Zeitschrift für Allgemeine Mikrobiologie: Band 22, Heft 6 1982 [Reprint 2021 ed.] 9783112538845, 9783112538838

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ZEITSCHRIFT _ FÜR ALLGEMEINE MIKROBIOLOGIE AN INTERNATIONAL JOURNAL ON MORPHOLOGY, PHYSIOLOGY, GENETICS, AND ECOLOGY OF MICROORGANISMS HEFT 6 1982 • BAND 22

W EVP 20,— M

AKADEMIE-VERLAG

BERLIN

ISSN 0044-2208

34112

CONTENTS. OF N U M B E R 6

Transformation reesii

of

tomatidine

by

Gymnoascus

I . BELIC, V . GABERC-POREKAR, S0C1Ö AND M . ZAKELJ

H. 359

Improvement of culture conditions of Acinetobacter colcoaceticus grown on n-alkane-containing media in a laboratory fermenter

B . FRICKE, R . BERGMANN, GER AND H . AURICH

Effect of medium treatment on microbial degradation of sterols by Nocardia

R . KOMEL

373

Cytochrome pattern of the methylotrophic acetic acid bacterium MB 58 in dependence on growth conditions

A . STEUDEL AND W . BABEL

379

V . JIRKU, J . LTJDVÌK, AND V . KRUMPHANZL

389

Short N o t e s Biotin deficiency in yeast: electron microscopic analysis Interaction of bacteriophage T7 with Hmd-endonuclease-producing Haemophilus influenzae Rd cells Review Utilization of paraffins and other non-carbohydrate substrates for the synthesis of citric acid

H . SOR365

A . ÖEJKOVÄ

D . H . KRÜGER, SIGRID HANSEN AND M . HARTMANN 395

U . STOTTMEISTER, U . BEHRENS, E . WEISSBRODT, GR. BARTH, D . FRANKE-RINKER AND E . SCHULZE 399

Book Reviews

425

INHALTSVERZEICHNIS HEFT 6

Transformation von Tomatidin durch Gymnoascus reesii Optimierung von Kulturbedingungen für Acinetobacter calcoaceticus beim Wachstum auf n-Albanen in einem Laborfermentor Einfluß des Kulturmediums auf den mikrobiellen Abbau von Sterolen durch Nocardia Das Cytochromkomplement des methylotrophen Essigsäurebakteriums MB 58 in Abhängigkeit von den Wachstumsbedingungen Kurze Originalmitteilungen Biotinmangel bei Hefe: Elektronenmikroskopische Analyse Interaktion des Bakteriophagen T7 mit. JJind-Endonuclease produzierenden Haemophilus influenzae Rd-Zellen Sammelbericht Nutzung von Paraffinen und anderen Nichtkohlenhydrat-Kohlenstoffquellen zur mikrobiellen Citronensäuresynthese Buchbesprechungen

I . BELIC, V . GABERC-POREKAR, SOÖIC u n d M . ZAKELJ .

H. 359

B . FRICKE, R . BERGMANN, H . SORGER u n d H . AUBICH 365 R . KOMEL

373

A . STETTDEL u n d W . BABEL

379

V . JIRKTJ, J . LUDVÌK, UND V . KRUMPHANZL

389

A . ÖEJKOVÄ

D . H . KRÜGER, SIGRID HANSEN UND M . HARTMANN 395

U . STOTTMEISTER, U . BEHRENS, E . WEISSBRODT, G . BARTH, D . FRANKERINKER UND E . SCHULZE 399 425

ZEITSCHRIFT FÜR ALLGEMEINE MIKROBIOLOGIE AN

INTERNATIONAL

JOURNAL

ON

M O R P H O L O G Y , PHYSIOLOGY, G E N E T I C S , AND ECOLOGY OF MICROORGANISMS

H E R A U S G E G E B E N VON

F. Egami, Tokio G. F . Gause, Moskau 0 . Hoff mann-Ostenhof, Wien A. A. Imseneckii, Moskau R. W. Kaplan, Frankfurt/M. F. Mach, Greifswald 1. Mälek, Prag C. Weibull, Lund

unter der Chefredaktion von W. Schwartz, Braunschweig und U. Taubeneck, Jena

UNTER MITARBEIT VON

J . H. Becking, Wageningen H. Böhme, Gatersleben M. Girbardt, Jena S. I. Kusnecov, Moskau 0 . Necas, Brno C. H. Oppenheimer, Port Aransas N. Pfennig, Göttingen I. L. Rabotnova, Moskau A. Schwartz, Wolfenbüttel

HEFT 6 1982 • BAND 22

AKADEMIE-VERLAG BERLIN

REDAKTION

U. May, Jena

Die Zeitschrift für Allgemeine Mikrobiologie soll dazu beitragen, Forschung und internationale Zusammenarbeit auf dem Gebiet der Mikrobiologie zu fördern. Es werden Manuskripte aus allen Gebieten der allgemeinen Mikrobiologie veröffentlicht. Arbeiten über Themen aus der medizinischen, landwirtschaftlichen, technischen Mikrobiologie und aus der Taxonomie der Mikroorganismen werden ebenfalls aufgenommen, wenn sie Fragen von allgemeinem Interesse bebehandeln. Zur Veröffentlichung werden angenommen: Originalmanuskripte, die in anderen Zeitschriften noch nicht veröffentlicht worden sind und in gleicher Form auch nicht in anderen Zeitschriften erscheinen werden. Der Umfang soll höchstens IV2 Druckbogen (24 Druckseiten) betragen. Bei umfangreicheren Manuskripten müssen besondere Vereinbarungen mit der Schriftleitung und dem Verlag getroffen werden. Kurze Originalmitteilungen über wesentliche, neue Forschungsergebnisse. Umfang im allgemeinen höchstens 3 Druckseiten. Kurze Originalmitteilungen werden beschleunigt veröffentlicht. Kritische Sammelberichte und Buchbesprechungen nach Vereinbarung mit der Schriftleitung. Bezugsmöglichkeiten der Zeitschrift für Allgemeine Mikrobiologie: Bestellungen sind zu richten — ¡11 der DDR an eine Buchhandlung oder an den Akademie-Verlag, DDR-1086 Berlin, Leipziger Straße 3 - 4 — im sozialistischen Ausland an eine Buchhandlung für fremdsprachige Literaur oder an den zuständigen Postzeitungsvertrieb — in der BRD und Berlin (West) an eine Buchhandlung oder an die Auslieferungsstelle KUNST U N D WISSEN, Erich Bieber, D-7000 Stuttgart 1, Wilhelmstraße 4 - 6 — in den übrigen westeuroäpischen Ländern an eine Buchhandlung oder an die Auslieferungsstelle KUNST U N D WISSEN, Erich Bieber GmbH, CH-8008 Zürich Dufourstraße 51 — im übrigen Ausland an den Internationalen Buch- und Zeitschriftenhandel; den Buchexport, Volkseigener Außenhandelsbetrieb der Deutschen Demokratischen Republik, DDR-7010 Leipzig, Postfach 160, oder an den Akademie-Verlag, DDR-1086 Berlin, Leipziger Straße 3—4. Zeitschrift für Allgemeine Mikrobiologie Herausgeber: Im Auftrag des Verlages von einem internationalen Wissenschaftlerkollektiv herausgegeben. Verlag: Akademie-Verlag, DDR-1086 Berlin, Leipziger Straße 3 - 4; Fernruf: 2 23 62 29 oder 2 23 62 21 Telex-Nr.: 114420; Bank: Staatsbank der DDR, Berlin, Kto-Nr.: 6836-26-20712. Chefredaktion: Prof. Dr. U D O T A U B E N E C K Prof. Dr. W I L H E L M S C H W A B T Z Anschrift der Redaktion: Zentralinstitut für Mikrobiologie u n d experimentelle Therapie der Akademie der Wissenschaften, DDR-6900 Jena, Beutenbergstr. 11; Fernruf: Jena 885614; TelexN r . : 058621. Veröffentlicht unter der Lizenznummer 1306 des Presseamtes beim Vorsitzenden des Ministerrates der Deutschen Demokratischen Republik. Gesamtherstellung: V E B Druckerei „Thomas Müntzer", DDR-5820 Bad Langensalza. Erscheinungsweise: Die Zeitschrift für Allgemeine Mikrobiologie erscheint jährlich in einem Band mit 10 Heften. Bezugspreise je Band 250,—M zuzüglich Versandspesen (Preis für die D D R 2 0 0 , - M ) . Preis je Heft 2 5 , - M (Preis für die DDR 2 0 , - M ) . Urheberrecht: Alle Rechte vorbehalten, insbesondere die der Übersetzung. Kein Teil dieser Zeitschrift darf in irgendeiner Form — durch Photokopie, Mikrofilm oder irgendein anderes Verfahren — ohne schriftliche Genehmigung des Verlages reproduziert werden. — All rights reserved (including those of translations into foreign languages). No part of this issue may be reproduced in any form, by photoprint, microfilms or any other means, without written permission from the publishers. Erscheinungstermin: Juli 1982 Bestellnummer dieses Heftes 1070/22/6 © 1982 by Akademie-Verlag Berlin. Printed in the German Democratic Republic AN (EDV) 75218

Zeitschrift für Allgemeine Mikrobiologie

22

6

1982

359-363

(*Institute for Biochemistry of the Medical Faculty, Edvard Kardelj University, Ljubljana, Yugoslavia, and **Chemical Institute Boris Kidric, Ljubljana, Yugoslavia)

Transformation of tomatidine by Gymnoascus reesii1) I. BELIC*, V. GABEKC-POREKAR**, H. SOCIO** and M. ZAKELJ* (Eingegangen am 1. 10.1981) Gymnoascus reesii degrades tomatidine after 120 h to products no more detectable by TLC. The intermediates, produced after 48 h of incubation, were identified as tomatanin-3a-ol, tomatidone, 4-tomatiden-3-one, l-tomatiden-3-one, l,4-tomatadien-3-one, and probably 15 /S-hydroxytomatidone. The possible degradation pattern of tomatidine by Gymnoascus reesii is discussed. It is well-known that the transformation of steroids b y microbes capable of degrading the steroid structure yields 17-keto compounds as intermediates, as in, for example, the transformation of the steroidal sapogenin diosgenin b y Mycobacterium phlei (AMBRUS and BUKI 1969). However, KONDO and MITSUGI (1973) have found that some microbes yield 16-keto compounds from diosgenin and, therefore, a different pathway of side-chain degradation seems to be operating. W e found that microbes yielding 17-keto compounds act on steroid alkaloids in such a way that the transformation sequence stopped at the l,4-diene-3-keto stage (BELIC and Socifi 1972), and so 17-keto compounds were not obtained except when the side-chain degrading enzyme complex was induced by a suitable inducer (BELI

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29 Z. Allg. Mikrobiol., Bd. 22, H. 6 60,1 g/1 CS 1,1 g/1 ICS 50,8 g/1 CS 3,3 g/1 ICS 55 g/1 CS - ICS

Methanol 2%

Aspergillus sp. Pénicillium,

z.B. 40 g/1 CS 60 g/1 ICS

20,2 g/1 CS 19,8 g/1 ICS

Propandiol

Candida zeylanoides

DE-OS 2.005.848

85 g/1 CS 10 g/1 ICS

Methanol 2%

29 g/1 CS 29 g/1 ICS

Candida zeylanoides

Glycerin

Selektion mit F-acetat

KYOWA HAKKO KOGYO 1968

DE-OS 1.792.004

KYOWA HAKKO KOGYO 1971

JA 73-44486

KYOWA HAKKO KOGYO 1970

DE-OS 2.360.091 Inst. Franc, du Petrole 1973

130 g/1 CS

Pyridin-6-Dicarbonsäure Chinaldinsäure 1,2 g/1

65 g/1 CS

Candida lipolytica

1

DE-OS 2.264.764 BENCKISER GmbH 1972

128 g/1 CS - ICS

danach erfolgt Zugabe von 2,4-DNP

114 g/1 CS 4,5 g/1 ICS

Candida oleophila

DE-OS 2.264.764 BENCKISER GmbH 1972

128 g/1 CS - ICS

10-2—10"7 MOI/!

2,4-Dinitrophenol

72,5 g/1 CS 50,5 g/1 ICS

Candida oleophila

DE-OS 2.264.764 BENCKISER GmbH 1972

114 g/1 CS 4,5 g/1 ICS

72,5 g/1 CS 50,5 g/1 ICS

DE-OS 2.360.091 Inst. Franc, du Petrole 1973

I disk. Ferm. 135 g/1 CS II kont. Ferm. 1,22-1,42 g/h- 1

Candida oleophila

a-Picolinsäure 1,2g/1

I disk. Ferm. 1 05 g/1 CS II kont. Ferm. 0,99 g / h - 1

Candida lipolytica

Mikrobielle Citronensäuresynthese 413

414

T L STOTTMEISTER et

al.

zu Fluorcitrat, welches die Aconitase kompetitiv hemmt. Dadurch kommt es zu einer verstärkten Anreicherung von CS. Eine unspezifische Hemmung der Aconitase wird durch a,a'-Dipyridyl, o-Phenantrolin, Cyanessigsäure, Calciumhexacyanoferrat, Chinaldinsäure u. a. erreicht, wobei eine Beeinflussung durch die Verringerung der Eisenionen wahrscheinlich ist. 6.2. E n t k o p p l e r w i r k u n g Durch Zusatz von 2.4-Dinitrophenol wird bewirkt, daß die Oxydation des NADH 2 wenig oder gar kein ATP liefert, was sowohl zum verstärkten Abfließen des NADH 2 als auch zur verminderten ATP-Synthese führt (s. Abschn. 3. Biochemie). 6.3. Z u s a t z ein- und m e h r w e r t i g e r A l k o h o l e Durch Zusatz von Methanol bzw. von mehrwertigen Alkoholen konnte sowohl eine Ausbeutesteigerung als auch eine Verschiebung des CS :ICS-Verhältnisses erreicht werden (s. Tab. 6). 6.4. Z u s a t z o b e r f l ä c h e n a k t i v e r S t o f f e (OAS) Oberflächenaktive Stoffe werden in Konzentrationen von 0,001—0,1 Gew.-% dem Fermentationsmedium zugesetzt und wirken als Dispergier- bzw. Antischaummittel und somit indirekt auf die Ausbeute. Bei der Citronensäuresynthese fanden z. B folgende OAS Anwendung: Tween 40 (DE-OS 1.642.716,1967, K Y O W A H A K K O K O G Y O ) , Nonion L P 20 ß (DE-OS 2.048.356, 1970, K Y O W A HAKKO K O G Y O ) , Nonion OT 221 (DE-OS 2.065.206, 1970, K Y O W A H A K K O K O G Y O ) . 7. Einfluß

von Fermentationsparametern auf die von Citronensäuren

Überproduktion

7.1. T e m p e r a t u r Nach MAKCHAL et al. (1977b) ändert sich die spezifische Produktbildungsrate zwischen 25—33° nicht. Der Arbeitsbereich der überwiegenden Anzahl der Autoren liegt bei 2 8 - 3 0 ° . 7.2. p H - W e r t Übereinstimmend wird (NAKAKISHI et al. 1972, ILLARIOETOVA et al. 1975, MARCHAL et al. 1977b) der pH-Bereich von 5,5—6,5 als der optimale Bereich der Ausscheidung beschrieben. Der Stamm Candida lipolytica ATCC 20.228 scheidet bei pH-Wert 2—3 ohne Neutralisation der gebildeten Säure große Mengen CS aus (DE-OS 2.050.361, P F I Z E R Inc. 1970). Ein Absenken des pH-Wertes während der Wachstumsphase kurz vor der N-Auszehrung auf einen pH-Wert von 3 erweist sich als günstig für die darauffolgende Produktbildungsphase beim pH-Wert 5,5 (DD/144.792, A d W - I t C , 1979). 7.3. G e l ö s t s a u e r s t o f f und S a u e r s t o f f b e d a r f Untersuchungen zum Einfluß der Belüftung führten bei den Hefen (HATTORI et al. 1974e, FURTJKAWA et al. 1977, MARCHAL et al. 1977) ebenso wie bei Aspergillus niger ( K U B I C E K et al. 1980) zu der Aussage, daß bei steigender Belüftungsintensität die Geschwindigkeit der Säureausscheidung steigt. MARCHAL et al. (1977) geben 40% der Luftsättigung als Grenzwert an, von dem an keine Steigerung der Produktbildungsrate

Mikrobielle Citronensäuresynthese

415

mehr zu beobachten ist. Der Verlauf der Produktbildungsgeschwindigkeit in Abhängigkeit vom Sauerstoffpartialdruck als MiCHAELis-MENTEN-Kinetik mit einem Sättigungswert von 50% der Luftsättigung wird von STOTTMEISTER et al. (1981) beschrieben. PUKLOWSKI et al. ( 1 9 7 8 ) beschrieben bei einem Candida parapsilosis-Stamm eine Erniedrigung der CS-Ausbeute mit steigenden Belüftungsraten und eine Beeinflussung der Zellmorphologie durch die Rührergeschwindigkeit. Die Abhängigkeit des Maximums der CS-Bildung bei Candida lipolytica „COOPER" and C. lipolytica ATCC 8661 von der Belüftungsrate wird von MORESI et al. ( 1 9 8 0 ) beschrieben. Eine Erhöhung des Sauerstoffanteiles in der Luft führte nach MARCHAL et al. ( 1 9 7 7 ) zu keiner Steigerung der Produktbildungsrate. Angaben zum Sauerstoffbedarf sind bei MARCHAL ( 1 9 7 7 ) ( 1 , 4 8 g l ^ h - 1 = 2 , 5 2 mMol _1 _1 -1 -1 0 2 h g ) und STOTTMEISTER et al. ( 1 9 8 1 ) ( 2 , 5 mMol 0 2 h g ) für den diskontinuierlichen Prozeß und bei AIBA und MATSUOKA f ü r 9 verschiedene Durchflußraten im kontinuierlichen Prozeß zu finden. Das Maximum der Aufnahmerate ist bei diskontinuierlicher Prozeßführung unmittelbar nach der N-Auszehrung zu beobachten. Trotz des geringen Sauerstoffbedarfes im Bereich der konstanten Produktion muß ein hoher Gelöstsauerstoffspiegel aufrechterhalten werden. 7.4. N e u t r a l i s a t i o n s m i t t e l Zur Neutralisation der bei der Fermentation gebildeten Citronensäuren können Alkali- und Erdalkalihydroxide, Alkali- und Erdalkalicarbonate, die löslichen Hydrogencarbonate und Ammoniak eingesetzt werden. Bei einem Vergleich der Neutralisationsmittel beschrieben HATTORI et al. (1974e) bei der Verwendung von Ammoniakwasser eine deutliche Verschiebung des CS:ICSVerhältnisses zugunsten der CS (1:1 bei Ca(OH) 2 , 1:0,2 bei NH 3 • H 2 0). 7.5. S u b s t r a t w e c h s e l u n d

Mischsubstratverwertung

Untersuchungen zur Ausscheidungsfähigkeit von Citronensäuren bei einem Wechse 1 von Substraten mit unterschiedlichen Stoffwechselwegen wurden mit Candida lipolytica vorgenommen. Ein Wachstum auf Glucose und eine nachfolgende Produktionsphase unter Nutzung von w-Paraffinen brachte eine Ausbeutesteigerung (IWATA J A 72-39593, KAGAKU KOGYO 1971). Die Fähigkeit eines schnellen Umschaltens von Glucose auf w-Paraffinverwertung bzw. umgekehrt bleibt auch bei ruhenden Zellen unter den Bedingungen einer CS-Ausscheidung erhalten (TABUCHI U. H A R A 1974b). Bei gleichzeitigem Vorhandensein von Paraffin und Glucose im Medium wird für das Wachstum nur Glucose genutzt. In der Produktionsphase erfolgt jedoch eine gleichzeitige Verwertung beider Substrate (BEHRENS et al. 1978). 8. Kinetik

und Bilanzierung

der

Säurebildung

Die kinetischen Daten sind oftmals nur indirekt aus den Angaben zur Charakterisierung der Fermentation zu errechnen (s. Tab. 7). Spezifische Produktbildungsraten werden von MARCHAL et al. ( 1 9 7 7 ) angegeben: CS 0,0615 h - 1 (HTS-bezogen) ICS 0,0415 h" 1 CS + ICS 0,10 h- 1 . Von BEHRENS et al. ( 1 9 7 8 ) wird eine Dreiphasigkeit der Produktbildungsphase aufgezeigt, die von FRANKE-RINKER und BEHRENS ( 1 9 7 9 ) durch den Verlauf der spezifi29»

416

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