Resweratrol produkowany biotechnologicznie w drożdżach

Agata Lebiedowska | 2014-01-03

Tagi: inżynieria genetyczna, drożdże, resweratrol

W kosmetologii resweratrol jest stosowany jako związek przeciwdziałający fotostarzeniu. Dotychczas jego pozyskiwanie stanowiło spore wyzwanie. Pozyskiwanie resweratrolu z roślin jest procesem długim, trudnym i mało wydajnym. Dzięki biotechnologii, pojawiła się jednak alternatywa. Rekombinowane szczepy drożdży Saccharomyces cerevisiae, które w określonych warunkach, w sposób prosty, wydajny i niedrogi mogą produkować resweratrol z prostych aminokwasów.

Resweratrol – organiczny związek chemiczny, polifenolowa pochodna stilbenu. Najwięcej resweratrolu zawierają winogrona, głównie ich skórki. Poza tym obecny jest w znacznie mniejszych ilościach w orzeszkach ziemnych, w owocach, przede wszystkim w skórce, morwy i czarnej porzeczki. Resweratrol jest bardzo skutecznym przeciwutleniaczem oraz nietoksycznym fungicydem (środkiem antygrzybicznym) i jako taki jest szeroko stosowany jako dodatek do żywności. Resweratrol, jako składnik czerwonego wina, znany jest głównie ze swoich pozytywnych właściwości na serce.

Aktywność biologiczną wykazuje tylko izomer trans.

 

Resweratrol jest syntezowany przez rośliny z użyciem enzymu – syntazy stilbenowej.

 

Resweratrol może być wytwarzany przez ekstrakcję z tkanek roślinnych, ale aby otrzymać związek w czystej postaci, wymagana jest bardzo skomplikowana i długa procedura jego oczyszczania. Wydajność procesu jest bardzo niska. Alternatywnie, metody biotechnologiczne mogą być stosowane do wytwarzania resweratrolu.

Aby wytworzyć rezweratrol w drożdżach Saccharomyces cerevisiae wprowadzono 4 geny: liazę fenyloalaninową PAL, gen pochodzący od Rhodosporidium toruloides (drożdże); hydroksylazę kwasu cynamonowego i ligazę kumarylo-koenzymu A, oba geny od Arabidopsis thaliana – rzodkiewnika pospolitego; oraz syntazę stilbenową, gen pochodzący od Arachis hypogaea (orzech ziemny, orzech arachidowy).

Rekombinowane drożdże poddano fermentacji okresowej w podłożu płynnym YP zawierającym 2% galaktozę, produkującym 2.6mg/l kwasu p-kumarowego oraz 3.3mg/l rezweratrolu.

W pierwszym etapie PAL przeprowadza deaminację fenyloalaniny do kwasu cynamonowego, następnie przy udziale hydroksylazy kwasu cynamonowego(C4H) ulega on reakcji hydroksylacji do kwasu p-kumarowego. Kwas kumarowy może też powstawać z tyrozyny jako substratu w wyniku działania enzymu TAL. Następnie kwas kumarowy jest sprzęgany z cząsteczką koenzymu A przy udziale Ligazy kumarylo-koenzymu A.   W ostatnim etapie synteza stilbenowa sprzęga kumarylo-koenzym A z 3 cząsteczkami malonylo-koenzymu A (produkt w biosyntezie kwasów tłuszczowych).  Aby zwiększyć pulę malonylo-coA potrzebna nadekspresja genu ACC1 –karboksylazy acetylo-coa.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ścieżka biosyntezy resweratrolu przez rośliny

 

Aby zwiększyć pulę malonylo-CoA, gen kodujący jego prekursor w biosyntezie resweratrolu – karboksylazę acetylo-CoA (ACC1) został poddany nadekspresji poprzez zastąpienie promotora ACC1 silniejszym GAL1, co poskutkowało wzrostem produkcji resweratrolu DO 4,3mg/l.

Kolejnym krokiem zwiększającym wydajność produkcji do 5,8mg/l było dodanie do medium tyrozyny. To udowadnia, możliwość produkcji resweratrolu przez drożdże z tanich aminokwasów.

W kosmetologii resweratrol jest stosowany jako związek przeciwdziałający fotostarzeniu. Jako roślinny związek antyoksydacyjny i kluczowy składnik produktów do pielęgnacji skóry, resweratrol ma potwierdzoną skuteczność. Stosowanie resweratrolu i innych antyoksydantów roślinnych zostało zbadane przez Afaq’a i Mukhtar’a oraz Baliga i Katiyar’a. Wykazali, że resweratrol pośredniczy w mechanizmach sygnalizacji komórkowej związanych z fotostarzeniem, w tym kinaz MAP, czynnika jądrowego kappa B (NF-kB) i metaloproteinaz macierzy zewnątrzkomórkowej. Miejscowe stosowanie resweratrolu u bezwłosych myszy SKH-1 przed ekspozycją na UVB zobrazowało znaczne hamowanie proliferacji komórkowej, ekspresji mRNA surwiwin i fosforylacji surwiwin. Resweratrol obniża poziom reaktywnych form tlenu w keratynocytach HaCaT narażonych na działanie promieniowania UVA z zależnego od dawki.

Żródła - kliknij, aby zwinąć

• Shin, So-Yeon, et al. Production of resveratrol from tyrosine in metabolically engineered Saccharomyces cerevisiae. Enzyme and Microbial Technology (2012).

• Baxter RA. Anti-aging properties of resveratrol: review and report of a potent new antioxidant skin care formulation. Journal of Cosmetic Dermatology 2008;7:2–7.

• Afaq F, Mukhtar H. Botanical antioxidants in the prevention of photocarcinogenesis and photoaging. Exp Dermatol 2006; 15: 678–84.

• Baliga MS, Katiyar SK. Chemoprevention of photocarcinogenesis by selected dietary botanicals. Photochem Photobiol Sci 2006; 5: 243–53.

• Chen ML, Li J, Xiao WR et al. Protective effect of resveratrol against oxidative damage of UVA irradiated HaCaT cells. Jhong Nan Da Xue Xue Bao Yi Ban 2006; 31: 635–9.