratase and amidase of Corynebacterium nitrophilus. T. Amarant, Y. Vered, Z. Bohak // Biotechnol. Appl. Biochem. 1989. - V. 11. - P. 49-59.

26. Asano Y. Aliphatic nitrile hydratase from Arthrobacter sp. J-l. Purification and characterization / Y. Asano, K. Fujishiro, Y. Tani, H. Yamada // Agric. Biol. Chem. 1982. - V. 46. - P. 1165-1174.

27. Asano Y. A new enzymatic method of acrylamide production / Y. Asano, T. Yasuda, Y. Tani et al II Agric. Biol. Chem. 1982. - V. 46. - P. 1183-1189.

28. Asano Y. Overview of screening for new microbial catalysts and their uses in organic synthesis selection and optimization of biocatalysts / Y. Asano // J. Biotechnol. - 2002. - V. 94. - P. 65-72.

29. Bandyopadhyay A.K. Purification and characterization of benzonitrilase from Arthrobacter sp. strain J-l / A.K. Bandyopadhyay, T. Nagaswa, Y. Asano et al. H Appl. Environ. Microbiol. 1986. - V. 51. - P. 302-306.

30. Banerjee A. The nitrile-degrading enzymes: current status and future prospects/ A. Banerjee, R. Sharma, U.C. Banerjee // Appl. Microbiol. Biotechnol. 2002. - V. 60. - P. 33-44.

31. Bartling D. Cloning and expression of an Arabidopsis nitrilase which can convert indole-3-acetonitrile to the plant hormone, indole-3-acetic acid / D. Bartling, M. Seedorf, A. Mithofer et al. II Eur. J. Biochem. 1992. -V. 205.-P. 417-424.

32. Battistel E. Enzymatic decontamination of aqueous polymer emulsions containing acrylonitrile / E. Battistel, A. Bernardi, P. Maestri // Biotechnol. Lett.-1997.-V. 19.-P. 131-134.

33. Bauer R. Enantioselective hydration of 2-arylpropionitriles by a nitrile hydratase from Agrobacterium tumefaciens strain d3 / R. Bauer, H.-J. Knackmuss, A. Stolz // Appl. Microbiol. Biotechnol. 1998. - V.2, N. 1. -P. 89-95.

34. Bartel B. Differential regulation of an auxin producing nitrilase gene family in Arabidopsis thaliana / B. Bartel, G.R. Fink // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. -1994.-V. 91. -P. 6649-6653.

35. Beard T. Stereoselective hydrolysis of nitriles and amides under mild conditions using whole cell catalyst. T. Beard, M.A. Cohen, J.S. Parratt // Tetrahedron Asym. 1993. - V. 4. - P. 1085-1104.

36. Beard T.M. Enantioselective biotransformations using rhodococci / T.M. Beard, M.I. Page // Antonie van Leeuwenhoek. 1998. - V. 74, N. 1/3. -P. 99-106.

37. Bell K.S. Identification and environmental detection of Rhodococcus species by 16S rDNA-targeted PCR / K.S. Bell, M.S. Kuyukina, S. Heidbrink et al., II J. Appl. Microbiol. 1999. - V. 87. - P. 472-480.

38. Bhalla T.C. The Molecular Cloning and Sequencing of the Nitrilase Gene of Rhodococcus rhodochrous PA-34 / T.C. Bhalla, M. Aoshima, S. Misawa et al. II Acta Biotechnol. -1995. V. 15, N. 3. - P. 297-306.

39. Bhalla T.C. Asymmetric hydrolysis of a-aminonitriles to optically active amino acids by a nitrilase of Rhodococcus rhodochrous PA-34 / Bhalla T.C., Miura A., Wakamoto A. et al. II Appl. Microbiol. Biotechnol. 1992. - V. 37. -P. 184-190.

40. Brady D. Characterization of nitrilase and nitrile hydratase biocatalytic systems / D. Brady, A. Beeton, J. Zeevaart et al. II Appl. Microbiol. Biotechnol. 2004. - V. 64. - P. 76-85.

41. Brennan B.A. Nitrile hydratase from Rhodococcus rhodochrous Jl contains a non-corrinoid cobalt with two sulphur ligands / B.A. Brennan, G. Alms, M. J. Nelson et al. II J. Am. Chem. Soc. 1996. - V. 118. - P. 9194-9195.

42. Bui K. A note on the enzymic action and biosynthesis of a nitrile-hydratase from a Brevibacterium sp. / K. Bui, M. Maestracci, A. Thiery et al. II J. Appl. Bacterid. 1984. - V. 57. - P. 183-190.

43. Bunch A.W. Biotransformation of nitriles by rhodococci / A.W. Bunch // Antonie Van Leeuwenhoek. 1998. - V. 74, N. 1-3. - P. 89-97.

44. Cantarella M. Influence of initial glucose concentration on nitrile hydratase production in Brevibacterium imperialis CBS 498-74 / M. Cantarella, A. Spera, P. Leonetti, F. Alfani // J. Mol. Catalysis. 2002. -V. 19-20. - P. 405-414.

45. Chassin C. A biotechnological process for the production of nicotinamide / C. Chassin // Chim. Oggi. 1996. - V. 14. - P. 9-12.

46. Chauhan S. Purification, cloning, sequencing and over-expression in Escherichia coli a regioselective aliphatic nitrilase from Acidovorax facilis 72W / S. Chauhan, S. Wu, S. Blumerman et al. II Appl. Microbiol. Biotechnol. -2003.-V. 61.-P. 118-122.

47. Cheetham P.S. J. What makes a good biocatalyst? / P.S. J. Cheetham // J. Biotechnol. 1998. - V. 66, N. 1. - P. 3-10.

48. Cheong T. Cloning of a wide spectrum amidase from Bacillus stearothermophilus BR388 in E. coli and marked enhancement of amidase expression using directed evolution / T. Cheong, P. Oriel // Enzyme Microb. Tech. 2000. - V. 26. - P. 152-158.

49. Ciskainik L. Purification and characterization of an enantioselective amidase from Pseudomonas chlororaphis B23 / L. Ciskainik, J. Wilczek, R. Fallon // Appl. Environ. Microbiol. 1995. - V. 61. - P. 998-1003.

50. Clarke P. Isolation of amidase-negative mutants of Pseudomonas aeruginosa by a positive selection method using an acetamide analogue / P. Clarke, R. Tata // J. Gen. Microbiol. 1973. - V. 73. - P. 231-234.

51. Cramp R. Molecular characterisation of a novel thermophilic nitrile hydratase / R.Cramp, D.A.Cowan // Biochem. Biophyhs. Acta Protein Struct. Mol. Enzymol. - 1999. -V. 1431. - P. 249-260.

52. Collins P. The utilization of nitriles and amides by Nocardia rhodochrous / Collins P., Knowles C. // J. Gen. Microbiol. 1983. - V. 129. - P. 248-254.

53. Cowan D. Biochemistry and biotechnology of mesophilic and thermophilic nitrile metabolizing enzymes / D. Cowan, R. Cramp, R. Pereira et al. II Extremophiles. 1998. - V. 2, N. 3. - P. 207-216.

54. Cramp R. Novel thermophilic bacteria producing nitrile-degrading enzymes / R. Cramp, M. Gilmour, D.A. Cowan // Microbiology. 1997. - V. 143. -P. 2313-2320.

55. Deigner H.P. Prevalence of steric restrictions in enzymatic nitrile-hydrolysis of a preparation from Rhodococcus sp. 409 / H.P. Deigner, C. Blencowe, C.E. Freyberg // J. Mol. Catal. B: Enzymatic. 1996. - V. 1, N. 2. - P. 61-70.

56. DeSantis G. An enzyme library approach to biocatalysis: development of nitrilases for enantioselective production of carboxylic acid derivatives / G. DeSantis, Z. Zhu, W.A.Greenberg et al. /I J. Am. Chem. Soc. 2002. -V. 124.-P. 9024-9025.

57. Dhillon J. Biodegradation of cyanide compounds by a Pseudomonas species (SI) / J. Dhillon, N. Shivaraman // Can. J. Microbiol. 1999. - V. 45. -P. 201-208.

58. Dhillon J. Transformation of aliphatic and aromatic nitriles by a nitrilase from Pseudomonas sp. / J. Dhillon, S. Chatre, R. Shanker et al. // Can. J. Microbiol. 1999. -V. 45.-P. 811-815.

59. Dias J.C.T. Bioconversion of nitriles by Candida guilliermondii CCT 7207 cells immobilized in barium alginate / J.C.T. Dias, R.P. Rezende, V.R. Linardi // Appl. Microbiol. Biothechnol. 2001. - V. 56, N. 5-6. - P. 757-761.

60. Duran R. Characterization of nitrile hydratase genes cloned by DNA screening from Rhodococcus erythropolis. R. Duran, M. Nishiyama, S. Horinouchi et al. //Biosci. Biotechnol. Biochem. 1993. - V. 57. - P. 1323-1328.

61. Dufour E. Engineerinng nitrile hydratase activity into a cysteine protease by a single mutation / E. Dufour, A.C. Storer, R. Menard, // Biochemistry. 1995. -V. 34.-P. 16382-16388.

62. Effenberger F. Enzyme-catalysed enantioselective hydrolysis of racemic naproxen nitrile / F. Effenberger, J. Bohme // Bioorg. Med. Chem. 1994. -V. 2.-P. 715-721.

63. Effenberger, F. Chemo- and enantioselective hydrolysis of nitriles and acid amides, respectively, with resting cells of Rhodococcus sp. C3II and Rhodococcus erythropolis MP50 / F. Effenberger, B.W. Graef// J. Biotech.- 1998. V. 60, N. 3. - P. 165-174.

64. Endo T. Nitrile hydratase of Rhodococcus sp. N-774. Purification and amino acid sequences / T. Endo, I. Wantanabe // FEBS Letts. 1989. - V. 243. -P. 61-64.

65. Endo I. An enzyme controlled by light: the molecular mechanism of photoreactivity in nitrile hydratase /1. Endo, M. Odaka, M. Yohda // Trends Biotechnol. 1999. -V. 17, N. 6. - P. 244-248.

66. Faber K. Biotransformations in organic chemistry / K. Faber // Springer, Berlin Heidelberg. New York. - 1992. - P. 113-134.

67. Fallon R.D. A Pseudomonas putida capable of stereoselective hydrolysis of nitriles / R.D. Fallon, B. Stieglitz, I Jr. Turner // Appl. Microbiol. Biotechnol.- 1997. V. 47, N. 2. - P. 156-161.

68. FarrarD. Polymeric compositions and their production / D. Farrar, P. Flesher // EP patent no. 0329325. 1989.

69. Gabriel J. High-perfomance liquid chromatographic study of the aromatic nitrile metabolism in soil bacteria / J. Gabriel, J. Vekova, J. Vosahlo // J. Chromatography. 1996. - V. 681. - P. 191-195.

70. Gavagan J.E. A Gram-negative bacterium producing a heat-stable nitrilase highly active on aliphatic dinitriles / J.E. Gavagan, R. DiCosimo, A. Eisenberg et al. II Appl. Microbiol. Biotechnol. 1999. - V. 52. - P. 654- 659.

71. Goldhust A. Induction, purification and characterization of the nitrilase of Fusarium oxysporum / A. Goldhust, Z. Bohak // Biotechnol. Appl. Biochem.- 1989. -V. 11.-P. 581-601.

72. Gradley M.L. Asymmetric hydrolysis of R-(2) S-(l)-2-methylbutyronitrile by Rhodococcus rhodochrous NCIMB-11216 / M.L. Gradley, C.J.F. Deversom, CJ. Knowles // Arch. Microbiol. 1994. - V. 161. - P. 246-251.

73. Gradley M.L. Asymmetric hydrolysis of chiral nitriles by Rhodococcus rhodochrous NCIMB-11216 nitrilase / M.L.Gradley, С J. Knowles // Biotechnol. Lett. 1994. - V. 16. - P. 41-46.

74. Graham D. Nitrile biotransformations using free and immobilized cells of a thermophilic Bacillus spp. / D. Graham, R. Pereira, D. Barfield et al. / Enzyme Microbial Technol. 2000. - V. 26. - P. 368-373.

75. Hann E.C. Regioselective biocatalytic hydrolysis of (E,Z)-2-methyl-2-butenenitrile for production of (E)-2-methyl-2-butenoic acid / E.C. Hann, A.E. Sigmund, S.K. Fager et. al. II Tetrahedron. 2004. - V. 60. - P. 577-581.

76. Harper D. Microbial metabolism of aromatic nitriles: enzymology of C-N cleavage by Nocardia sp. NCIB 11216 / D. Harper // J. Biochem. 1977. -V. 165. - P. 309-319.

77. Harper D. Fungal degradation of aromatic nitriles: enzymology of C-N cleavage by Fusarium solani / D. Harper // Biochem. J. 1977. - V. 167. -P. 685-690.

78. Harper D.B. Purification and properties of an unusual nitrilase from Nocardia sp. NCIB 11216 / D.B. Harper // Biochem. Soc. Trans. 1976. - V. 165. -P. 502-504.

79. Harper D.B. Characterization of a nitrilase from Nocardia sp. (Rhodochrous group) N.C.I.B. 11215, using p-hydroxybenzonitrile as sole carbon source / D.B. Harper // Int. J. Biochem. 1985. - V. 17. - P. 677-683.

80. Hashimoto Y. Nitrile hydratase gene from Rhodococcus sp. N-774. Requirement for its downstream region for efficient expression / Y. Hashimoto, M. Nishiyama, S. Horinouchi et al. II Biosci. Biotechnol. Biochem. 1994.-V. 58.-P. 1859-1865.

81. Hashimoto Y. Development of host -vector system in a Rhodococcus strain and its use for expression of the cloned nitrile hydratase gene cluster / Y.Hashimoto, M. Nishiyama, F. Yu et al. И J. Gen. Microbiol. 1992. -V. 138.-P. 1003-1010.

82. Hirrlinger B. Purification and characterization of an amidase from Rhodococcus erythropolis MP 50 which enantioselectively hydrolyzes 2-arylpropionamides / B.Hirrlinger, A. Stolz, H. Knackmuss // J. Bacteriol. 1996. -V. 178.-P. 3501-3507.

83. Honda J. Spectroscopic observation of the intramolecular electron transfer in the photoactivation processes of nitrile hydratase / J. Honda, H. Kandori, T. Okada et al. II Biochemistry. 1994. - V. 33. - P. 3577-3583.

84. HoyleAJ. The nitrilases of Rhodococcus rhodochrous NCIMB 11216 / A J. Hoyle, A.W. Bunch, C.J. Knowles // Enzyme Microbial Technol. 1998. -V. 23.-P. 475-482.

85. Huang W.J. Crystal structure of nitrile hydratase reveals a novel iron centre in a novel fold / W.J. Huang, J. Jia, J. Cummings et al. II Structure. 1997. -V.5.-P. 691-699.

86. Hughes J. Application of whole cell rhodococcal biocatalysts in acrylic polymer manufacture / J. Hughes, Y.C. Armitage, K.C. Symes // Antonie Van Leeuwenhoek. 1998. - V. 74, N. 1-3. - P. 107-118.

87. Ikehata 0. Primary structure of NHase deduced from nucleotide sequence of a Rhodococcus sp. and its expression in E. coli / 0. Ikehata, M. Nishiyama, S. Horinouchi et al. II Eur. J. Biochem. 1989. - V. 181. - P. 563-570.

88. Jin H. Co-ordination sphere of the ferric ion in nitrile hydratase / H. Jin, I.M.Jr. Turner, M.J. Nelson et al. II J. Am. Chem. Soc. 1993. - V. 115. -P. 5290-5291.

89. Kato Y. Distribution of aldoxime dehydratase in microorganisms / Y. Kato, R. Ooi, Y. Asano // Appl. Environ. Microbiol. 2000. - V. 66. - P. 22902296.

90. Kato Y. Nitrile hydratase involved in aldoxime metabolism from Rhodococcus sp. strain YH3-3 / Y. Kato, T. Tsuda, Y. Asano // Eur. J. Biochem. 1999. -V. 263.-P. 662-670.

91. KaufmannG. Nitrile hydratase from Rhodococcus erythropolis: Metabolization of steroidal compounds with a nitrile group / G. Kaufmann, H. Dautzenberg, H. Henkel et al. II Steroids. 1999. - V. 64, N. 8. - P. 535-540.

92. Kim S. Cloning and expression of the nitrile hydratase and amidase genes from Bacillus sp. BR449 into Escherichia coli / S. Kim, P. Oriel // Enzyme Microbial Technol. 2000. - V. 27, N. 7. - P. 492-501.

93. Klempier N. Selective transformation of nitriles into amides and carboxylic acids by an immobilized nitrilase / N. Klempier, A. de Raadt, K. Faber // Tetrahedron Lett. 1991. - V. 32. - P. 341-344.

94. Knowles C.J. The utilization nitriles and amides by Nocardia rhodochrous LL 100-121 / C.J. Knowles, P.A. Collins // J. Gen. Microbil. 1983. - V. 129. -P. 711-718.

95. Knowles C.J. Utilization of aliphatic amides and nitriles by Nocardia rhodochrous LL 100-21 / CJ. Knowles, E.A. Linton // J. Gen. Microbil.- 1986. -V. 132.-P. 1493-1501.

96. Kobayashi M. Hyperinduction of nitrile hydratase acting on indol-3-acetonitrile in Agrobacterium tumefaciens / M. Kobayashi, T. Fujita, S. Shimizu // Appl. Microbiol. Biotechnol. 1996. - V. 45, N. 1-2. - P. 176181.

97. Kobayashi M. Biochemical and Genetic Analysis of Nitrile Metabolism in Rhodococcus Strains / M. Kobayashi, S. Horinouchi, T. Beppu et al. II Биотехнология. 1995. - N. 7-8. - P. 136-138.

98. Kobayashi M. Nitrilase catalyzes amide hydrolysis as well as nitrile hydrolysis / M. Kobayashi, M. Goda, S. Shimizu // Biochem. Biophys. Res. Commun. 1998. - V. 253, N. 3. - P. 662-666.

99. Kobayashi M. The catalytic mechanism of amidase also involves nitrile hydrolysis / M. Kobayashi, M.Goda, S. Shimizu // FEBS Lett. 1998. -V. 439, N. 3. - P. 325-258.

100. Kobayashi M. Nitrilase from Rhodococcus rhodochrous Jl. Sequencing and overexpression of the gene and identification of an essential cysteine residue / M. Kobayashi, H. Komeda, N. Yanaka et al. II J. Biol. Chem. 1992.- V. 267, N. 29. P. 20746-20751.

101. Kobayashi M. Enzymatic synthesis of acrylamide: a success story not yet over / M. Kobayashi, T. Nagasawa, H. Yamada // Trends Biotechnol. 1992. -V. 10.-P. 402-408.

102. Kobayashi M. Nitrilase of Rhodococcus rhodochrous Jl. Purification and characterization / M.Kobayashi, T.Nagasawa, H.Yamada / Eur. J .Biochem.- 1989. V. 182, N. 2. - P. 349-56.

103. Kobayashi M. Cloning, nucleotide sequence and expression in E. coli of two cobalt containing NHases from R. rhodochrous Jl / M. Kobayashi, M.Nishiyama, T.Nagasawa et al. II Biochim. Biophys. Acta. 1991. -V. 1119.-P. 23-33.

104. Kobayashi M. Cobalt proteins / M. Kobayashi, S. Shimizu // Eur. J. Biochem.- 1999. -V. 261.-P. 1-9.

105. KobayashiM. Versatile nitrilase: nitrile-hydrolyzing enzymes/ M. Kobayashi, S. Shimizu // FEMS Microbiol. Lett. 1994. - V. 120. -P. 217-224.

106. Kobayashi M. Nitrile hydralases / M. Kobayashi, S. Shimizu // Curr. Opin. Chem. Biol. 2000. - V. 4. - P. 95-102.

107. Kobayashi M. Occurrence of enzymes involved in biosynthesis of indole-3-acetic acid from indole-3-acetonitrile in plant-associated bacteria, Agrobacterium and Rhizobium / M. Kobayashi, T. Suzuki, T. Fujita et al. II PNAS. 1995. - V. 92. - P. 714-718.

108. Kobayashi M. Hyperinduction of an aliphatic nitrilase by Rhodococcus rhodochrous K22 / M. Kobayashi, N. Yanaka, T. Nagasawa et al. I I FEMS Microbiol. Lett. 1991. - V. 77. - P. 121-124.

109. Kobayashi M. Purification and characterization of a novel nitrilase of Rhodococcus rhodochrous K22 that acts on aliphatic nitriles / M. Kobayashi,

110. N. Yanaka, T.Nagasawa et al. И J. Bacterid. 1990. - V. 172, N. 9. -P. 4807-4815.

111. Komeda H. Gene cloning, nucleotide sequencing, and purification and characterization of the D-stereospecific amino acid amidase from Ochrobactrum anthropi SV3 / H. Komeda, Y. Asano // Eur. J. Biochem. 2000. - V. 267. - P. 2028-2035.

112. Komeda H. Transcriptional regulation of the Rhodococcus rhodochrous J1 nitA gene encoding a nitrilase / H. Komeda, Y. Hori, M. Kobayashi et al. II Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1996. - V. 93, N. 20. - P. 10572-10577.

113. Komeda H. A novel transporter involved in cobalt uptake / Komeda H., M. Kobayashi, S. Shimizu // Appl. Biological Sci. 1997. - V. 94. - P. 36-41.

114. Komeda H. Characterization of the gene cluster of high-molecular-mass nitrile hydratase (H-NHase) induced by its reaction product in Rhodococcus rhodochrous J1 / H. Komeda, M. Kobayashi, S. Shimizu // PNAS. 1996. -V. 93.-P. 4267-4272.

115. Komeda H. Transcriptional regulation of the Rhodococcus rhodohrous J1 NitA gene encoding a nitrilase / H. Komeda, M. Kobayashi, S. Shimizu // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1996. - V. 93. - P. 10572-10577.

116. Kopf M.A. Key role of alkanoik acid on the spectral properties, activity, and active site stability of iron-containing nitrile hydratase from Brevibacterium R312 / M.A. Kopf, D. Bonnet, I. Artaud et al. II Eur. J. Biochem. 1996. -V. 240.-P. 239-244.

117. Kotlova E. Isolation and primary characterization of an amidase from Rhodococcus rhodochrous M8 / E. Kotlova, G. Chestukhina, 0. Astaurova et al. // Biochemistry. 1999. - V. 64. - P. 384-389.

118. Kunz D.A. Accumulation of a-keto acids as essential components in cyanide assimilation by Pseudomonasfluorescens NCIMB11764 / D.A. Kunz, J.-L. Chen, G. Pan // Appl. Environ. Microbiol. 1998. - P. 4452-4459.

119. Langdahl B.R. Nitrile hydrolysis by Rhodococcus erythropolis BL1, an acetonitrile-tolerant strain isolated from a marine sediment / B.R. Langdahl, P. Bisp, K. Ingvorsen // Microbiology. 1996. - V. 142. - P. 145-154.

120. LayhN. Enantioselective hydrolysis of O-acetylmandelonitrile to O-acetylmandelic acid by bacterial nitrilases / N. Layh, A. Stolz, S. Forster et al. II Arch. Microbiol. 1992. - V. 158. - P. 405-411.

121. Layh N. Enantioselective hydrolysis of racemic naproxen nitrile and naproxen amide to ^-naproxen by new bacterial isolates / N. Layh, A. Stolz, J. Bohme et al. // J. Biotechnol. 1994. - V. 33. - P. 175-182.

122. LayhN. Characterization and partial purification of an enantioselective arylacetonitrilase from Pseudomonas fluorescens DSM 7155 / N. Layh, J. Parratt, A. Willetts // J. Mol. Catal. B: Enzymatic. 1998. - V. 5, N. 5-6. -P. 467-474.

123. Layh N. Enrichment strategies for nitrile-hydrolysing bacteria / N. Layh, B. Hirringer, A. Stolz et. al. II Appl. Microbiol. Biotechnol. 1997. - V. 47, N. 6.-P. 668-674.

124. Layh N. Enantioselective nitrile hydratases and amidases from different bacterial isolates / N. Layh, R. Bauer, S. Trott et al. II J. Mol. Catal. B: Enzymatic.-1998.-V. 5,N. 1-4.-P. 137-141.

125. Levy-Schil S. Aliphatic nitrilase from a soil-isolated Comamonas testosteroni sp.: gene cloning and overexpression, purification and primary structure / S. Levy-Schil, F. Soubrier, A.M. Crutz-Le Coq et al. II Gene. 1995.-V. 161,N. l.-P. 15-20.

126. Li W.Z. Formation and purification of nitrile hydratase from Corynebacterium nitrilophilus ZBB-41 / W.Z. Li, Y.Q. Zhang, H.F. Yang // Appl. Biochem. Biotechnol. 1992. - V. 36. - P. 171-181.

127. Linardi V.R. Utilization of acetonitrile and other aliphatic nitrilase by Candida famata strain / V.R. Linardi, J.C.T. Dias, C.A. Rosa // FEMS Microbiol. Lett. 1996. - V. 144. - P. 67-71.

128. Linton E. A. Utilization of Aliphatic Amides and Nitriles by Nocardia rhodochrous LL 100-21 / E. A. Linton, Ch. J. Knowles // J. Gen. Microbil.- 1986. -V. 132.-P. 1493-1501.

129. Liu J. The role of nitrogenase in a cyanide degrading Klebsiella oxytoca strain / J. Liu, C. Liu, C. Lin // Proc. Natl. Sci. Counc. Repub. China. 1997. -V. 21. - P. 37-42.

130. McBride K.E. Metabolism of the herbicide bromoxynil by Klebsiella pneumoniae subsp. ozaenae / K.E. McBride, J.W. Kenny, D.M. Stalker // Applied and Environmental Microbiology. 1986. - V. 52. - P. 325-330.

131. Maestracci M. The amidases from a Brevibacterium strain: Study and applications / M. Maestracci, K. Bui, A. Thiery // Adv. Biochem. Eng. Biotechnol. 1988. - V. 36. - P. 69-115.

132. Mahadevan S. Nitrilase. II. Substrate specificity and possible mode of action / S. Mahadevan, K. Thimann // Arch. Biochem. Biophys. 1964. - V. 107. -P. 62-68.

133. Martinkova L. Biotransformation of 3-substituted methyl (R,S)-4-cyanobutanoates with nitrile- and amide-converting biocatalysts / L. Martinkova, N. Klempier, J. Bardakji et al. II J. Mol. Catal. B: Enzymatic.- 2001. V. 14, N. 4-6. - P. 95-99.

134. Marti'nkova L. Nitrile-and amide-converting microbial enzymes: stereo-, regio- and chemoselectivity / L. Martmkova, V. Kren // Biocat. Biotrans. -2002. V. 20.-P. 73-93.

135. Mascharak P.K. Structural and functional models of nitrile hydratase / P.K. Mascharak // Coordin. Chem. Rew. 2002. - V. 225. - P. 201-214

136. Meth-Cohn O. An in-depth study of the biotransformation of nitriles ino amides and/or acids using Rhodococcus rhodochrous AJ270 / O. Meth-Cohn, M.-X. Wang I I J. Chem. Soc. Perkin Trans. 1997. - V. 1. - P. 1099.

137. Miyanaga A. Crystal Structure of Cobalt-Containing Nitrile Hydratase / A. Miyanaga, S. Fushinobu, K. Ito et al. II Biochem. Biophys. Res. Comm. -2001.-V. 288.-P. 1169-1174.

138. Mizunashi W. Overexpression of high-molecular-mass nitrile hydratase from Rhodococcus rhodochrous J1 in recombinant Rhodococcus cells / W. Mizunashi, M. Nishiyama, S. Horinouchi et al. II Appl. Microbiol. Biotechnol. 1998. - V. 49, N. 5. - P. 568-572.

139. Mylerova V. Synthetic application of nitrile-converting enzymes / V. Mylerova, L. Martinkova // Curr. Org. Chem. 2003. - V. 7. - P. 1-17.

140. Nagasawa Т. Optimum culture conditions for the production of benzonitrilase by Rhodococcus rhodochrous Jl / T. Nagasawa, M. Kobayashi, H. Yamada I I Arch. Microbiol. 1988. - V. 150. - P. 89-94.

141. Nagasawa T. A novel nitrilase, arylacetonitrilase, of Alcaligenes faecalis JM3. Purification and characterization / T. Nagasawa, J. Mauger, H. Yamada // Eur. J. Biochem. 1990. - V. 194, N. 3. - P. 765-772.

142. Nagasawa T. Caprolactam, a new powerful inducer for the formation of Rhodococcus rhodochrous Jl nitrilase / T.Nagasawa, T.Nakamura, H. Yamada // Arch. Microbiol. 1990. - V. 155. - P. 13-17.

143. Nagasawa T. Characterization of a new cobalt-containing nitrile hydratase purified from urea-induced cells of Rhodococcus rhodochrous Jl / T. Nagasawa, K. Takeuchi, H. Yamada // Eur. J. Biochem. 1991. - V. 196. -P. 581-589.

144. Nagasawa T. The superiority of the 3rd generation catalyst, Rhodococcus rhodochrous Jl nitrile hydratase, for industrial production of acrylamide / T.Nagasawa, T.S. Shimizu, S.H.Yamada // Appl. Microbiol. Biotechnol.- 1993. -V. 40.-P. 189-195.

145. Nagasawa T. Nitrile hydratase of Pseudomonas chlororaphis B23: purification and characterization / T. Nagasawa, H. Namba, K. Ryuno et al. II Eur. J. Biochem. 1987. - V. 162. - P. 691-698.

146. Nagasawa T. Nitrile hydratase of Brevibacterium R312: purification and characterization / T. Nagasawa, K. Ryuno, H. Yamada // Biochem. Biophys. Res. Commun. 1986. - V. 139.-P. 1305-1312.

147. Nagasawa T. Optimum culture conditions for the production of cobalt-containing nitrile hydratase by Rhodococcus rhodochrous Jl / T. Nagasawa, K. Takeuchi, V. Nardi-Dei et al I I Appl. Microbiol. Biotechnol. 1991.- V. 34. P. 783-788.

148. Nagasawa T. Occurrence of a cobalt-induced and cobalt-containing nitrile hydratase in Rhodococcus rhodochrous Jl / T. Nagasawa, K. Takeuchi, H. Yamada // Biochem. Biophys. Res. Comm. 1988. - V. 155. - P. 1008-1016.

149. Nagasawa Т. Nitrilase of Rhodococcus rhodochrous Jl. Conversion into the active form by subunit association / T. Nagasawa, M. Wieser, T. Nakamura et al. И Eur. J. Biochem. 2000. - V. 267, N. 1. - P. 138-144.

150. Nagasawa T. Microbial transformations of nitriles / T. Nagasawa, H. Yamada // Tibtech. 1989. - V. 7. - P. 153-158.

151. Nishiyama M. Cloning and characterization of genes responsible for metabolism of nitrile compounds from P. chlororaphis B23 / M. Nishiyama, S. Horinouchi, M. Kobayashi // J. Bacterid. 1991. - V. 173. - P. 2465-2472.

152. Nawaz M.S. Simultaneous degradation of acetonitrile and biphenyl by Pseudomonas aeruginosa / Nawaz M.S., Chapatwala K.D. // Can. J. Microbiol. 1991. V. 37. - P. 411- 418.

153. Nawaz M. Purification and characterization of an amidase from an acrylamide-degrading Rhodococcus sp. / M. Nawaz, A. Khan, D. Bhattachaarya et al. II J. Appl. Microbiol. Biotechnol. 1994. - V. 60. -P. 3343-3348

154. Nawaz M. Physical, biochemical, and immunological characterization of a thermostable amidase from Klebsiella pneumoniae NCTR 1 / M. Nawaz, A. Khan, D. Bhattacharya et al. II J. Bacteriol. 1996. - V. 178. - P. 23972401.

155. NojiriM. Cobalt-substituted Fe-type nitrile hydratase of Rhodococcus sp. N-771 / M. Nojiri, H. Nakayama, M. Odaka et al. II FEBS Lett. 2000. -V. 465, N. 2-3.-P. 173-177.

156. Nolan L.M. The cyanide hydratase enzyme of Fuzarium lateritium also has nitrilase activity / L.M.Nolan, P.A. Harnedy, P. Turner et al. II FEMS Microbiol. Lett. 2003. - V. 221. - P. 161-165.

157. Odaka M. An enzyme controlled by light: the molecular mechanism of photoreactivity in nitrile hydratase / M. Odaka, M. Yohda, I. Endo // Trends Biotechnol. 1999. - V. 17, N. 6. - P. 244-248.

158. OgawaJ. Microbial enzymes: new industrial applications from traditional screening methods / J. Ogawa, S. Shimizu // Trends Biotechnol. 1999. -V. 17,N. l.-P. 13-20.

159. O'Halloran T.V. Transition metals in control of gene expression // Science. -V. 261.-P. 715-725.

160. O'Reilly C. The nitrilase family of CN hydrolysing enzymes a comparative study / C. O'Reilly, P.D. Turner // J. Appl. Microbiol. - 2003. - V. 95. -P. 1161-1174.

161. Okada M. Activity regulation of photoreactive nitrile hydratase by nitric oxide. M. Okada, K. Fuji, M. Hoshino et al. II J. Am. Chem. Soc. 1997. -V. 119.-P. 3785-3791.

162. Osprianl. Large-scale preparation of a nitrile-hydrolysing biocatalyst: Rhodococcus R 312 (CBS 717.73) / I. Osprian, C. Jarret, U. Strauss et al. II J. Mol. Catal. B: Enzymatic. 1999. - V. 6, N. 6. - P. 555-560.

163. Osswald S. Characterization and synthetic applications of recombinant AtNITl from Arabidopsis thaliana / S. Osswald, H. Wajant, F. Effenberger I I Eur. J. Biochem. 2002. - V. 269. - P. 680-687.

164. Pace H. The nitrilase superfamily: classification, structure and function / H.C. Pace, Ch. Brenner // Genome Biol. 2001. - V. 2, N. 1. - P. 0001.10001.9.

165. Padmakumar R. Bioconversion of acrylonitrile to acrylamide using a thermostable nitrile hydratase / R. Padmakumar, P. Oriel // Appl. Biochem. Biotechnol. 1999. - V. 77. - P. 671-679.

166. Parratt J. Characterization and partial purification of an enantioselective arylacetonitrilase from Pseudomonas fluorescens DSM 7155 / J. Parratt, N. Layh, A. Willetts // J. Mol. Catal. B: Enzymatic. 1998. - V. 5, N. 5-6. -P. 467-474.

167. Payne M. A stereoselective cobalt-containing nitrile hydratase / M. Payne, S. Wu, R. Fallon et al. I I Biochemistry. 1997. - V. 36. - P. 5447-5454.

168. Pereira R. Barfield Nitrile biotransformations using free and immobilized cells of a thermophilic Bacillus spp. / R. Pereira, D. Cowan, D. Graham et al. II Enzyme Microbial Technol. 2000. - V. 26, N. 5-6. - P. 368-373.

169. Pereira R.A. A novel thermostable nitrile hydratase / R.A. Pereira, D. Graham, F.A. Rainey et al. II Extremophiles. 1998. - V. 2, N. 3. - P. 347357.

170. Piotrowski M. The Arabidopsis thaliana isogene NIT4 and its orthologs in tobacco encode J3-cyano-L-alanine hydratase/nitrilase / M. Piotrowski, S. Schonfelder, W.E. Weiler // J. Biol. Chem. 2001. - V. 276. - P. 26162621.

171. Pogorelova Т.Е. Cobalt-dependent transcription of the nitrile hydratase gene in Rhodococcus rhodochrous M8 / T.E.Pogorelova, L.E.Ryabchenko, N.I.Sunzov et al. И FEMS Microbiol. Lett. 1996. - V. 144. - P. 191-195.

172. Prepechalova I. Enantioselective hydrolysis of ketoprofennitrile, naproxennitrile, and naproxenamide by bacteria / I. Prepechalova, L. Martinkova, V. Kren // Chem. Listy. 1996. - V. 90. - P.719-720.

173. Prepechalova I. Purification and characterization of the enantioselective nitrile hydratase from Rhodococcus equi A4 /1. Prepechalova, L. Martinkova, A. Stolz // Appl. Microbiol. Biotechnol. 2001. - V. 55. - P. 150-156.

174. Ramakrishna C. Superiority of cobalt induced acrylonitrile hydratase of Arthrobacter spp. IPCB-3 for conversion of acrylonitrile to acrylamide / C. Ramakrishna, J.D. Desai // Biotechnol. Letts. 1992. - V. 14. - P. 827830.

175. Rausch T. Partial purification of nitrilase from Chinese cabbage. / T. Rausch, W. Hilgenberg // Phytochemistry. 1980. - V. 19. - P. 747-750.

176. Rezende R. Metabolism of benzonitrile by Cryptococcus sp. UFMG- Y28 / R. Rezende, J. Dias, V. Ferraz et al. И J. Basic Microbiol. 2000. - V. 40. -P. 389-392.

177. Roach P.C.J. Development of a conductimetric biosensor using immobilised Rhodococcus ruber whole cells for the detection and quantification ofacrylonitrile / P.C J. Roach, D.K. Ramsden, J. Hughes // Biosens. Bioelectron. -2003. -V. 19.-P. 73-78.

178. Rozzell J.D. Commercial scale biocatalysis: myths and realities / J.D. Rozzell // Bioorg. Med. Chem. 1999. - V. 7, N. 10. - P. 2253-2261.

179. Saroja N. Biodegradation of starch-g-polyacrylonitrile, a packaging material, by Bacillus cereus / N. Saroja, T.R. Shamala, R.N. Tharanathan // Process Biochemistry. 2000. - V. 36, N. 1-2. - P. 119-125.

180. Schmid A. The use of enzymes in the chemical industry in Europe / A. Schmid, F. Hollmann, J.B. Park et al // Curr. Opin. Biotech. 2002. -V. 13.-P. 359-366.

181. Schmidt R.C. Transgenic tobacco plants expressing the Arabidopsis thaliana nitrilase II enzyme / R.C. Schmidt, A. Muller, R. Hain // Plant J. 1996. -V. 9, N.5.-P. 683-691.

182. Sewell B.T. The Cyanide Degrading Nitrilase from Pseudomonas stutzeri AK61 Is a Two-Fold Symmetric, 14-Subunit Spiral / B.T. Sewell, M.N. Berman, P.R. Meyers et al II Structure. 2003. - V. 11. - P. 14131422.

183. Stalker D.M. Cloning and expression in Escherichia coli of a Klebsiella ozaenae plasmid-borne gene encoding a nitrilase specific for the herbicide bromoxynil / D.M. Stalker, K.E. McBride // J. Bacterid. 1987. - V. 169. -P. 955-960.

184. Stalker D. Purification and properties of a nitrilase specific for the herbicide bromoxynil and corresponding nucleotide sequence analysis of the bxn gene / D. Stalker, L. Malyj, K. McBride // J. Biol. Chem. 1988a. - V. 263. -P. 6310-6314.

185. Stevenson D. Mechanistic and structural studies on Rhodococcus ATCC 39484 nitrilase / D. Stevenson, R. Feng, F. Dumas et al. II Biotechnol. Appl. Biochem. 1992. - V. 15. - P. 283-302.

186. StolzA. Enantioselective nitrile hydratases and amidases from different bacterial isolates / A. Stolz, S. Trott, M. Binder et al. II J. Mol. Catal. B: Enzymatic. 1998. - V. 5, N. 1-4. -P. 137-141.

187. Storer A.C. Synthesis of amidrazones using an engineered papain nitrile hydratase / A.C. Storer, R. Menard, D.K. Nagler et al. // FEBS Letters.- 1998. V. 433, N. 1-2. - P. 78-82.

188. Sugai T. Biocatalysis in organic synthesis: the use of nitrile- and amide-hydrolyzing optimization of microorganisms / T. Sugai, T. Yamakazi, M. Yokoyama et al. II Biocsi. Biotechnol. Biochem. 1997. - V. 61.1. P. 1419-1427.

189. Takashima Y. Nitrile hydratase from a thermophilic Bacillus smithii / Y. Takashima, Y. Yamaga, S. Mitsuda // J. Indust. Microbiol. Biotechnol.- 1998. -V. 20.-P. 220-226.

190. Tamura. Method for producing optically active alpha-hydroxy acid or alpha-hydroxyamide using a cyano ion detector and substrate concentration regulator / Tamura // United States Patent 5,736,385. 1998.

191. Tani Y. Characterization of nitrile hydratase and amidase, which are responsible for the conversion of dinitriles to mononitriles, from Corynebacterium spp. / Y. Tani, M. Kurihara // Nishise Agric. Biol. Chem. -1989.-V. 53.-P. 3151-3158.

192. Tauber M.M. Nitrile Hydratase and Amidase from Rhodococcus rhodochrous Hydrolyze Acrylic Fibers and Granular Polyacrylonitriles / M.M. Tauber,

193. A. Cavaco-Paulo, К.-Н. Robra et al. II Appl. Envir. Microbiol. 2000. -V. 66.-P. 1634-1638.

194. Thimann K. Nitrilase II, its substrate specificity and possible mode of action / K. Thimann, S. Mahadevan // Arch. Biochem. Biophys. 1964. - V. 107. -P. 62-68.

195. Thomas S.M. Boicatalysis: applications and potentials for the chemical industry / S.M. Thomas, R. DiCosimo, V. Nagarajan // Trends in Biotechnology. 2002. - V. 20, N. 6. - P. 238-242.

196. Tremblay J-F. Biocatalysis: Japan's unique perspective / J-F. Tremblay // Chem. Eng. News. 2001. - V. 79. - P. 45-49.

197. Trott S. Genetic and biochemical characterization of an enantioselective amidase from Agrobacterium tumefaciens strain d3 / S.Trott, R. Bauer, H.Knackmuss//Microbiol.-2001.-V. 147.-P. 1815-1824.

198. Wang M.-X. Enantioselective biotransformations of racemic a-substituted phenylacetonitriles and phenylacetamides using Rhodococcus sp. AJ270 / M.-X. Wang, G. Lu, G.-J. Ji // Tetrahedron: Asym. 2000. - V. 11. - P. 1231135.

199. Warhurst A.M. Biotransformations catalyzed by the genus Rhodococcus / A.M. Warhurst, C.A. Fewson // Crit. Rev. Biotechnol. 1994. - V. 14. -P. 29-73.

200. Webster N.A. Comparative characterisation of two Rhodococcus species as potential biocatalysts for ammonium acrylate production / N.A. Webster, D.K. Ramsden, J. Hughes // Biotechnol. Lett. 2001. - V. 23. - P. 95-101.

201. Widmer F. A Highly Selective PCR Protocol for Detecting 16S rRNA Genes of the Genus Pseudomonas (Sensu Stricto) in Environmental Samples /

202. F. Widmer, R.J. Seidler, P.M. Gillevet et al. // Appl. Environ. Microbiol.- 1998. V. 64, N. 7. - P. 2545-2553.

203. Wieser M. Bioconversion of 2-cyanopyrazine to 5-hydroxypyrazine-2-carboxylic acid with Agrobacterium sp. DSM 6336 / M. Wieser, K. Heinzmann, A. Kiener // Appl. Microbiol. Biotechnol. 1996. - V. 48, N. 2.-P. 174-176.

204. Wieser M. Stereoselective nitrile-converting enzymes / M.Wieser, T.Nagasawa // In: Patel RN (ed) Stereoselective biocatalysis. Marcel Dekker, New York. 2000. - P. 461-486.

205. Wyatt H. Microbial-degradation of acrylonitrile waste effluents: the degradation of effluents and condensates from the manufacture of acrylonitrile / H. Wyatt, C.J. Knowles // Int. Biodeterior. Biodegrad. 1995.- V. 35,N. 1-3.-P. 227-248.

206. Wu S. Over-production of stereoselective nitrile hydratase from Pseudomonas putida 5B in Escherichia coli: activity requires a novel downstream protein / S. Wu, R.D. Fallon, M.S. Payne // J. Appl. Microbiol. Biotechnol. 1997. - V. 48. - P. 704-708.

207. Wu Z.-L. Enhancement of enzyme activity and enantioselectivity via cultivation in nitrile metabolism by Rhodococcus sp. CGMCC 0497 / Z.-L. Wu, Z.-Y. Li // Biotechnol. Appl. Biochem. 2002. - V. 35. - P. 61-67.

208. Wylie R. Yorkshire and Humber Bioscience is moving forward / R. Wylie // Biotech advantage. 2001. - N. 3. - P. 6-7.

209. Yamada H. Microbial utilization of glutaronitrile / H. Yamada, Y. Asano, Y. Tani // J. Ferment. Technol. 1980. - V. 58. - P. 495-500.

210. Yamada H. Nitrile hydratase and its application to industrial-production of acrylamide / H. Yamada, M. Kobayashi // Biosci. Biotechnol. Biochem.- 1996. -V. 60.-P. 1391-1400.

211. Yamaki T. Cloning and sequencing of a nitrile hydratase gene from Pseudonocardia thermophila JCM3095 / T. Yamaki, T. Oikawa, K. Ito et al. II J. Ferment. Bioeng. 1997. - V. 83. - P. 474-477.

212. Yamamoto К. Purification and characterization of nitrilase responsible for the enantioselective hydrolysis from Acinetobacter sp. AK226. / K. Yamamoto, K. Komatsu // Agric. Biol. Chem. 1991. - V. 55. - P. 1459-1466.

213. Yamamoto K. Production of S-(+)-ibuprofen from a nitrile compound by Acinetobacter sp. strain AK 226 / K. Yamamoto, Y. Ueno, K. Otsubo // Appl. Environ. Microbiol. 1990. -V. 56, N. 10. - P. 3125-3129.

214. Yamamoto K. Efficient conversion of dinitrile to mononitrile-monocarboxylic acid by Corynebacterium sp. C5 cells during tranexamic acid synthesis / K. Yamamoto, Y. Ueno, K. Otsubo // J. Ferment. Bioeng. 1992b. - V. 73. -P. 125-129.

215. Yamamoto K. Production of R-(-)-mandelic acid from mandelonitrile by Alcaligenes faecalis ATCC 8750 / K.Yamamoto, K.Oishi, I.Fujimatsu et al. II Appl. Environ. Microbiol. 1991. - V. 57. - P. 3028-3032.

216. Yanenko A.S. Regulation of nitrile utilization in Rhodococcus / A.S. Yanenko, O.B. Astaurova, T.V. Gerasimova // Биотехнология. 1995. -№7-8.-P. 139-144.

217. Yu F. Nitrilase gene / F. Yu // US Patent 5,872,000. 1999.

218. Armitage Y. Ch. Nitrilase from Rhodococcus rhodochrous for converting acrylonitrile directly to acrylic acid / Y.Ch. Armitage, J. Hughes, N.A. Webster // US Patent 5,998,180. 1999.

219. Kawakami K. Microboilogical production of monocarboxilic acid / K. Kawakami, T. Tanabe, Sh. Inoue // Appl. 1-132392 JP, Int.Cl. С12 P 7/40, C12 Rl:05.- 1987.

220. Poltavskaya S. V. Bacterial strain $1 {Alcaligenes denitrificans) producing nitrilase / S.V. Poltavskaya, T.N. Kozulina, I. Singirtsev et al. IIWIPO Patent WO 02/081659 Al.-2002.

221. Zabaznaya E.V. Bacterial starain Alcaligenes species producing nitrilase / E.V. Zabaznaya, S.V. Kozulin, L.K. Kulikova et al. II Russian patent 2081169 CI RU, Int.Cl. C12 N 9/78, C12 P7/40,13/02 C12 R 1:05. 10 pp.

Информация о работе

Козлов, Сергей Васильевич
кандидата биологических наук
Пермь, 2007
ВАК 03.00.07

Диссертация

Биологическая характеристика бактериальных штаммов-активных продуцентов нитрилгидролизующих ферментов - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы