Как получить синтетический астаксантин?

AstaxanthВ случае необходимости(C40H52O4) — каротеноид кетотипа с химическим названием 3,3'- дигидрокс -4,4'- дион-бета, бета'- каротин. Его химическая структура показана на рис. 1: четыре изопреновых блока соединены соединенными двойными соединениями, по два изопреновых блока на каждом конце образуют шестичленовое кольцо.

Астаксантин имеет три оптических изомера. Разница между тремя оптических изомерами состоит в Том, что среди всех транс-астаксантинских стереоизомеров антиоксидантная активность рацемического астаксантина является самой низкой, dextrorotatorу- астаксантинобладает наибольшей способностью к выпасу свободных радикалов, а левораторический astaxanthВ случае необходимостиоказывает более сильное ингибиторное воздействие на липидное пероксирование и иммунную активность [1-2]. Астаксантин обладает рядом эффектов, помимо антиоксидантной активности, в Том числе антиканцеровыми, противовоспалительными и антидиабетическими [3]. Кроме того, астаксантин является единственным каротеноидом, который может проникать через гематоэнцефалический и гематоэнцефалический барьеры и оказывает положительное влияние на центральную нервную систему и функцию мозга. Поэтому астаксантин широко используется в пищевой промышленности, здравоохранении, косметике и кормовых добавках [4].

Природный астаксантин в основном встречается в морской среде в виде свободного и эстерифицированного астаксантина.Свободный astaxanthВ случае необходимостинестабилен и легко окисляется- да. Благодаря наличию гидроксильных групп в терминальной циклической структуре астаксантин легко сочетается с жирными кислотами для формирования астаксантинских эфиров и устойчиво существует. Около 95% молекул астакзантина в гематококковой плювиалисе эстерифицированы жирными кислотами и хранятся в цитоплазматических липидных телах, богатых триацилглицеролами [5].

AstaxanthВ случае необходимостиподразделяется на - астаксантинmonoВ европе и европеи - астаксантинdiesters в соответствии с жирными кислотами, которые они связаны. Х. плавиалис может аккумулироваться до 4% астаксинтина (сухой вес), и HOLTIN В то же время- эл. - привет.[6] обнаружили, что 95% астаксинтина, накопленного под сильным легким напряжением, были эстерифицированы жирными кислотами. Хотя механизм взаимодействия астаксантина и жирных кислот в организмах до сих пор не ясен, у г. плювиалиса наблюдается стехиометрия биосинтеза астаксантина и жирных кислот. Чэнь и др. [7] проанализировали механизм координации двух биосинтезионных путей астакзантина и жирных кислот в г. плювиалисе Координационный механизм между двумя биосинтезионными путями астаксантина и жирных кислот, и показал, что это взаимодействие происходит на уровне метаболита, а не транскрипционного уровня. Эксперименты In - привет, виво.и In vitro показали, что эстерификация астаксантина способствует его образованию и накоплению.

В настоящее время методы подготовки астаксантина внутри страны и за рубежом можно разделить на две основные категории: химический синтез и биосинтез. Химически синтезированный астаксантин представляет собой смесь из трех структур [5,8] (л -: рацемический: д -1:2:1) и используется в основном в качестве промышленного красителя. Однако его нельзя использовать в пищевой и фармацевтической областях. Биосинтезированный астаксантин разрешается использовать в пищевой и фармацевтической областях. Некоторые микроводоросли, грибы, бактерии и конкретные виды растений способны синтезировать астаксантин в природе.

- эйч. Плувиалис считается одним из самых перспективных производителей астаксантина в природе. В последние годы было установлено, что многие штаммы рода траусточитрий также способны синтезировать астаксантин [9], а синтетический лево-астаксантин составляет более 90% от общего астаксантина. Предыдущие исследователи рассмотрели методы и пути химического синтеза астаксантина [10] и наметили текущие уровни производства натуральных астаксантина [11]. Этот обзор будет посвящен астаксантинскому биосинтезу и анаболическим путям астаксантина в различных организмах на основе обзора путей химического синтеза с уделением особого внимания химическому синтезу и биосинтезу. Данная статья призвана предоставить читателям макроуровневую обзорную информацию о биосинтезе астаксантина и помочь им быстро понять ход исследований в области методов синтеза астаксантина.

1 химический синтез астаксантина

Химический синтез астаксантина можно разделить на общий синтез и полусинтез. При общем синтезе астаксантина химическое сырье используется в качестве исходного материала для получения астаксантина в результате химических синтетических реакций. В качестве исходного материала для подготовки астаксантина полусинтез использует каротиноиды, такие как кантаксантин, лютейн и зеаксантин.

1.1 общий химический синтез астаксантина

Как внутри страны, так и за рубежом был проведен ряд исследований по общему химическому составуМаршрут синтеза астаксантина- да. Двумя крупнейшими предприятиями по химическому синтезу астаксантина являются Hoffmann-LA/данные отсутствуют.Roche и BASF. Обе компании используют аналогичные синтетические маршруты для производства астаксантина путем химического синтеза, используя C9 + C6 → C15, 2C15 + C10 → C40 маршрут. Хоффман-ла-рош использует 6- оксо-изофтолон в качестве сырья [12]. Во-первых, ацетон и формальдегид используются для получения гравитационного ненасыщенного бутенона путем гидроформационной конденсации и обезвоживания в слабых щелочных условиях. Затем 1,2 - нуклеофильное дополнение к форме шестиуглеродного третичного спирта, который перестраивается под действием серной кислоты. Гидроксиловая группа продукта защищена от реакции 6- оксоизофтоном, и, наконец, двусторонняя реакция виттига происходит под действием мощной базы синтеза астаксантина.

В синтетическом маршруте басф [13-14] промежуточный 6- углерод -1- ине -3- ол сначала не подкисляется и не перестраивается, но гидроксиловая группа защищена и проходит серию трансформаций с 6- оксоизофтоном, при этом перекомпонование происходит во время трансформации, а конечный целевой продукт астакзантин получается. Синтетический маршрут астаксантина, используемый китайским исследователем пи цином и т.д. [10], отличается от иностранного синтетического маршрута. Он использует синтетический маршрут C13 + C2 → C15, 2C15 + C10 → C40 для подготовки астаксантина. Он использует парадоионон в качестве сырья, который обрабатывается m- хлоропероксибензоиновой кислотой, подвергается ряду промежуточных преобразований, подкисляется и перестраивается под действием гидробромической кислоты, а затем реагирует с трифенилфосфином, образуя пентадецилтрифенилфосфониевую соль, и, наконец, проходит двустороннюю реакцию виттига на образование астаксантина. Уникальной особенностью синтетического маршрута I. ПиQingping В то же время- эл. - привет.[10] является использование нового метода синтеза ключевого промежуточного соединения C15. Исходный материал этого метода легко получить, реакция имеет высокую избирательность, и общая урожайность высока.

Остроумная реакция является характерной реакцией полного пути синтеза астаксантина. Этот тип синтеза маршрута имеет преимущества простой технологии и низкой стоимости. Хотя процессы на двух маршрутах Hoffmann-LA/данные отсутствуют.Roche и BASF являются очень сложными, производственный процесс является длительным, контроль за промежуточным процессом является сложным и строгим, но стоимость синтеза низкая, цена дешевая, и промышленное производство реализовано. Это основной промышленный источник астаксантина предложения на рынке (рис. 2).

1.2 химический полусинтез астаксантина

Полусинтез — это метод, который использует каротеноиды, такие как кантаксантин, лютейн и зеаксантин, в качестве сырья для подготовки астаксантина [15]. Классический метод использует лютеин в качестве исходного материала, а лютеин катализируется щелочным раствором, чтобы пройти изомеризацию реакции для получения zeaxanthin. Используя 1,2- пропандиол в качестве растворителя и гидроксид калия в качестве катализатора, реакция была проведена при 110 градусах на 168 ч. Зеаксантин был непосредственно окислен до астаксантина под действием йода и бромата натрия.

Когда кантаксантин используется в качестве сырья, астаксантин синтезируется через четыре процесса: алкализация, силиляция, эпоксирование и гидролиз. Она характеризуется быстрым синтезом и высокой урожайностью (около 60%). Из-за высокой стоимости canthaxanthВ случае необходимостии некоторых опасностей в производственном процессе, в настоящее время трудно достичь крупномасштабного промышленного производства. По сравнению с методом полного синтеза метод полусинтеза имеет высокую биологическую активность, но низкую урожайность, и его трудно достичь при крупномасштабном производстве (рис. 3).

2 биосинтез астаксантина

2.1 метаболический путь астаксантина

Астаксантин является конечным продуктом каротеноидного метаболизма C40. Синтез каротеноидов в живых организмах может быть разделен на три этапа: первый-это центральный углеродный метаболизм, второй-синтез прекурсоров каротеноидов-- isopentenyldiфосфата (IPP) и диметилаллилдифосфата (DAMPP), а третий-синтез каротеноидов.

Первый этап — это центральный цикл углеродного метаболизма. Организмы используют глюкозу, фруктозу и другие источники углерода для синтеза таких веществ, как глицерол -3- фосфат (г3п), пируватор и ацетил-коа через гликолитическую тропу. Глицерол -3- фосфат, пироватор и ацетил-коа поступают на следующий этап в качестве прекурсоров пис и плотин. В то же время некоторые ацетил-коа вступают в цикл трикарбоксиловой кислоты (TCA). Цикл трикарбоксиловой кислоты является конечным метаболическим путем для трех основных питательных веществ (сахара, липидов и аминокислот), а также центром, который соединяет метаболизм сахаров, липидов и аминокислот. Цикл трикарбоксиловой кислоты синтезирует различные метаболиты, которые текают во всех направлениях клеточного метаболизма. В то же время цикл трикарбоксиловой кислоты также производит большое количество аденозинового трифосфата (атф) и пониженного коэнзима II. Я(надх), которые обеспечивают энергию и уменьшают мощность для преобразования веществ на последних двух этапах.

Второй этап-синтез IPP и DAMP- п,прекурсоров каротеноидов. Существуют два естественных синтетических пути синтеза IPP и DAMPP: путь метил-д-эритритол -4- фосфат (MEP) и путь мевалонат (MVA). Путь MVA/данные отсутствуют.в основном встречается в эвкариотах и архаиях, и является единственным путем формирования IPP в архаиях, дрожжах и некоторых грам-позитивных бактериях [16]. Путь Министерство иностранных делобнаружен в растениях, водорослях и большинстве бактерий. Эти растения и водоросли могут производить IPP через MVA-путь в цитоплазме и MEP-путь в пластидах [17-18]. До конца xx века два считалась единственным источником прекурсоров изопентонилдифосфата для синтеза терпеноидов, включая каротеноиды. В рамках два acyl-CoA/данные отсутствуют.преобразуется в гидроксиметил-триметил-пентаноил-коэнзим (HMG-CoA). HMG-CoA/данные отсутствуют.преобразуется в метил-д-малонил-д-глутаронат путем редуктазы HMG-CoA.,а метил-д-малонил-д-глутаронат преобразуется в IPP посредством ряда фосфорных реакций.

В рамках европ молекулы трифосфата глицерола и пирувата подвергаются реакции конденсации и изомеризации, образуя европ. После того, как MEP сочетается с трифосфатом цитидин, проводится серия фосфорных реакций для формирования IP- п,который изомеризуется для получения изомеризации изомера DAMPP для получения изомерной DAMP- п.Ранние исследования показали, что путь Мва (MVA)потерян во многих зеленых водорослях и красных водорослях, и путь MEP является единственным путем синтеза IPP в гематококковой плювиалисе [19]. По мере углубления исследований многочисленные результаты показывают, что явление, согласно которому путь MEP является единственным путем синтеза IP- п,может быть распространено в зеленых водорослях [20].

Однако большинство генов MEP пути не были обнаружены в транскриптомных данных аурантиохитрийСп. 2.SK4, и mevalonate (MVA) путь был вовлечен в формирование IPP в клеток Aurantiochytrium Сп. 2.SK4 [21]. Кроме того, Генри и др. [22] обнаружили третий путь в растениях, катализируемый цитозолическим изопентилфосфатом-киназой. Этот путь MVA такой же, как и другой путь MVA.,найденный в некоторых архаях и хлорофитах бактерий в процессе формирования MVAP. Разница заключается в Том, что мвап в бактериях преобразуется фосфометилпентенатной декарбоксилазой (MPD) в изопентилфосфат (IP), который затем фосфорилируется в IPP изопентилмонофосфатом киназе (IPK). Хотя на растениях присутствуют как дсоп, так и европеоидные пути, европеоидные пути являются основным источником каротеноидных прекурсоров на растениях [23].

Третий этап-синтез веществ, подобных каротеноиду. DAMPP и IPP синтезируются в соотношении 1:3 в результате действия пирофосфатной синтазы (CrtE) и образуют фарнезилдифосфат (FPP). Затем FPP преобразуется пирофосфатной синтазой в форму пирофосфата geranylgeranyl (GGPP). ГГПП конденсируется октагидроликопеновой синтазой (CrtB) и фитоэдесатуразой (CrtI) в ликопен, который синтезируется в грау-каротин ликопеновой циклоразой (CrtY). Третий этап, астаксантин синтез, отличается по пути синтеза в различных организмах, но в основном производится за счет гидроксиляции и образования кетона грау-каротина.

В PhaffiA/данные отсутствуют.1. Родозима- астаксантинсинтезируется из zeaxanthВ случае необходимостицитохромом P450 ферментов [24]. В бактериях и водорослях он в основном синтезируется грау-каротеновой гидроксилазой (CrtZ) и грау-каротеновой кетолазой (Crtпили BKT). Кукуруза ксантофилл конвертируется из оферты-криптотоксина в результате действия конкретного фермента оферты-каротина гидроксилазы. Кетене и 4- кетонные тела грау-каротина преобразуются в кантаксантин грау-каротене кетолазе, а кантаксантин преобразуется в астаксантин через фитоэритрин (астаксантинамид).

В различных видах порядок действия грау-каротин гидроксилазы и грау-каротин кетолазы в каталитическом преобразовании грау-каротин в астаксантин является различным. LIU В то же время- эл. - привет.[25] использовали гетерологически выраженные Haematococcus pluvialis β- каротин кетолазы в Synechocystis Сп. 2.PCC. C.6803, LIU В то же время- эл. - привет.обнаружили, что астаксантин был впервые синтезирован в синехоцистических клетках и достиг содержания (4,81 ± 0,06) мг/г сухого клеточного веса (DCW). Эксперименты In vitro [26-27] также подтвердили, что оптимальным способом синтеза астаксантина в Haematococcus pluvialis является каталитическая реакция кетолазного фермента, за которой следует гидроксилационная реакция гидроксилазного фермента (рис. 4).

2.2 бактерии синтезируют астаксантин

AstaxanthВ случае необходимостибыл обнаружен в нескольких видах бактерий, в Том числе в грам-позитивной бактерии BrevundimonПо состоянию на 31 декабряsp. и грам-негативной бактерии SphingomonПо состоянию на 31 декабряsp., Par acoccus haeundaensis), метиломонас sp. и Altererythrobacter ishigakiensis (табл. 1).

Наличие прекурсоров для биосинтеза астаксантина в некоторых бактериях и выявление ряда ключевых генов в биосинтезе астаксантина позволили создать высокопроизводительные инженерные штаммы, производящие астаксантин. Было установлено, что в результате переноса генов каротеноидов crtЧ, ч, ч.crt- Z,crt- Y,crtI, crtB и crtE из морской бактерии PseudoalteromonПо состоянию на 31 декабряluteoviolaceA/данные отсутствуют.в И. И.1. Колибыл успешно построен искусственный штамм И. И.coli, который производит astaxanthin, и выход составил 400 μg/g DCW [36]. В И. И.coli чрезмерная сжатие двух основных ферментов, ограничивающих цены, DXP synthase (DXP) и IPP isomerase (IDI), увеличивает поставки IPP и DMAPP.

За счет увеличения метаболического потока прекурсоров изопенфенилдифосфата можно значительно увеличить производство таких каротиноидов, как ликопен или грау-каротин. Однако для гетерологического биосинтеза астаксантина в E. coli преобразование грау-каротина в астаксантин является самым важным шагом для достижения эффективного биосинтеза астаксантина. С использованием технологии гравюро-красной рекомбинации была изготовлена пластинированная E. coli, а гены биосинтеза xanthophyll Pantoea ananatis и - фаффия.были интегрированы в хромосому E. coli BW-CARO, чтобы получить разработанный штамм E. coli BW-ASTA. Этот штамм произвел 1,4 мг/г DCW астаксантина после гетерологического выражения. В Coryne- бактерия (бактерия)glutamicum Coryne- бактерия (бактерия)glutamicum успешно синтезировал - астаксантинпосле выражения кодирующих генов ликопеновой циклозы Crt- Y,β-carotene ketolase CrtW и β-carotene hydroxylase Crt1. Zиз Fulvimarina pelagi, и урожайность может достигать 0,4 мг/л/ч [32].

Хотя уровень - астаксантинсинтеза бактерий сам по себе значительно отличается от уровня водорослей, синтез astaxanthВ случае необходимостиу бактерий имеет большое значение и обеспечивает соответствующие генные последовательности для построения последующих инженерных штаммов.

2.3 астаксантонный синтез дрожжами

В настоящее время родоторула глутини является основным источником дрожжей природного астаксантина и применяется в аквакормовой промышленности. Исследования по синтезу астаксантина родоторулой глутинисом сосредоточены на изоляции штаммов, мутагенезе и генной инженерии для получения высокопродуктивных штаммов, производящих астаксантин. Красный дрожжи представляет собой базидиомицетный грибок, который является потенциально холодным и низкотемпературные дрожжи.

AstaxanthВ случае необходимостисинтезирует имеет dextrorotatory структуру и является основным каротеноидом синтезируется красными дрожжевыми как вторичный метаболит. AstaxanthВ случае необходимостисинтез концентрации дикого типа красных дрожжей составляет около 200-400 μg/g DCЧ, ч, ч.и штамм мутации могут получить штаммы мутантов с высоким - астаксантинпроизводства. Штамм дикого типа фаффия родозима мутагенизировался с использованием химических реагентов, таких как антимицин, нитрогуанин (NTG) и метилнитронитрогуанидин, а также ультрафиолетового и низкоэнергетического ионного излучения. Высокопродуктивный штамм астакзантина был получен путем скрининга (резюме штаммов мутантов см. в таблице 2). Выход штамма е5042, который был вызван низкоэнергетическими ионными имплантациями в штамм мутантов фаффия родозима ZJB00010, может достигать 2512 градиенга/г [37]. Преимущества красного дрожжевого риса, такие как его способность использовать различные источники углерода, короткий цикл ферментации, высокая плотность выращивания ферментеров, а также быстрая скорость производства, сделали его отличным штаммом для промышленного производства астаксантина.

Кроме того, дрожжевые инженерные штаммы имеют хорошие перспективы применения в производстве астаксантина (таблица 2). Исследования показали, что CrtZ является ключевым ферментом, который катализирует преобразование грау-каротина в астакзантин. В геном Yarrowia Организация < < липолитика > >были введены грау-каротин гидроксилазе Crt- Z,кодирующий ген Pantoea ananatis, и грау-каротин кетолазе CrtW, кодирующий ген Paracoccus sp. N81106. Ген кодирования фермента CrtZ и ген кодирования грава-каротина кетолазы CrtW от Paracoccus sp. N81106. Искусственный штамм ST7403 получил высокую урожайность астаксантина 3,5 мг/г DCW (54,6 мг/л) [40]. Внедрение генов crtZ и BKT от Haematococcus pluvialis в - сачаромицисОбщее состояние здоровьячерез генную инженерию может повысить эффективность преобразования грау-каротина в астакзантин и достичь накопления астакзантина в клетках. В позитивном мутанте синтазы GGPP, tHMG1 был пережарен, а кодирование генов трех ферментов ограничения скорости CrtI Crtуи CrtB были пережарены. В оптимизированном диплоидном штамме гены кодирования CrtZ и BKT были чрезмерно перегружены, а накопление astaxanthВ случае необходимостидостигло 8,10 мг/г DCW [42]. Стоит отметить, что синтезированный астаксантин принадлежит к левовращающей структуре.

2.4 микроводорослной синтез астаксантина

Микроводоросли, как правило, относятся к коллективному термину для микроорганизмов, которые содержат хлорофилл а и могут фотосинтезировать размеры. Большинство микроводорослей могут не только синтезировать различные биоактивные ингредиенты, такие как полиненасыщенные жирные кислоты и микроводоросли полисахариды, но и аккумулировать большое количество каротеноидов. Некоторые микроводоросли имеют свои собственные пути полного синтеза астаксантина. Среди них пресноводные одноклеточные микроводоросли, такие как гематококковая плавиалиса и флорелла вулгарис, являются основными источниками биосинтеза астаксантина. Кроме того, в эуглене (халамидомонас), эуглене (эуглене) и асете-буларин также содержатся астаксантин.

При воздействии экологического стресса микроводоросли могут перейти из зеленой, фотосинтетической формы в красную, кистообразную. Это связано с тем, что микроводоросли синтезировали большое количество астаксантина, чтобы противостоять неблагоприятной среде для их роста. Биосинтез астаксантина в микроводорослях Chlorella pyrenoidosa начинается в начале фазы экспоненциального роста. Клетки обычно растут в оптимальных условиях в зеленой, фотосинтетической форме. Стрессовые условия вызывают астаксантин аккумуляции и клетки принимают красную, кистозную форму. В отличие от первичных каротеноидов, образующих структурные и функциональные компоненты фотосинтеза (например, грау-каротин, зеаксантин и лютейн), остаксантин может накапливаться в больших количествах в стрессовых условиях, таких как высокая световая концентрация, высокая соленость и дефицит питательных веществ. В условиях экологического стресса, таких как низкое питание и высокий свет, начинается образование капсул и накапливается большое количество астаксантина. Свет, температура, соленость и химические реагенты влияют на астаксантонный синтез на молекулярном уровне.

Избыточный низкоактивный кислород, производимый в клетках при высоких температурах, ослабляет каротеноидный метаболизм. Высокий свет [44] и ацетат [45], метилжасмонат [46] и гиббереллин [46] выполняют функцию содействия выражению ключевых генов, связанных с каротеноидным биосинцементом. Ацетат, метилжасмонат и гиббереллическая кислота дополнительно способствуют биосинтезу астаксантина путем улучшения экспрессии гена КРТЦ и ингибирования экспрессии гена лкэ. По сравнению с индукционными условиями, такими как ацетат, высокая интенсивность света влияет на выражение генов PD- с,crtISO, lcy- B,lut1, lut5 и zep, что способствует биосинтезу каротеноидов в большей степени и является основной движущей силой изменений в выражении генов, связанных с синтезом каротеноидов. Исследования показали, что при высоких условиях света цикл кальвина и цикл трикарбоксиловой кислоты обеспечивают больше прекурсоров для другого метаболизма. Грау-каротин гидроксилаза, гексагидроликопен-синтаза и октагидроликопен-дезатураза-все они упрегулированы, что увеличивает внутриклеточную астаксантин-аккумуляцию.

Промышленное производство астакзантина, добытого из гематококкового плувиалиса, началось в больших масштабах в конце 1990 - х годов. В качестве одноклеточного фотосинтетического организма дикая клетка Haematococcus pluvialis может содержать до 4% астаксантина по сухому весу. Он также имеет характеристики высокого использования легкой энергии и быстрого роста, и был признан безопасным производственным штаммом в китае.

Однако индустриализация светочувствиалиса гематококка требует использования фотореактора для обеспечения фотосинтеза, что значительно увеличивает производственные издержки. Поэтому в настоящее время основное внимание в рамках исследований уделяется разработке новых ресурсов и технологий для сокращения производственных издержек.

2.5 морские эвкариотические микроорганизмы синтезируют астаксантин

Траусточитрий — это эукариотический микроорганизм, похожий на микроводорослы, но не имеющий хлоропластов и, следовательно, не обеспечивающий фотосинтез. Клетки могут накапливать большое количество активных веществ, полезных для человеческого организма, таких как липиды, пигменты и сквален. Кроме того, траусточитрий, шизохитрий и аурантиокситрий могут также накапливать каротеноиды, такие как грау-каротин и астаксантин. Исследования показали, что метаболиты траусточитрия, шизохитрия и аурантиохитрия различаются в различных условиях источника углерода. В настоящее время проводятся соответствующие метаболические исследования (таблица 3). При ферментации глицерола в качестве источника углерода шизохитрием глицерол в основном способствует биосинтезу вторичных метаболитов в шизохитрие путем повышения гликолитической активности и производства NADP- эйч.Используя пивоваренные побочные продукты и отработавшие мелассы в качестве источника углерода для траусточи — triidae sp. и Aurantiochytrium sp., производство астаксантина было успешно увеличено при снижении производственных затрат, что дополнительно увеличило возможность коммерциализации биосинсинтеза астаксантина во фраусточи — triidae sp.

Кроме того, производство астаксантина в клетках может быть дополнительно улучшено за счет экологического стресса, мутагенеза, генной инженерии и других средств. Астаксантин обладает высокой антиоксидантной способностью. Когда клетки находятся под напряжением, метаболизм каротеноидов в клетках усиливается, что значительно увеличивает производство астаксантина и помогает клеткам противостоять неблагоприятной среде. Исследования показали, что бутанол и метанол при определенных концентрациях приводят к образованию астакзантина в лимациниуме шизохитрия B4D1. Когда 5,6% метанола было добавлено в среду культуры, общее содержание астаксантина увеличилось до около 3300 гранул/г, и астаксантин синтезирован в основном 3S-3' структура С. S[47].

Благодаря прояснению метаболического пути, высокопродуктивные штаммы астаксантина также были получены в аурантиохитрие с помощью генной инженерии. В штамме Aurantiochytrium sp. SK4 ген, кодирующий гемоглобин diatom - витреосциллаstercoraria (VHB), был переполнен, а производство астакзантина выросло в 9 раз до 131,09 μg/g [21]. Кроме того, высокопроизводительные штаммы астаксантина могут быть получены путем мутагенеза диких штаммов с использованием гравитационных лучей, NTG химических веществ и других методов. AstaxanthВ случае необходимостивыход высокопроизводительного штамма - шизохитрийSH104, полученный с использованием гравцевых лучей, был в 3 раза выше, чем у первоначального штамма, достигнув 3,689 мг/л [51]. Шизохитрий также имеет свойство не требует света, помимо того, что является безопасным штаммом для производства DHA.,что делает его потенциальным штаммом для промышленного производства astaxanthin.

2.6 растения синтезируют астаксантин

Несколько видов мариголда являются единственными наземными растениями, которые могут производить астаксантин [56]. Лепестки Адонис аэстивалис и Адонис аннуа в роду Адонис имеют ярко-красный цвет крови из-за скопления астаксантина. Однако, из-за небольшого размера цветов marigold, она ограничена в промышленном производстве астаксантина. Тем не менее, он является хорошим носителем пути синтеза астаксантина в более высоких растениях и служит ориентиром для развития астаксантинских биореакторов. Астаксантин является конечным продуктом каротеноидного метаболизма. Хотя многие растения не имеют возможности аккумулировать астаксантин, они содержат высокие уровни каротеноидов.

В этих клетках отсутствуют соответствующие гены метаболического пути от грау-каротина до астаксантина, что приводит к разрыву метаболизма на стадии синтеза грау-каротина. Благодаря генной инженерии исследователи получили высокопроизводительные астаксантин-производящие инженерные штаммы растений. В томатах одновременное выражение хламидомонаса reinhardtii β- каротин кетолазы и гематококковой плутовиалис β- каротин гидроксилазы привело к упрегуляции большинства оригинальных генов каротиноидов в томатах, эффективно направляя поток углерода в каротиноиды и накапливая большое количество свободного астаксантина в листьях. Выражение генов Brevundimonas sp. SD212, кодирующих crtW и crtZ в табачных листьях, привело к появлению астаксантина на уровне 0,5% DCW (более 70% от общего количества каротеноидов) [57].

3. Заключение и перспективы

Астаксантин обладает сильными антиоксидантными свойствами. По мере роста рыночного интереса к астаксантину и спроса на него, астаксантин имеет большое практическое значение и потенциал развития в усилителях питания, здравоохранении, кормах и других областях. Химически и биологически синтезированный астаксантин имеет различные области применения. Химически синтезированный астаксантин является низким по стоимости и недорогим, был индустриализирован, и является основным промышленным источником астаксантин предложение на рынке. С ростом биосинтеза астаксантина страны стали более строгими в управлении химически синтезированным астаксантином. Управление по контролю за продуктами питания и лекарствами США (FDA) запретило химически синтезированный астаксантин входить на рынки продуктов питания, медицинских товаров и других товаров.

Биосинтетический природный астаксантин имеет более высокую биологическую активность и более безопасный источник, удовлетворяющий потребности рынка, особенно в натуральных пигментах для потребления человеком, которые стали горячей точкой исследований. Этот рыночный спрос также привел к повышению внимания к биосинтезу астаксантину. Однако нынешний низкий уровень производства природного астаксантина приводит к высоким ценам и не может удовлетворить общий рыночный спрос. В ответ на рынок и#39; растущий спрос на астаксантин, точное регулирование астаксантинского биосинтеза в растениях или микроорганизмах с помощью синтетической биологии, метаболической инженерии, ферментации и других средств является эффективным способом достижения масштабного промышленного производства природного астаксантина. Известные организмы, способные синтезировать астаксантин с нуля, ограничены несколькими видами бактерий, дрожжей, микроводорослей и растений [19], поэтому получение астаксантина-производящего микробные штаммы с высокой урожайностью является важным направлением исследований для масштабного производства астаксантина.

Кроме того, существуют также серьезные проблемы в области последующей обработки биосинтеза, особенно в области эффективной экстракции и очистки астаксантина. Производственный потенциал компании biosynthesized - астаксантиногром, и основные проблемы, которые еще предстоит преодолеть, все еще требуют более качественного инжиниринга и инноваций, чтобы сделать процесс более конкурентоспособным с точки зрения затрат. Одним словом, биосинтез астаксантина является привлекательным полем и может быстро развиваться. Ожидается, что биотехнология откроет новые возможности для промышленного производства биопроизводного астаксантина.

Ссылка:

[1] вальш C. C. - т, Г-н тан - Y. В настоящее время По химическому оружию 1. Биология Витаминов человеческих [м]. РСК: королевское общество химии,2018, 10:1-446

[2] Солнце и Солнце W  H.  Исследования по теме: По состоянию на Выделение и подготовка астаксантина из различных источников и его соотношение структура-активность [D]. Циндао: китайский университет океана, 2015.

[3] давинелли с, нильсен м, скапагнини г. астаксантин ин Кожа, цвет кожи В области здравоохранения, - ремонт, и Заболевания: A  Всеобъемлющий обзор политики Обзор [J]. Питательные вещества,2018,10(4):522.

[4] конг X X X XX X X - Y, Чжан (Китай) H/ч. Z  - J. I  - J. О (1) E.  В последнее время Ii. Прогресс В источниках,  Биологического оружия и  Деятельность организации объединенных наций   и  3. Применение  Соединенные Штаты америки  Astaxanthin [J]. Международный журнал наук 2019, 8(3): 31-34.

[5] амбати - р, Пханг (PHANG)  С. S - м, - рави.  S,  В то же время - эл. - привет. Astaxanthin: источники, добыча, стабильность, биологическая деятельность и ее коммерческая деятельность Приложения-обзор [J]. Морские лекарства,2014,12(1):128-152.     [6]HOLTIN - к,KUEHNLE - м,REHBEIN - джей,В то же время- эл. - привет.Определение астаксантина и astaxanthin  esters  in  В настоящее время - микроводоросли По запросу: LC- (APCI)MС. Sи характеристика преобладающих изомеров каротеноидов N Haematococcus pluvialis MB. Р.spectroscopy[J]. Аналитическая и биоаналитическая химия,2009,395(6):1613 — 1622.

[7] чэнь г, ван б, хан д и др. Молекулярные механизмы Координация между астаксантином и жирной кислотой биосинтеза в  Haematococcus pluvialis (хлорофичея)[J]. Завод J,2015,81(1): 95-107.

[8] нововеска л, росс м е, стенли м с и др. Микро-водоросли каротеноиды: обзор производства, текущих рынков, регулирования и будущих направлений [J]. Морские препараты,2019,17(11):640.

[9]  Организация < < аки > >   - т,    - хачида.   - к,    - ё шинага.   - м,    В то же время   Al. - трасточитридкак потенциальный источник каротеноидов [J]. Журнал американского общества нефтяных химиков,2003,80(8):789-794.

[10] Pi  С. S - Q, Чэнь (Китай) X  Z,  * ху (Китай) S  P,  В то же время - эл. - привет.  Ii. Обобщение   Соединенные Штаты америки  Astaxanthin [J].   Органический пероксид (органический пероксид)  Химия,2007,27(9): 1126 — 1129.

[11]MOBIN S, ALAM F. некоторые перспективные микроводоросли для  Коммерческое применение: обзор [J]. Энергетика Procedia,2017,110: 510-517.

[12] видмер E.   По техническим вопросам 3. Процедуры  для В настоящее время  Сводные данные - с каротиноидами   и   По теме:   По соединениям и соединениям   Из российской федерации   6- оксо-изофорон: синтезы Из (3R), 3 & 3#39; р. - зеаксантин. Часть 2 из 3 I[J]. Организация < < хелветика > > Закон о чимике 1990 года,73(36):861-867.

[13] HANSGEORG - э,SPEYE- р,Иоахим п и др. Подготовка к кантаксантину и Astaxanthin: USOO5210314A  [п].  1993- 1995 годы -  11[1993-5-11]. http://www.google.co.in/patents/USOO5210314A.    [14] вольфганг к, бриль, клаус х, И др. Подготовка к конференции Astaxanthn :USOO5654488A[P].1997-08-05[1997-08-05]h.ttp:// WWЧ. : м.Google.co.in/патенты /USOO5654488A.

[15] Хуан г д, цзян чж,  В то же время  - эл. - привет.  В. научные исследования  Ii. Прогресс   in    В настоящее время  По химическому оружию   Ii. Обобщение  Астаксантина [C]. 2009 Организация < < чжэцзян > > - продукты питания 2. Добавки и Производство ингредиентов  3. Предпринимательство  3. Инновации  - на форуме.   Организация < < чжэцзян > >   Ассоциация производителей пищевых добавок, 2009, 4: 353 — 358.

[16] фанг N, Ван с, лю х и др. По новой версии Ii. Обобщение От организмов до генов [J]. Тенденции в пищевой науке и Технологии,2019,92:162-171.

[17] Во вранове  E,   Коман (Китай)  - д,  Организация < < груисам > >  W.   В сети интернет  3. Анализ  Соединенные Штаты америки  В настоящее время   MVA    и  MEP   Iii. Пути развития   для   - изопреноидная болезнь  Синтез [J].  Годовой отчет о проделанной работе  Ii. Обзор   Соединенные Штаты америки  На территории предприятия   Биология,2013,64(1): 665-700.

[18] 1. Ли  C, C,   - сваффорд.  C   A.,   - сински.  A   - джей. - привет.  Модульная инженерия для микробного производства каротеноидов [J]. М. : наука,2020.

[19] Лу к, бянь с, тао м и др. Геном и транскриптомическое секвенирование зеленых микроводорослей производства астаксинтина, Haemato- coccus pluvialis[J]. Геном биол эвол,2019,11(1):166-173.

[20] лохр  - м,  Швендер (SCHWENDER)  - джей,  В чем дело?  - J.  E.   Биосинтез изопреноидной системы in  Эукариотик (eukaryotic) Фото-рофы: A  В центре внимания По состоянию на Водоросли [J]. Завод Sci,2012,185-186(нет):9-22.

[21] е й, лю м, он м, И др. Иллюстрация и укрепление биосинтеза   Соединенные Штаты америки   astaxanthin     и   доксосаексаеноис    - кислота;    В Aurantiochytrium sp. SK4[J]. Март лекарства,2019,17(1).

[22] Генри 1. О - к,  - Томас S  - т, - виджелм - J. - р,  В то же время Al. Вклад   Соединенные Штаты америки   isopentenyl    3. Фосфаты   По адресу:   На территории предприятия   Терпеноидный метаболизм [J]. Природные растения,2018,4(9):721-729.

[23] MOISE A R, AL-BABI1. ЛиS, WURTZEL E - ти. - привет.Mechanistic  По всем аспектам Соединенные Штаты америки - каротеноид Биосинтез [J].  По химии и химии Рев.,2014,114(1): 164 — 193.

[24] альварес V, родригес-саис M, фуэнте - J.L D L, В то же времяal. В настоящее время ЦРТС (СРД) - генная инженерия Из ксантофиллициса - дендрорус Код на английском языке Новый гидроксилаз цитохрома-p450, связанный с преобразованием грау-каротина  В Том числе:  astaxanthin   и  Другие виды деятельности Xanthophylls [J].  Грибковая генетика и Биология,2006,43(4):0-272.

[25] лю - Y, Ну и ну. Y,  Чэнь (Китай) - джей, В то же время - эл. - привет. 3. Метаболизм Инженерно-технические работы - синехоцистов  sp.   ПЦХП - 6803  По адресу:  Продукты питания и напитки  Astaxanthin [J].  Исследование водорослей,2019,44:101679.

[26] шхуны - B, Рмики (RMIKI) - н, - рахади. J,  - лемуин. Для аккумуляции астаксантина в гематококке требуется гидроксилаза цитохром р450 и А вот и нет. Активный образ жизни Ii. Обобщение Соединенные Штаты америки - толстый. Кислоты [J]. Фебс письма, 2001, 500(3): 125-8.

[27] гомес л, ороско м и, кирога с и др. Организация < < продаксьон > >  De Astaxantina y expres13. ИонД/дГены и геныen Haematococcus pluvialis  (хлорофикеи,)   Volvocales (Volvocales)  - бахо   1. Рекомендации  Д/д   Организация < < эстрес > >   По вопросам развития  Недостатки в работе  Д/д  Нитрогено (нитрогено)  y   10 ч. 00 м. - альта  - радиация:  Организация < < продаксьон > >  de   Astaxantinay expresiПо состоянию наde genes en H. pluvialis[J]. Revista Mutis, 2019,9(2):7-24.

[28] IDE T, HOYA M, TANAKA T и др. Увеличение производства астаксантина в паракокус sp. штамм N-81106 с использованием случайного мутагенеза и генной инженерии [J]. Biochemical Engineering Journal,2012,65:37-43.

[29]  10 ч. 00 м. - шахина М, хамида, лин и др. - сфингомикробий astaxanthinifaciens sp.  Ноябрь., А вот и нет. Astaxanthini-производящая гликолипид-богатая бактерия, изолированная от поверхностных морских вод и эмендированное описание рода Sphingomicrobium[J]. По запросу Int- J.В чем дело?Evol Microbiol,2013,63(Pt 9):3415-3422.

[30] мацумото  M,   Организация < < ивама > >  - д, - аракаки. A,   et   Al. Altererythrobacter ishigakiensis sp. nov., бактерия, производящая астаксантин В условиях изоляции Из российской федерации a  Морская пехота Осадки [J]. Int  - J.  Syst  Evol Microbiol,2011,61(Pt 12):2956-2961.

[31] ASKER D. изоляция и характеристика новой морской бактерии, производящей астаксантин [J]. J 3. Агрик- продукты питанияChem,2017,65(41):9101 — 9109.

[32] HENKE N A, HEIDER S A, PETERS-WENDISCH P, et al.  Производство и продажа Объединенных наций по морскому праву - каротеноид Астаксантин метаболически  Проектирование и ремонт  - коринебактерия   Glutamicum [J].  Октябрь 2009 года  Наркотики,2016, 14(7):124.

[33] карин лемут к с а с а  coli   - штамм  для  Повышение качества услуг  in   vivo   2. Биосинтез  Из астаксантина [J]. Фабрики микробных клеток,2011:10.

[34] вы R  W,  Яо (фр.) - г, Место проведения выставки K,  et  al.  Строительство зданий и сооружений Постоянный представитель российской федерации  astaxanthin  1. Биосинтез Путь к успеху in  a  - метанотрофический bacterium   Метиломонас штамм 16a[J]. J Ind Microbiol Biotechnol,2007, 34(4):289-299.

[35] тао л, седкова н, яо х и др. Выражение бактериального гемоглобина  genes   По адресу:   Для улучшения качества   astaxanthin    Производство и продажа  in   - метанотрофический bacterium  - метиломоны  Сп [J]. Группа по планированию семьи Microbiol Biotechnol,2007,74(3):625-633.

[36] Юлия J  - г, Ким ким ким Y  T.  1. Клонирование и 3. Определение характеристик Из-за астаксантина 2. Биосинтез - генная инженерия Iii. Тематический блок Из российской федерации В настоящее время Морская пехота Бактерия Paracoccus haeundaensis[J]. Джин,2006,370:86-95.

[37] лю з к, чжан ж ф, чжэн и г и др. Улучшение состояния астаксантина Производство и продажа По запросу: a  В настоящее время В условиях изоляции - фаффия.  Роудозима мутант с Низкий уровень энергии iПо состоянию на - пучок света Имплантация [J]. Журнал по теме Прикладной микробиологии,2008,104(3):861-872.

[38] канугу о н, шатунова с а, глухарева т в и др. Последствия различных видов воздействия Сахар с сахаром Из других источников on  P.  1. Родозима Год выпуска Y1654 Рост на душу населения И астаксантин производства [J]. Агрономия,2020:18.

[39] се х, чжоу и, ху джей и др. Производство астаксантина мутантом - штамм Соединенные Штаты америки Phaffia  rhodozyma  и 3. Оптимизация Соединенные Штаты америки Положение в области культуры Использование программного обеспечения Ответ на вопрос  Общая площадь участка  Методология [J].  В предыдущих сериях  Из микробиологии,2014,64(4):1473-1481.

[40] килдегард К. К. R,  Адиэго-перес B,  DOMENECH BELDA D, и др. Инжиниринг Yarrowia lipolytica для производства astaxanthin[J]. Synth Syst Biotechnol,2017,2(4):287 — 294.

[41]TRAMONTIN L R R, KILDEGAARD K R, SUDARSAN S,  И др. Улучшение биосинтеза астаксантина в олагиновых дрожжевых составах  3. Ярровия lipolytica  По адресу: via - микроводоросли Путь [J]. Микроорганизмы, 2019,7(10):472.

[42] чжоу P,  Xii. Се W,  LI  A,  et  al.  Облегчение бремени задолженности Соединенные Штаты америки Метаболическое узкое место  По запросу:  - комбинаторные.  Инженерно-технические работы  Усиленная система управления  Astaxanthin синтез   in    - сачаромицис   Cerevisiae [J].   1. Фермент   Microb Technol,2017,100:28-36.

[43] чжоу п, е л, се в и др. Высокоэффективный биосинтез  Соединенные Штаты америки astaxanthin  in  Saccharomyces  cerevisiae  По запросу: Интеграция в общество  и  Настройка щебня crtZ и BKT [J]. Группа по планированию семьиMicrobiol Biotechnol,2015, 99(20):8419-8428.

[44] HAN D, LI Y, HU Q. астаксантин в микроводорослях: пути, функции и биотехнологические последствия [J].водоросли,2013,28(2):131 — 147.

[45] HE B, HOU L, DONG M, et al. Транскриптический анализ в Haematococcus pluvialis: Astaxanthin индукция высоким светом с ацетатом и Fe(2)[J]. Int J Mol Sci,2018,19(1):175.

[46] Лу Y,   В настоящее время P,  - лиус, et  al.  В. метил Накопление астакзантина под действием жасмоната или гиббереллинов а3 связано с упрегуляцией транскрипции генов кетолазы бета-каротина (BKTS) в микроалге Haematococcus pluvialis[J].  1. Биорезор  Технол, 2010,101(16):6468-6474.                                                                

[47] чжан к, чэнь л, лю джей и др. Влияние бутанола на производство дорогостоящей продукции in  - шизохитрий Лимассонум (лимассонум) B4D1[J].Фермент Microb Technol,2017,102:9-15.

[48] ду - г, - ляо - X, Гао (GAO) Z,  et  al.  Последствия для окружающей среды Соединенные Штаты америки Метанол (метанол) on   - каротеноиды as  Ну что ж... as  Биомасса (биомасса) и - толстый. - кислота; 2. Биосинтез in   Schizochytrium   Лимассонум (лимассонум)  B4D1[J].   Appl   1. Окружающая среда  Микробиол, 2019,85(19): е01243 -19.

[49] гупта A,  Сингх (США) D, бэрроу C J, et  al.  Изучение возможностей использования австралийских трастохитридов для биопреобразования глицерола По адресу: Омега -3 и - каротеноиды Производство [J]. Biochemical Engineering Journal,2013,78:11-17.

[50] CHATDUMRONG W, YONGMANITCHAI W, LIMTONG S, и др. Оптимизация производства докосахексаеноидной кислоты (ДГВ (ДГВ)и улучшение содержания астаксантина в мутантском лимассоине шизохитрия, изолированном от мангровых лесов в таиланде [J]. Kasetsart Journal-естествознание,2007,41(2):324-334.

[51] пак х, квак м, со дж и др. Увеличение производства каротиноидов Использование программного обеспечения a   Thraustochytrid  - микроводоросли - штамм Содержит высокие уровни масла, богатого кислотой докосахексаеноис [J]. М. : биотехнология,2018,41(9):1355 — 1370.

[52] килодран б, хинцпетер I, гормазабал е и др. доксосаексаеноис   - кислота;   (C22) :   6n-3,   DHA)    и   Astaxanthin производство Thraustochytriidae sp. AS4-A1 родной штамм с высоким сходством с Ulkenia sp. : оценка жидких остатков продуктов питания  В промышленности  as   3. Питательные вещества  Источники [J].  1. Фермент  и  Микробные технологии,2010,47(1-2):24-30.

[53] ивасака х, аки т, адачи х и др. B. утилизация отходов  Сироп для производства полиненасыщенных жирных кислот и ксантофилов  По запросу:  Аурантиохитрий [J].  Журнал по теме  Соединенные Штаты америки  Олео (фр.)  Наука,2013,62(9): 729-736.

[54] SUEN Y L, TANG H, HUANG J, et al. Увеличение объема производства  Соединенные Штаты америки - толстый. Кислот в кислотах и astaxanthin  in  Aurantiochytrium   sp.  О нас  Выражение на английском языке Соединенные Штаты америки Vitreoscilla  Гемоглобин [J]. J  Agric  Food   М., 2014,62(51):12392-12398.

[55] ватанабэ к, арафилес к х в, хигаши р, И др. Изоляция высокопроизводительных каротеноидов аурантиохитрия sp. мутантов и  Повышение продуктивности астаксантина с использованием метаболической информации [J]. J Oleo Sci,2018,67(5):571 — 578.      

[56] каннингем F X, J R, гант е. разъяснение пути к астаксантину в цветах адониса аэстивалиса [J]. Заводская клетка,2011,23(8):3055 — 3069.

[57] хасунума т, миядзава - с, йошимура С, и др. 2. Биосинтез Соединенные Штаты америки astaxanthin  in  3. Табак - листья. По запросу: Транспластическая инженерия [J]. Завод J,2008,55(5):857-868.