Zymomonas mobilis vispārējs raksturojums

   Plaši izmantojamās gram-negatīvās baktērijas Zymomonas mobilis zināmas jau kopš 1912. gada kā Termobacterium mobilib, Pseudomonas linderi un Z. mobilis. Pirmie raksti par tās pozitīvajām un izmantojamajām īpašībām tika publicēti 1977. gadā [Swings and DeLey 1977]. Baktērija Z. mobilis pazīstama ar savu unikalitāti savā bioķīmijā, kā arī augšanā, enerģijas ražošanā un reakcijās pie noteiktiem kultūras apstākļiem, un attiecībā uz izmantotās kultivēšanas tehniku [Doelle et al. 1993].
   Z. mobilis ir etanolu producējošas gram-negatīvas baktērijas aptuveni 1 μm x 1.7 μm nūjiņu formā. Daži celmi var veidot šūnu agregātus - flokulas, šūnu ķēdītes, filamentus. Dabā Z. mobilis sastopamas tropisko augļu sulās. Z. mobilis ir obligāti fermentatīvs organisms. Šīs baktērijas ir spējīgas katabolizēt vienīgi glikozi, fruktozi un saharozi, izmantojot Entnera-Dudorova metabolisma ceļu un veidojot 1 ATP molekulu uz vienu molekulu glikozes [Dawes et al. 1966].
   Z. mobilis augšanai nepieciešamie faktori ir pantotenāts un biotīns. Z. mobilis uzņem slāpekli no amonija sāļiem, bet fosforu no fosfātiem. Praktiskās barotnēs aminoskābes un vitamīnus šīs baktērijas uzņem no kompleksiem dabas vielu maisījumiem, tādiem, kā piemēram, rauga ekstrakts, peptons vai kazeīna hidrolizāts [Carr 1981].
Z. mobilis ir anaerobs mikroorganisms, bet spējīgs augt arī aerobos apstākļos [Doelle et al. 1993]. Z. mobilis spējīgas augt plašā pH (no pH 3.85 līdz pH 7.55 ) un temperatūras ( 25 - 35ºC) diapazonā [Swings and DeLey 1977; Carr 1981].
   Šīs gramnegatīvās baktērijas 1970. gadā tika atzītas kā visefektīvākās etanola producētājas, izmantojot saharozi, fruktozi vai glikozi kā oglekļa un enerģijas avotu [Doelle et al. 1993]. Z. mobilis ir ar augstu etanola toleranci (līdz 130 g/l periodiskā procesā). Glikozi un fruktozi saturošās barotnēs Z.mobilis veido 1.5 - 1.9 molus etanola uz vienu molekulu katabolizētā ogļhidrāta [Carr 1981; Lee et al 1980]. Zymomonas mobilis glikozes barotnēs novērojama, tā sauktā atjūgtā augšana (uncoupled growth), kur, inhibējot augšanu (piem., ar nepietiekamu pantotenāta daudzumu) baktērijas saglabā fermentatīvo aktivitāti un uztur ATP bilanci, ar liekās enerģijas disipāciju siltumā izmantojot ATP-āzi [Lawford 1988; Lawford and Ruggiero 1990]. Šāda enerģētiskā atjūgšana ir labvēlīga intensīvai etanola sintēzei [Cromie and Doelle 1980]. Neskatoties uz Z.mobilis neapšaubāmajām fizioloģiskajām priekšrocībām, jāatzīmē, ka pagaidām etanola ražošana ir realizēta tikai laboratorijas vai pilotiekārtu līmenī.
   Saharozi saturošās barotnēs līdztekus galvenajam produktam - etanolam, ko iespējams iegūt fermentācijas procesā, hidrolizējot saharozi Z. mobilis šūnas spēj producēt arī levānu, sorbitolu, glikonskābi un fruktooligosaharīdus. Saharozes hidrolīzē neapšaubāmi ir iesaistīts ferments levānsaharāze (saharoze: 2,6 -D-fruktāna 6 -D-fruktoziltransferāze), kuras darbības mehānisms un daba vēl aizvien tiek pētīta [Dawes et al. 1966; Doelle et al. 1993]. Saharozes fermentācijā levāns ir galvenais blakusprodukts ar nozīmīgu praktisku pielietojumu. Levāna biotehnoloģisko pielietojumu nosaka tā daudzpusīgā fizioloģiskā aktivitāte.
   Lai pilnveidotu Z.mobilis izmantošanas iespējas, tas ir, izmantojamo substrātu loku un iegūstamo produktu veidus, tiek veikta šo baktēriju ģenētiskā modifikācija. Iegūti Z.mobilis rekombinantie celmi, kas spēj utilizēt laktozi, galaktozi, rafinozi [Yanase and et al. 1988; Yanase et al. 1990] un cieti [Brestic-Goachet et al. 1990]. Lielu ekonomisku efektu varētu dot pentozes utilizējošo Z. mobilis izmantošana biodegvielas ieguvē [Zhang et al. 1995].