Το βακτήριο ***Actinobaccilus succinogenes***, είναι ένα προαιρετικά αναερόβιο βακτήριο το οποίο χρησιμοποιείται στις μικροβιακές ζυμώσεις για παραγωγή ηλεκτρικού οξέος.

Οικογένεια *Pasteurellaceae*
----------------------------

Tο γένος *Actinobacillus* ανήκει στην οικογένεια *Pasteurellaceae* Pohl (1981), με την οποία σχετίζονται περισσότερα από 80 taxa, ενώ μέχρι σήμερα φυλογενετικές μελέτες επιβεβαιώνουν ότι την απαρτίζουν 13 γένη. Το σύνολο των γενών της οικογένειας *Pasteurellaceae* είναι παρασιτικά βακτήρια που διαβιούν στους βλεννογόνους θηλαστικών και πτηνών, ενώ πολλά από αυτά αποτελούν δυνητικά παθογόνους μικροοργανισμούς. Όσον αφορά τους φαινοτυπικούς τους χαρακτήρες, είναι Gram-, προαιρετικά αναερόβια βακτήρια με μορφή κόκκων ή ράβδων συνήθους μεγέθους 0,3 x 0,3-2 μm, τα οποία δε σχηματίζουν ενδοσπόρια και παρουσιάζουν βέλτιστη ανάπτυξη στους 37οC (Olsen et al. 2005). Όπως πλήθος Gram- βακτηρίων, αρκετά είδη, με κυριότερους αντιπροσώπους στα γένη *Actinobacillus*, *Mannheimia* και *Pasteurella* δυνητικά παράγουν τοξίνες τύπου RTX, βακτηριακές κυτοτοξίνες και κυτολυσίνες.

Το είδος *Actinobacillus succinogenes*
--------------------------------------

Το είδος *Actinobacillus* *succinogenes* απομονώθηκε από τη μεγάλη κοιλία βοοειδών και περιεγράφηκε για πρώτη φορά από τους Guettler et al. (1999). Όπως αναφέρουν στη μελέτη του στελέχους *Actinobacillus succinogenes* 130ZT, είναι μη κινητό, χωρίς τη δυνατότητα παραγωγής ενδοσπορίων, πλειομορφικό, συχνότερα απαντώμενο με μορφή κόκκων ή ράβδων (0,8 x 1 μm), Gram-, χημειοοργανότροφο, προαιρετικά αναερόβιο βακτήριο. Οι αποικίες του σε TSB agar είναι κυκλικές, φαιού γκρι χρώματος, με διάμετρο 1-1,5 mm (Εικόνα 1.1). Αποτελεί είδος μεσόφιλο, το οποίο αναπτύσσεται καλύτερα μεταξύ 37 και 39 °C. Αδυνατεί να αναπτυχθεί σε pH χαμηλότερο του 5,5, ενώ βέλτιστο αποτελεί το 6,7.Όσον αφορά το μεταβολισμό του, το είδος *A. succinogenes* παράγει ηλεκτρικό και οξικό οξύ, και σε μικρότερες ποσότητες μυρμηκικό, οξαλοξικό και πυροσταφυλικό οξύ, καθώς και αιθανόλη. Να τονιστεί επίσης ότι το συγκεκριμένο είδος βακτηρίου στερείται παθογένειας και το γονιδίωμά του δεν κωδικοποιεί για RTX τοξίνες που απαντώνται σε άλλους αντιπροσώπους της οικογένειας *Pasteurellaceae*. Ακόμη, πρέπει να σημειωθεί ότι το βακτήριο *A. succinogenes* είναι αυξότροφο στα αμινοξέα κυστεΐνη, γλουταμινικό οξύ και μεθειονίνη. Η ανάπτυξη του έχει εξεταστεί σε πλήθος πηγών άνθρακα και βιομηχανικών αποβλήτων. Η προσθήκη ανθρακικού μαγνησίου (MgCO3) στις ζυμώσεις για την παραγωγή ηλεκτρικού οξέος από το βακτήριο συμβάλει στον ακριβέστερο έλεγχο του διαλυτού CO2 και δεν επηρεάζει αισθητά το pH της ζύμωσης (Liu et al. 2008), ενώ φαίνεται να παίζει ρόλο στη διαμόρφωση των τελικών συγκεντρώσεων των προϊόντων. O ρόλος της αναγωγικής ενέργειας έχει επίσης εξεταστεί με χρήση ανηγμένων πηγών άνθρακα (π.χ. γλυκερόλη), αέριου υδρογόνο, ηλεκτρικής ενέργειας και κάποιου μεταφορέα ηλεκτρονίων ή ηλεκτροχημικής μεμβράνης και φαίνεται να συμβάλει στην αύξηση της τελικής παραγωγής του ηλεκτρικού οξέος.

Ο μεταβολισμός του βακτηρίου *A.succinogenes*: παραγωγή ηλεκτρικού οξέος
------------------------------------------------------------------------

Ο καταβολισμός της γλυκόζης και η παραγωγή ηλεκτρικού οξέος από το βακτήριο *A.succinogenes* έχουν μελετηθεί εκτενώς σε καλλιέργειες με θρεπτικό υπόστρωμα τη γλυκόζη. Ο καταβολισμός της γλυκόζης ακολουθεί το μονοπάτι EMP (Embden/Meyerhof/Parnas) προσφέροντας, έως την παραγωγή του φωσφοενολ-πυροσταφυλικού οξέος (PEP), 2 mol NADH για κάθε mol γλυκόζης. Το βακτήριο παράγει κάποια ένζυμα του κύκλου των φωσφορικών πεντοζών (PPP), ενώ στερείται των ενζύμων του κύκλου του γλυοξυλικού και του μονοπατιού Entner-Doudoroff.

Η γλυκόλυση οδηγεί στο σχηματισμό του φωσφοενολ-πυροσταφυλικού οξέος (PEP) το οποίο αποτελεί βασικό ενδιάμεσο του μεταβολισμού και διακλάδωση μεταξύ των μονοπατιών C3 και C4. Από το C4 μονοπάτι παράγεται το ηλεκτρικό οξύ μέσω του αναγωγικού κύκλου του Krebs (Reductive Krebs cycle), με το φουμαρικό οξύ να αποτελεί τον τελικό αποδέκτη ηλεκτρονιών για την παραγωγή του, με κατανάλωση 2 mol NADH και παραγωγή 2/3 mol ΑΤP. O κύκλος του Krebs στο βακτήριο *A. succinogenes* δεν είναι πλήρης καθώς στερείται των ενζύμων ισοκιτρική αφυδρογονάση και κιτρική συνθάση. Να σημειωθεί εδώ ότι η αυξοτροφία στα αμινοξέα κυστεΐνη, γλουταμινικό οξύ και μεθειονίνη που προαναφέρθηκε εξηγείται από το γεγονός ότι το βακτήριο, λόγω της απουσίας των προαναφερθέντων ενζύμων, δε μπορεί να συνθέσει α-κετογλουταρικό οξύ έχοντας ως υπόστρωμα τη γλυκόζη.

Από την άλλη το μονοπάτι C3 είναι εκείνο από το οποίο τελείται η παραγωγή των παραπροϊόντων, μυρμηκικό οξύ, οξικό οξυ και αιθανόλη. Τα δυο μονοπάτια επικοινωνούν μέσω δυο αντιδράσεων στις οποίες συμμετέχουν τα ένζυμα αποκαρβοξυλάση του οξαλοξικού και αποκαρβοξυλάση του μηλικού οξέος. Από το C3 παράγεται το ακέτυλο-CoA, που αποτελεί σημαντικό ενδιάμεσο του μεταβολισμού, όπως και 2 mol NADH, και 1 mol ATP. Σημειώνεται ότι ο σχηματισμός τη αιθανόλης γίνεται σε δυο βήματα από 1 mol ακέτυλο-CoA και με κατανάλωση 2 mol NADH. Ακόμη, η αποκαρβοξυλίωση του μηλικού οξέος προσφέρει 1 mol NADPH. Τα παραπάνω καταδεικνύουν την αξία του C3 μονοπατιού στην ανατροφοδότηση του μεταβολισμού με NAD(P)H και ATP. Τέλος, η γλυκονεογένεση στο μεταβολισμό του βακτηρίου A. succinogenes βασίζεται στο μηλικό και φουμαρικό οξύ και επιτελείται μέσω του ενζύμου φωσφοενολ-πυροσταφυλική καρβοξυκινάση (PEPCK), αφού το βακτήριο στερείται του ενζύμου συνθάση του φωσφοενολ-πυροσταφυλικού οξέος. Το γονιδίωμά του έχει περιγραφεί από τους McKinlay et al. (2010) και είναι διαθέσιμο στο NCBI. Πρέπει να αναφερθεί εδώ ότι για κάθε mol ηλεκτρικού οξέος απαιτoύνται 0,5 mol γλυκόζης και 1 mol CO2, αλλά και 2 mol NADH που οξειδώνονται στο μονοπάτι C4. Έτσι, ο μέγιστος θεωρητικός συντελεστής απόδοσης παραγωγής ηλεκτρικού οξέος από τη γλυκόζη είναι 1,12 g/g και δίνεται από την αντίδραση CH2O + 1/7 CO2→ 8/7 CH3/2O + 1/3 ATP.

Παραπομπές
----------

1. ↑  MUTTERS, R.; IHM, P.; POHL, S.; FREDERIKSEN, W.; MANNHEIM, W. (1985-07-01). «Reclassification of the Genus Pasteurella Trevisan 1887 on the Basis of Deoxyribonucleic Acid Homology, with Proposals for the New Species Pasteurella dagmatis, Pasteurella canis, Pasteurella stomatis, Pasteurella anatis, and Pasteurella langaa» (στα αγγλικά). *International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology* **35** (3). doi:10.1099/00207713-35-3-309;jsessionid=0stylsgk9f8egzydj0\_kkqaq.mbslive-10-240-10-154. ISSN 1466-5026. .
2. ↑  Dewhirst, F. E.; Paster, B. J.; Olsen, I.; Fraser, G. J. (1993-06). «Phylogeny of the Pasteurellaceae as determined by comparison of 16S ribosomal ribonucleic acid sequences». *Zentralblatt Fur Bakteriologie: International Journal of Medical Microbiology* **279** (1): 35–44. doi:10.1016/s0934-8840(11)80489-5. ISSN 0934-8840. PMID 7690271. .
3. ↑  Peter Kuhnert, Henrik Christensen (2008). *Pasteurellaceae: Biology, Genomics and Molecular Aspects*. United Kingdom: Caister Academic Press. σελ. . ISBN 978-1-904455-34-9.
4. ↑  Werner, Nicklas (2007). *Pasteurellaceae, In: The Mouse in Biomedical Research (Second Edition)*. United States of America: Academic Press. σελ. pp. 469–XII. ISBN 978-0-12-369455-3. CS1 maint: Extra text (link)
5. ↑  «RTX toxins in Pasteurellaceae». *www.cabi.org* (στα Αγγλικά). 2002. Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις 7 Ιανουαρίου 2022. Ανακτήθηκε στις 7 Ιανουαρίου 2022.
6. ↑  Strathdee, C. A.; Lo, R. Y. (1989-02). «Cloning, nucleotide sequence, and characterization of genes encoding the secretion function of the Pasteurella haemolytica leukotoxin determinant» (στα αγγλικά). *Journal of Bacteriology*. doi:10.1128/jb.171.2.916-928.1989. PMID 2914876. PMC PMC209683. Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις 2022-01-08.. Ανακτήθηκε στις 2022-01-07.
7. 1 2  Guettler, M. V.; Rumler, D.; Jain, M. K. (1999-01). «Actinobacillus succinogenes sp. nov. a novel succinic-acid-producing strain from the bovine rumen». *International Journal of Systematic Bacteriology* **49 Pt 1**: 207–216. doi:10.1099/00207713-49-1-207. ISSN 0020-7713. PMID 10028265. ..
8. ↑  Liu, Yu-Peng; Zheng, Pu; Sun, Zhi-Hao; Ni, Ye; Dong, Jin-Jun; Wei, Ping (2008). «Strategies of pH control and glucose-fed batch fermentation for production of succinic acid by Actinobacillus succinogenes CGMCC1593» (στα αγγλικά). *Journal of Chemical Technology & Biotechnology* **83** (5): 722–729. doi:10.1002/jctb.1862. ISSN 1097-4660. .
9. 1 2 3 4 5  McKinlay, James B.; Laivenieks, Maris; Schindler, Bryan D.; McKinlay, Anastasia A.; Siddaramappa, Shivakumara; Challacombe, Jean F.; Lowry, Stephen R.; Clum, Alicia *και άλλοι*. (2010-11-30). «A genomic perspective on the potential of Actinobacillus succinogenes for industrial succinate production». *BMC genomics* **11**: 680. doi:10.1186/1471-2164-11-680. ISSN 1471-2164. PMID 21118570. PMC 3091790. .
10. 1 2 3  McKinlay, James B.; Zeikus, J. Gregory; Vieille, Claire (2005-11). «Insights into Actinobacillus succinogenes Fermentative Metabolism in a Chemically Defined Growth Medium». *Applied and Environmental Microbiology* **71** (11): 6651–6656. doi:10.1128/AEM.71.11.6651-6656.2005. ISSN 0099-2240. PMID 16269693. PMC 1287747. .
11. ↑  Zou, Wei; Zhu, Li-Wen; Li, Hong-Mei; Tang, Ya-Jie (2011-10-31). «Significance of CO2 donor on the production of succinic acid by Actinobacillus succinogenes ATCC 55618». *Microbial Cell Factories* **10** (1): 87. doi:10.1186/1475-2859-10-87. ISSN 1475-2859. PMID 22040346. PMC PMC3261827. .
12. 1 2 3 4 5 6 7 8  Van der Werf, M. J.; Guettler, M. V.; Jain, M. K.; Zeikus, J. G. (1997-06). «Environmental and physiological factors affecting the succinate product ratio during carbohydrate fermentation by Actinobacillus sp. 130Z». *Archives of Microbiology* **167** (6): 332–342. doi:10.1007/s002030050452. ISSN 0302-8933. PMID 9148774. .
13. ↑  Li, Jian; Jiang, Min; Chen, Ke-Quan; Ye, Qi; Shang, Long-An; Wei, Ping; Ying, Han-Jie; Chang, Ho-Nam (2010-10-01). «Effect of redox potential regulation on succinic acid production by Actinobacillus succinogenes». *Bioprocess and biosystems engineering* **33** (8): 911–920. doi:10.1007/s00449-010-0414-x. ISSN 1615-7605. PMID 20204662. .
14. ↑  Park, D. H.; Zeikus, J. G. (1999-04). «Utilization of Electrically Reduced Neutral Red by Actinobacillus succinogenes: Physiological Function of Neutral Red in Membrane-Driven Fumarate Reduction and Energy Conservation». *Journal of Bacteriology* **181** (8): 2403–2410. ISSN 0021-9193. PMID 10198002. .
15. ↑  Park, D. H.; Laivenieks, M.; Guettler, M. V.; Jain, M. K.; Zeikus, J. G. (1999-07-01). «Microbial Utilization of Electrically Reduced Neutral Red as the Sole Electron Donor for Growth and Metabolite Production» (στα αγγλικά). *Applied and Environmental Microbiology*. doi:10.1128/AEM.65.7.2912-2917.1999. . [*νεκρός σύνδεσμος*]
16. ↑  Jiang, Min; Ma, Jiangfeng; Wu, Mingke; Liu, Rongming; Liang, Liya; Xin, Fengxue; Zhang, Wenming; Jia, Honghua *και άλλοι*. (2017-12-01). «Progress of succinic acid production from renewable resources: Metabolic and fermentative strategies» (στα αγγλικά). *Bioresource Technology*. SI on Advances in Industrial Bioprocesses and Products- Genetic and Metabolic Engineering Interventions **245**: 1710–1717. doi:10.1016/j.biortech.2017.05.209. ISSN 0960-8524. .
17. 1 2  McKinlay, James B.; Shachar-Hill, Yair; Zeikus, J. Gregory; Vieille, Claire (2007-03). «Determining Actinobacillus succinogenes metabolic pathways and fluxes by NMR and GC-MS analyses of 13C-labeled metabolic product isotopomers». *Metabolic Engineering* **9** (2): 177–192. doi:10.1016/j.ymben.2006.10.006. ISSN 1096-7176. PMID 17197218. .
18. ↑  McKinlay, James B.; Vieille, Claire (2008-01). «13C-metabolic flux analysis of Actinobacillus succinogenes fermentative metabolism at different NaHCO3 and H2 concentrations». *Metabolic Engineering* **10** (1): 55–68. doi:10.1016/j.ymben.2007.08.004. ISSN 1096-7176. PMID 17964838. .
19. ↑  «Modelling succinic acid fermentation using a xylose based substrate. - Αναζήτηση Google». *www.google.com*. Ανακτήθηκε στις 7 Ιανουαρίου 2022.