Как получить синтетический астаксантин?

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

AstaxanthВ случае необходимостиhПо состоянию на 31 декабряthree optical isomers. В настоящее времяdifference between В настоящее времяthree optical isomers is that among В настоящее времяВсе-транс астаксантин stereoisomers, В настоящее времяantioxidant Деятельность организации объединенных нацийСоединенные Штаты америкиВ настоящее времяracemic - астаксантинis В настоящее времяlowest, the dextrorotatorуastaxanthВ случае необходимостиhПо состоянию на 31 декабряthe strongest ability По адресу:scavenge free radicals, иthe levorotatory - астаксантинhПо состоянию на 31 декабряA/данные отсутствуют.stronger inhibitory effect По состоянию наlipid peroxidatiПо состоянию наиimmune activity [1-2]. AstaxanthВ случае необходимостиhas A/данные отсутствуют.variety Соединенные Штаты америкиeffects В случае необходимостиaddit13. ИонПо адресу:its antioxidant activity, including anticancer, anti-inflammatory, иanti-diabetic effects [3]. In addition, - астаксантинis the only - каротеноидthat cА вот и нет.penetrate the blood-braВ случае необходимостииblood-retinA/данные отсутствуют.barriers иhas A/данные отсутствуют.positive effect По состоянию наthe central nervous system иbraВ случае необходимостиfunction. Therefore, - астаксантинis widely used В случае необходимостиfood, healthcare, cosmetics, иfeed additives [4].

Природный астаксантин is mainly found В случае необходимостиthe Морская пехотаenvironment В случае необходимостиthe form Соединенные Штаты америкиfree иesterified astaxanthin. Free - астаксантинis unstable иeasily oxidized. Due По адресу:the presence Соединенные Штаты америкиhydroxyl groups В случае необходимостиthe terminal cyclic structure, - астаксантинis easily combined с- толстый.Кислот в кислотахПо адресу:form - астаксантинВ европе и европеиexist stably. About 95% Соединенные Штаты америкиthe - астаксантинmolecules В случае необходимостиHaematococcus pluvialis are esterified with - толстый.acids иstored in cytoplasmic lipid bodies rich in triacylglycerols [5].

Astaxanthin подразделяется на astaxanthin monoesters и astaxanthin diesters 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 наиболее перспективныхAstaxanthin производители in nature. In recent years, it has been found that many strains Соединенные Штаты америкиthe genus Thraustochytrium also have the ability to synthesize astaxanthin [9], иthe synthetic levo-astaxanthin accounts дляmore thА вот и нет.90% Соединенные Штаты америкиthe total astaxanthin. Previous researchers have reviewed the По химическому оружиюIi. Обобщениеmethods иIii. Пути развитияСоединенные Штаты америкиastaxanthin [10] иoutlined the current Производство и продажаlevels Соединенные Штаты америкиnatural astaxanthin producers [11]. This review will focus По состоянию наAstaxanthin биосинтезиthe anabolic pathways Соединенные Штаты америкиastaxanthin in different organisms, based on a review Соединенные Штаты америкиПо химическому оружиюIi. Обобщениеroutes, with a focus on chemical Ii. Обобщениеиbiosynthesis. This article aims to proviД/дreaders with a macro-level overview Соединенные Штаты америкиastaxanthin 2. Биосинтезиhelp them quickly understиthe research Ii. Прогрессin Astaxanthin синтезmethods.

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 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.

В настоящее времяWitting reaction is a characteristic reaction Постоянный представитель российской федерацииtotal Маршрут синтеза астаксантина. This type Соединенные Штаты америкиsynthesis route has the advantages Соединенные Штаты америкиsimple technology and low cost. Although the processes Соединенные Штаты америкиthe two routes Соединенные Штаты америкиHoffmann-La Roche and BASF are very complex, the Производство и продажаprocess is long, the control Соединенные Штаты америкиthe intermediate process is difficult and strict, but the synthesis cost is low, the price is cheap, and industrial production has been realized. It is the main industrial source of astaxanthin supply on the markВ то же время(Figure 2).

1.2 химический полусинтез астаксантина

Semi-synthesis is a method that uses - каротеноиды such as canthaxanthin, lutein and Зеаксантин (zeaxanthin) as raw materials to prepare astaxanthin [15]. The classic method uses lutein as the starting material, and lutein is catalysed По запросу:an alkali to undergo an isomerisation reaction to Продукты питания и напиткиzeaxanthin. Using 1,2-propanediol as a solvent and potassium hydroxiД/дas a catalyst, the reaction was carried out at 110 °C. C.для168 h. Zeaxanthin was directly oxidized to astaxanthin under the action of iodine and sodium bromate.

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 canthaxanthin и 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.

The second stage is the synthesis of IPP and DAMP- п,the precursors of carotenoids. There are two natural synthetic pathways дляthe synthesis of IPP and DAMPP: the methyl-D-erythritol-4-3. Фосфаты(MEP) Путь к успехуand the mevalonate (MVA) pathway. The MVA/данные отсутствуют.pathway is mainly found in eukaryotes and archaea, and is the only pathway for IPP formation in archaea, yeast and some gram-positive bacteria [16]. The Министерство иностранных делpathway is found in plants, algae and most bacteria. These plants and algae can produce IPP through the Мва (MVA)pathway in the cytoplasm and the MEP pathway in the plastids [17-18]. Until the end of the 20th century, MVA/данные отсутствуют.was considered to be the only source of isopentenyl diphosphate precursors for the synthesis of terpenoids, including carotenoids. In the MVA/данные отсутствуют.pathway, acyl-CoA is converted to hydroxymethyl-trimethyl-pentanoyl-coenzyme coenzyme (HMG-CoA). HMG-CoA is converted to methyl-D-malonyl-D-glutaronate По запросу:HMG-CoA reductase, and methyl-D-malonyl-D-glutaronate is converted to IPP through a series of phosphorylation reactions.

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 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 - фаффия.1. Родозимаastaxanthin синтезируется из zeaxanthin цитохромом P450 ферментов [24]. В бактериях и водорослях он в основном синтезируется грау-каротин гидроксилазы (CrtZ) и- о, каротинКетолазе (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

Astaxanthin был обнаружен в нескольких видах бактерий, в Том числе в грам-позитивной бактерии Brevundimonas sp. и грам-негативной бактерии Sphingomonas sp., 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 Pseudoalteromonas luteoviolacea 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 astaxanthin после 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 astaxanthin синтеза бактерий сам по себе значительно отличается от уровня водорослей, синтез astaxanthin у 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 родоторула глутинис сосредоточены на изоляции штаммов, мутагенеза и генной инженерии, чтобы получитьВысокодоходный астаксантин- производящие штаммы. Красный дрожжи представляет собой базидиомицетный грибок, который является потенциально холодным и низкотемпературные дрожжи.

Astaxanthin синтезирует имеет dextrorotatory структуру и является основным каротеноидом синтезируется красными дрожжевыми как вторичный метаболит. Astaxanthin синтез концентрации дикого типа красных дрожжей составляет около 200-400 μg/g DCЧ, ч, ч.и штамм мутации могут получить штаммы мутантов с высоким astaxanthin производства. 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 astaxanthin достигло 8,10 мг/г DCW [42]. Стоит отметить, что синтезированный астаксантин принадлежит к левовращающей структуре.

2.4 микроводорослной синтез астаксантина

Microalgae generally refers to the collective term for microorganisms that containХлорофилл (хлорофилл) a and can photosynthesize. Most - микроводорослиcan not only synthesize various bioАктивный образ жизниingredients such as polyunsaturated - толстый.acids and - микроводорослиpolysaccharides, but can also accumulate a large amount of carotenoids. Some microalgae have their own complete astaxanthin synthesis pathway. Among them, freshwater unicellular microalgae such as Haematococcus pluvialis and Chlorella vulgaris are the main Из других источниковof astaxanthin biosynthesis. In addition, euglena (Halamidomonas), euglena (Euglena), and Aceta- bularin also contain astaxanthin.

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.

Excessive low-activity oxygen produced in cells under high-temperature conditions weakens - каротеноидmetabolism. High light[44] and acetate[45], methyl jasmonate[46] and gibberellin[46] all have the function of promoting the Выражение на английском языкеof key Гены и геныПо теме:to the carotenoid 2. Биосинтезpathway. Acetate, methyl jasmonate and gibberellic - кислота;further promote astaxanthin 2. БиосинтезПо запросу:enhancing the expression of the crtZ - генная инженерияand inhibiting the expression of the lcyE gene. Compared with the induction conditions such as acetate, high light intensity affects the expression of the pds, crtISO, lcy- B,lut1, lut5 and zep genes, which promotes carotenoid biosynthesis to a greater extent and is the main driving force behind the changes in the expression of genes related to carotenoid synthesis. Studies have shown that under high light conditions, the Calvin cycle and the tricarboxylic - кислота;cycle proviД/дmore precursors for Другие виды деятельностиmetabolism. The β-carotene hydroxylase, hexahydro-lycopene synthase, and octahydro-lycopene desaturase are all upregulated, thereПо запросу:increasing the intracellular astaxanthin accumulation.

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

Thraustochytrium is a type of Эукариотик (eukaryotic)microorganism similar to a microalga but lacking chloroplasts and therefore not photosynthesizing. The cells can accumulate a large amount of active substances beneficial to the human body, such as lipids, pigments, and squalene. In addition, Thraustochytrium, Schizochytrium, and Aurantiochytrium can also accumulate - каротеноидыsuch as β-carotene and astaxanthin. Studies have found that the metabolites of Thraustochytrium, Schizochytrium, and Aurantiochytrium differ under different carbon source conditions. Related metabolic studies are currently underway (Table 3). During the fermentation of glycerol as a carbon source По запросу:Schizochytrium, glycerol mainly promotes the biosynthesis of secondary metabolites in - шизохитрийПо запросу:enhancing glycolytic activity and producing NADP- эйч.Using brewing by-products and waste molasses as a carbon source for Thraustochy- triidae sp. and Aurantiochytrium sp., the astaxanthin production was successfully increased while reducing production costs, further enhancing the possibility of commercializing astaxanthin biosynthesis in Thraustochy- 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. Astaxanthin выход 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

A few species of marigold are the only terrestrial plants that can produce astaxanthin [56]. The petals of Adonis aestivalis and Adonis annua in the genus Adonis show a bright blood-red color due to the accumulation of astaxanthin. However, due to the small size of the marigold flowers, it is limited in the industrial production of astaxanthin. However, it is a good carrier Из-за астаксантинаsynthesis pathway in higher plants and provides a reference for the development of astaxanthin bioreactors. Astaxanthin is the final product of carotenoid metabolism. Although many plants do not have the ability to accumulate astaxanthin, they contain high levels of carotenoids.

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.

Biosynthetic natural astaxanthin has higher Биологического оружия иactivity and a safer source, meeting markВ то же времяneeds, especially for natural pigments for human consumption, which has become a research hotspot. This markВ то же времяdemand has also led to increasing attention on 1. Биосинтезastaxanthin. However, the current low production of natural astaxanthin leads to high prices and cannot meВ то же времяthe general markВ то же времяdemand. In Ответ на вопросto the market' 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 astaxanthin огром, 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  - т, Г-н тан - Y. The  chemical  1. Биология Витаминов человеческих [м]. РСК: королевское общество химии,2018, 10:1-446

[2] Солнце и Солнце W  H.  Исследования по теме: on  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, and  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,  biological   activity    and   3. Применение  of   Astaxanthin [J]. Международный журнал наук 2019, 8(3): 31-34.

[5] амбати - р, Пханг (PHANG)  С. S - м, - рави.  - с, 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 and  astaxanthin  esters  in  the  microalgae  by  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,  et  - эл. - привет.  Ii. Обобщение   of   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  for  the   Сводные данные - с каротиноидами   and    related    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 and  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,  et   - эл. - привет.  В. научные исследования  progress    in    the   chemical    synthesis   Астаксантина [C]. 2009 Организация < < чжэцзян > > - продукты питания 2. Добавки and  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 synthesis  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  of   the    MVA    and   MEP   pathways    for    - изопреноидная болезнь  Синтез [J].  Годовой отчет о проделанной работе  Ii. Обзор   of   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  eukaryotic  Фото-рофы: A  В центре внимания on  Водоросли [J]. Завод Sci,2012,185-186(нет):9-22.

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

[22] Генри 1. О - к,  - Томас S  - т, - виджелм - J. - р,  et  Al. Вклад   of    isopentenyl    phosphate    to    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 of  carotenoid  Биосинтез [J].  По химии и химии Рев.,2014,114(1): 164 — 193.

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

[25] лю - Y, Ну и ну. Y,  Чэнь (Китай) - джей, et  - эл. - привет. 3. Метаболизм Инженерно-технические работы - синехоцистов  sp.   ПЦХП - 6803  to   produce   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 and  an  active  synthesis  of  fatty  Кислоты [J]. Фебс письма, 2001, 500(3): 125-8.

[27] гомес л, ороско м и, кирога с и др. Организация < < продаксьон > >  De Astaxantina y expresion de genes en Haematococcus pluvialis  (хлорофикеи,)   Volvocales (Volvocales)  - бахо   1. Рекомендации  de    Организация < < эстрес > >   По вопросам развития  Недостатки в работе  de   Нитрогено (нитрогено)  y   10 ч. 00 м. - альта  - радиация:  Организация < < продаксьон > >  de   Astaxantinay expresion de 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., an  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 carotenoid  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  for   Повышение качества услуг  in   vivo   biosynthesis   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 of the   astaxanthin  biosynthetic  pathway  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   to    Для улучшения качества   astaxanthin    production   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 and  3. Определение характеристик of the astaxanthin  biosynthesis  gene  Iii. Тематический блок Из российской федерации the  marine  Бактерия Paracoccus haeundaensis[J]. Джин,2006,370:86-95.

[37] лю з к, чжан ж ф, чжэн и г и др. Улучшение состояния астаксантина production  by  a  В настоящее время В условиях изоляции Phaffia   Роудозима мутант with  Низкий уровень энергии ion  - 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 sources  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 of  Phaffia  rhodozyma  and  3. Оптимизация of  Положение в области культуры Использование программного обеспечения response   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 of  Метаболическое узкое место  by   - комбинаторные.  Инженерно-технические работы  Усиленная система управления  astaxanthin synthesis    in    - сачаромицис   Cerevisiae [J].   1. Фермент   Microb Technol,2017,100:28-36.

[43] чжоу п, е л, се в и др. Высокоэффективный биосинтез  of  astaxanthin  in  Saccharomyces  cerevisiae  by  Интеграция в общество  and   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  Schizochytrium  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 of  Метанол (метанол) on   - каротеноиды as  Ну что ж... as  Биомасса (биомасса) and  fatty  acid  biosynthesis  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 to  Омега -3 and  carotenoids  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  microalgal  - 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   acid    (C22) :   6n-3,   DHA)    and    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  and   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  by   Аурантиохитрий [J].  Журнал по теме  of   Олео (фр.)  Наука,2013,62(9): 729-736.

[54] SUEN Y L, TANG H, HUANG J, et al. Увеличение объема производства  of  fatty  acids  and  astaxanthin  in  Aurantiochytrium   sp.  О нас  expression  of  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 of  astaxanthin  in  3. Табак - листья. by  Транспластическая инженерия [J]. Завод J,2008,55(5):857-868.