Технология получения и стандартизация декстранов

1. Общая характеристика микробных полисахаридов

Полисахариды (или гликаны) – полимеры, построенные не менее чем   из 11 моносахаридных единиц. Они могут состоять из одного или нескольких типов моносахаров. Соответственно различают гомополисахариды и гетерополисахариды. Полисахариды – обязательные компоненты всех организмов, составляют большую часть углеводов, встречающихся в природе, преобладающую долю в биомассе растений, а, следовательно, и основную массу органического вещества на Земле.

Полисахариды встречаются в виде самостоятельных полимеров, а также в комплексах с нуклеиновыми кислотами, белками, липидами, фосфатом. Разнообразны они по мономерному составу и структуре. Особым разнообразием отличаются полисахариды микроорганизмов. Некоторые из них близки или идентичны полисахаридам растений и животных. Но подавляющее большинство микробных полисахаридов имеет уникальную структуру, специфическую для вида или для серологической группы вида. В микробных гликанах часто обнаруживаются ранее неизвестные моносахара, которые не встречаются ни у животных, ни у растений.

О том, что слизь, образуемая многими микроорганизмами, может иметь углеводную природу, знали еще во времена Пастера. Однако особое внимание микробным полисахаридам стали уделять лишь с начала 20-х годов нашего столетия, когда узнали, что вещества, определяющие серологическую специфичность пневмококков, являются полисахаридами. В настоящее время исследование микробных полисахаридов приобрело особое значение в связи с открывшейся возможностью широкого применения их в медицине и ряде областей народного хозяйства.

Полисахариды микроорганизмов в соответствии с локализацией делятся на внутриклеточные и внеклеточные. К внутриклеточным относят обычно полисахариды цитоплазмы, мембран и клеточных стенок, а к внеклеточным – полисахариды капсул, чехлов (пристеночные структуры) и свободной слизи, не прилегающей к клеточной стенке.

Термин «экзогликаны» применяют в основном к полисахаридам свободной слизи. Иногда экзогликанами называют также капсульные полисахариды.

Характеристика декстранов

Декстраны ((С₆Н₁₀О₅)_n) являются группой бактериальных полисахаридов, состоящих из остатков a-D-глюкопиранозы. Молекулы декстранов имеют разветвленные цепи, линейная часть которых содержит главным образом 1-6-связи и небольшое количество 1-3-связей. Разветвления в молекуле декстранов образуются с помощью 1-2-, 1-3- или 1-4-связей. Боковые ветви молекулы состоят обычно из одного или двух остатков глюкозы, реже встречаются более длинные боковые цепи (рисунок 1).

Наиболее активные продуценты декстранов - представители молочнокислых бактерий Leuconostoc mesenteroides и L. dextranicum.

Декстраны синтезируются также некоторыми видами Streptococcus (Str. sanguis, Str. mutans), Brevibacterium, Lactobacillus. Практически каждый продуцент синтезирует свой, несколько отличный от других видов декстран. Некоторые штаммы образуют одновременно два различных по структуре декстрана.

Бактерии расщепляют сахарозу на глюкозу и фруктозу. Фруктоза сбраживается по типу гетероферментативного молочнокислого брожения с образованием молочной и уксусной кислот, маннита и CO₂. Глюкоза полимеризуется в декстран. Реакцию образования полисахарида катализирует фермент декстрансахараза, который индуцируется субстратом. Продуцент образует ферменты в больших количествах. В общем виде это можно представить так: гликозильный донор передает гликозил на акцептор-затравку, а сам высвобождается (рисунок 2). Полимеризация идет вплоть до образования готового полисахарида. Процесс ветвления полимеров катализируется специфическими  «ветвящими» гликозилтрансферазами, отщепляющими фрагменты линейной цепи недостроенного полисахарида и переносящими их на ту же или аналогичную цепь в определенное положение (рисунок 3). Образование декстрана происходит с высокой скоростью, и продукт можно выделить уже через 24 ч.

Особенностью L. mesenteroides является то, что они синтезируют  экзополисахариды, так как субстрат не проникает в клетки. Экзогликаны образуются, как правило, в значительно большем количестве, чем внутриклеточные полисахариды, легче отделяются от биомассы и очищаются от примесей. Акцепторами при биосинтезе декстранов часто бывают олигосахара, могут быть ими и недостроенные гликаны. Донором моносахаридного остатка может быть сахароза, изредка это олигосахара.