Avances en la investigación sobre la transformación microbiana de triterpenoides pentacíclicos
La bioconversión o biotransformación se refiere al proceso en el que los compuestos exógenos sufren determinadas reacciones bioquímicas bajo la acción del propio organismo o la acción catalítica de enzimas activas en el cuerpo, dando lugar a cambios estructurales y a la producción de compuestos valiosos. También se conoce como biocatálisis. En 1864, Pasteur descubrió que Acetobacter podía convertir etanol en ácido acético, lo que marcó el inicio del desarrollo de la tecnología de transformación microbiana por el ser humano. En la década de 1950, los investigadores utilizaron Rhizopus nigrican para convertir la progesterona en 11 α - hidroxiprogesterona, marcando un hito importante en la historia de la biotransformación.
En comparación con la conversión química, la biológica tiene las ventajas de la protección ecológica del medio ambiente, una alta eficacia catalítica, condiciones de reacción suaves y un tratamiento posterior sencillo. A menudo puede lograr una conversión que no es fácil de conseguir en la conversión química, como la reacción de glicosilación, mejorando así la actividad biológica, reduciendo la toxicidad y mejorando la biodisponibilidad. En particular, la biotransformación tiene una alta regioselectividad y estereoselectividad, y también hay muchos tipos de reacciones, como la oxidación, la reducción, la hidrólisis, la condensación, la hidroxilación, la aminación, la ciclización, la acilación, la descarboxilación, la metilación y la desmetilación, la deshidrogenación, etc., que facilitan la obtención de compuestos estructuralmente novedosos y proporcionan compuestos principales más valiosos para el desarrollo de nuevos fármacos. Sin embargo, la selección de cepas de transformación eficaces entre una amplia variedad de microorganismos sigue siendo un enorme reto en la actualidad.
Los triterpenoides pentacíclicos se encuentran principalmente en plantas superiores terrestres y pueden clasificarse en tres tipos estructurales: tipo ácido ursólico, tipo oleanano y tipo lupino. Se ha informado de que estos compuestos tienen muchas actividades biológicas, como anticancerígenas, antidiabéticos, antivirus, antibacterianas y antioxidantes. Aunque muchas hierbas medicinales contienen triterpenoides pentacíclicos, a menudo presentan limitaciones como su bajo contenido, su escasa actividad o su elevada toxicidad. A través de la biotransformación, los triterpenoides pentacíclicos pueden transformarse en principios activos más valiosos con alta actividad y baja toxicidad, o en compuestos principales con estructuras novedosas, sentando las bases para posteriores modificaciones estructurales y el desarrollo de nuevos fármacos.

No es difícil deducir de las investigaciones anteriores que la transformación microbiana puede transformar compuestos orgánicos naturales en una variedad de derivados, proporcionando más compuestos estructuralmente novedosos para el cribado de la actividad biológica y el desarrollo de nuevos fármacos. Hay muchos tipos de microorganismos capaces de biotransformación, entre los cuales los hongos son los más comúnmente estudiados para la biotransformación de triterpenoides pentacíclicos, especialmente los hongos. Los tipos de reacción incluyen hidroxilación, carbonilación, hidrólisis, carboxilación, glicosilación, reducción, deshidroxidación y acetilación. En los hongos, las reacciones de hidroxilación ocurren más comúnmente en las posiciones C7, C15 y C21, con transformaciones significativas en las posiciones C1, C2, C23, C24 y C30. Se producen algunas transformaciones en las posiciones C4, C5, C6, C13, C19, C25, C26 y C29. Las reacciones de carbonilación se producen con mayor frecuencia en las posiciones C3 y C21, y unas pocas en las posiciones C2 y C24. Las reacciones de esterificación se producen con mayor frecuencia en las posiciones C13 y C28, y también se han encontrado en las posiciones C7 y C27. La reacción de deshidrogenación es más común en la posición C11 y ocasionalmente ocurre en las posiciones C4, C5 y C23. La carboxilación también es muy común en las posiciones C3, C29 y C30. Las posiciones C3, C28 y C30 son lugares comunes para la conexión de glucosa y son las más propensas a las reacciones de hidrólisis y glicosilación. Existen algo menos informes de investigación sobre la transformación de triterpenoides pentacíclicos utilizando bacterias que hongos. La mayor parte de los informes de investigación se refieren a bacterias, que implican principalmente tipos de reacción como la hidroxilación, la carbonilación, la glicosilación, la hidrólisis y la esterificación. Estas reacciones pueden lograr la hidroxilación en las posiciones C2, C1, C7, C15, C23 y C30, así como la carbonilación en la posición C3. Sin embargo, en los hongos no se han logrado este tipo de reacciones. La ciclooxidación se produce en las posiciones C11 y C26, la escisión se produce en las posiciones C2 y C3 del anillo A, la acetilación se produce en la posición C1 y el ácido carboxílico en la posición C28 se reduce a hidroximetilo.
El objetivo de la biotransformación es convertir los sustratos en compuestos más activos. Algunas reacciones de transformación potencian la actividad citotóxica contra las células tumorales, como la hidroxilación en las posiciones C2, C7 y C21, la metilación en la posición C28, la glicosilación en la posición C3 y la glicosilación de monosacáridos en la posición C28. Estos productos de transformación proporcionan una base material para el cribado y el estudio de la actividad de los fármacos antitumorales. Además, la glicosilación en la posición C28 puede reducir la coagulación sanguínea y proporcionar compuestos líderes para enfermedades cardiovasculares. Algunas reacciones de transformación pueden potenciar la actividad antiinflamatoria, como la carbonilación en la posición C3, la acetilación en la posición C1, la hidroxilación en las posiciones C1, C7, C15, C21 y C24, y la glicosilación en las posiciones C3, C28 y C30. Algunas reacciones de conversión potencian la actividad antibacteriana, como la glicosilación en las posiciones C28 y C3, la carbonilación en la posición C3 y la hidroxilación en la posición C21, y los derivados resultantes tienen potencial para desarrollar fármacos antibacterianos. La carboxilación en C29 tiene potencial neuroprotector. Con la investigación sobre la tecnología de biotransformación de los triterpenoides pentacíclicos, se ha descubierto un gran número de sustancias activas, y estos nuevos productos de transformación siguen proporcionando nuevos compuestos principales o sustancias farmacológicas para aplicaciones clínicas. Existen numerosos tipos de microorganismos, y es necesario seguir investigando sobre cómo crear un nuevo valor de actividad para los triterpenoides pentacíclicos mediante el cribado de cepas activas en biotransformación.
En los últimos años, el rápido desarrollo de la ingeniería enzimática, la inmovilización de células y enzimas, la ingeniería genética, la ingeniería de la fermentación, la metabolómica, la proteómica, etc., tiene el potencial de integrar múltiples genes en la misma cepa de ingeniería para completar múltiples reacciones de transformación simultáneamente, haciendo que la transformación microbiana tenga una mejor perspectiva en la síntesis de fármacos.