В последние годы широкое применение в медицинской практике и народном хозяйстве находят различные аминокислоты.
Глютаминовую кислоту используют при заболеваниях, связанных с нарушением нервной деятельности. Метионин — при пониженной активности процессов метилирования. Лизин — в качестве добавки к питанию детей гипотрофиков и т. д. Некоторые пищевые белки не содержат в своем составе незаменимых аминокислот. К таким пищевым продуктам незаменимые аминокислоты могут быть добавлены в чистом виде. Это относится как к продуктам питания человека, так и животных. Например, в странах, где основным продуктом питания является рис, целесообразно добавлять к пище лизин, количество которого в белках риса незначительно. Лизин, как известно, относится к числу незаменимых для питания человека аминокислот. Также незаменимой аминокислотой является триптофан. Ее обычно не хватает в рационе с преобладающим углеводным питанием. В Японии широко распространено применение глютаминовой кислоты в виде мононатриевой соли, в качестве вещества, улучшающего вкус пищевых продуктов.
До недавнего времени существовало три основных способа получения аминокислот:
1) химический синтез;
2) гидролиз белков;
3) выделение из отходов спиртового производства (барды) и из щелоков известковой сатурации патоки.
Химический синтез аминокислот является невыгодным, так как в результате его происходит образование рацематов. Выделение природных L-форм является весьма трудоемким и дорогостоящим процессом. Дорогими и малодоступными для широкого применения являются некоторые полупродукты синтеза, например кетокислоты.
В качестве белков, из которых выделяют аминокислоты, используют многие пищевые продукты, что экономически крайне невыгодно. Например, в Китае моноглютамат натрия получают из соевого шрота (обезжиренной соевой муки). В США сырьем для его получения служит клейковина пшеницы (комплекс белковых веществ — глиадина и глютенина) и кукурузный «глютен», образующийся после отмывки крахмала.
Наиболее рациональным и экономически выгодным признан метод получения аминокислот путем биосинтеза. Этот метод обеспечивает получение природных L-форм аминокислот; до минимума сведен расход пищевого сырья, в частности белков.
Способность аккумулировать в питательной среде аминокислоты обнаружена у многих микроорганизмов. Продуцентом, однако, может считаться такой микроорганизм, который накапливает преимущественно какую-либо одну аминокислоту, так как одновременное присутствие нескольких аминокислот существенно затрудняет выделение и очистку. Такие культуры встречаются сравнительно редко. При отборе продуцентов аминокислот, выделенных из различных почв СССР, было установлено, что большинство из них синтезируют аланин, меньшее количество штаммов образуют глютаминовую и аспарагиновую кислоты, еще меньше — лизин, валин, серии и лейцин.
Строгой корреляции между видовой принадлежностью организма и его способностью образовывать аминокислоты нет, как это имеет место при биосинтезе антибиотиков.
Среди бактерий активные продуценты встречаются в группе микрококков (20%), в то время как неспоровые бактерии содержат небольшое количество активных форм, а культуры азотобактера почти совсем не выделяют аминокислот в среду. Большое количество активных продуцентов аминокислот было найдено среди красных неспороносных дрожжей Rhodotorula. Среди лучистых грибков обнаружено наибольшее количество активных штаммов. Используемые за рубежом для производства многих аминокислот мутантные штаммы Micrococcus glutamicus, по мнению Н. А. Красильникова (1961), относятся также к группе лучистых грибков.
Аминокислоты, которые накапливаются в культуральной жидкости, имеют эндогенное происхождение. Первоначально они накапливаются внутри клеток в виде свободных аминокислот. Когда рост культуры и синтез белка практически закончен, ферментные системы, синтезирующие аминокислоты, еще сохраняют свою активность. Продолжается «избыточный» синтез аминокислот, которые поступают затем в культуральную жидкость из клеток. У физиологически нормальных клеток не отмечается образования значительного количества «избыточных» свободных аминокислот. Когда количество какой-либо аминокислоты достигает определенного физиологического предела, то вступает в действие механизм репрессии синтеза фермента или группы ферментов и образование аминокислоты прекращается. Мутантные штаммы, вероятно, отличаются от исходных («диких») штаммов тем, что механизм репрессии синтеза ферментов, ответственных за образование определенной аминокислоты, нарушен в результате действия мутагенных факторов.
В качестве продуцентов аминокислот используют исключительно мутантные штаммы, полученные под влиянием различных мутагенных факторов. Причем из одной и той же культуры в результате подобного воздействия могут быть получены штаммы, синтезирующие другие различные аминокислоты, чем исходная культура. Так, различные штаммы Micrococcus glutamicus являются продуцентами глютаминовой кислоты, лизина, валина, орнитина, хотя исходный штамм был продуцентом только глютаминовой кислоты. Использование мутантных штаммов позволяет весьма успешно решать вопрос о промежуточных соединениях при биосинтезе различных веществ, в частности аминокислот. Одни из них накапливают такие промежуточные соединения, дальнейшие прекращения которых блокированы в результате генной мутации. Другие — начинают расти при добавлении в среду для культивирования соединений, расположенных в цепи биосинтеза ближе к конечному продукту от блокированной стадии.
Для исследования генетического родства аминокислот у микроорганизмов и механизма их биосинтеза используют метод конкуренции изотопов, который заключается в выращивании микроорганизмов на среде с мечеными соединениями углерода. В параллельном опыте в среду, наряду с мечеными соединениями, добавляют немеченое соединение, роль которого в биосинтезе данного соединения изучается. Если в последнем варианте опыта конечные продукты биосинтеза обладают меньшей удельной активностью, чем в первом варианте, то делается вывод, что добавленное немеченое соединение принимает участие в биосинтезе изучаемого соединения.