Preparación del ácido γ - poliglutámico y estudio de su actividad inhibidora de la tirosinasa
Los polímeros como los homopolímeros de aminoácidos tienen una amplia gama de funciones biológicas, biocompatibilidad y distribución dispersa del peso molecular. En la actualidad, los aminoácidos homopolímeros obtenidos a través de microorganismos incluyen principalmente tres tipos: el ácido poliglutámico (poli - γ - ácido glutámico, γ - PGA), la ε - poli lisina (ε - PL) y la cianoficina. El gamma PGA, como uno de ellos, también tiene sus excelentes características biológicas. Desde 1913, los investigadores han aislado sucesivamente gamma PGA del mucus del alimento natto y de los medios de fermentación de Bacillus subtilis, B. licheniformis, B. megaterium y B. anthracis. La estructura conformacional de γ - PGA cambia significativamente con el valor del pH, la concentración y la fuerza iónica de la solución. La producción de γ - PGA por Bacillus subtilis exhibe estructuras β - plegadas paralelas en soluciones ácidas, estructuras rizadas irregulares al acercarse a la neutralidad, y estructuras extendidas aleatorias en ambientes alcalinos.

El producto acabado de γ - PGA es un polvo blanco inodoro con un peso molecular entre 100 y 10000 kDa, equivalente a unos 50 a 50000 monómeros de ácido glutámico. El γ - PGA y sus derivados tienen amplias perspectivas de investigación y aplicación en muchos campos. Por ejemplo, como conservante alimentario, ingrediente hidratante en cosméticos, portador de fármacos de liberación lenta, adsorbente de metales pesados y floculante para el tratamiento del agua. En 2013, los investigadores descubrieron que el PGA gamma reduce los niveles de especies reactivas de oxígeno y óxido nítrico en células B16, aumenta la actividad de la catalasa e inhibe la actividad de la tirosinasa inducida por Forsklin y la producción de melanina. Este es el primer informe sobre el efecto anti melanogénesis de γ - PGA.

El peso molecular es un importante parámetro característico de los polímeros, y su tamaño determina su campo de aplicación y su eficacia. Por lo tanto, es de gran importancia preparar diferentes pesos moleculares de gamma PGA y estudiar las diferencias de actividad entre los diferentes pesos moleculares con el fin de ampliar el ámbito de aplicación de gamma PGA. En la actualidad, la fermentación microbiana es un método comúnmente utilizado para la fermentación de gamma PGA. El peso molecular y el rendimiento del γ - PGA preparado por este método se ven afectados por las bacterias productoras. Según se añada o no ácido glutámico durante el proceso de fermentación, las cepas productoras de γ - PGA se dividen en dos categorías: cepas dependientes del ácido glutámico y cepas no dependientes del ácido glutámico. Los estudios han demostrado que el uso de cepas dependientes del glutamato como bacterias productoras da lugar a una mayor producción de gamma PGA. Por lo tanto, en este artículo se utiliza Bacillus subtilis como cepa de fermentación para producir γ - PGA mediante fermentación microbiana. Se prepararon cinco grupos de diferentes pesos moleculares de γ - PGA combinando métodos de degradación química, y se estudió su inhibición intracelular y extracelular de la actividad tirosinasa. Sentar las bases para la aplicación de diferentes pesos moleculares de γ - PGA como agentes blanqueadores en el campo de la cosmética.

El Gamma PGA es un producto extracelular secretado. Durante mucho tiempo, se ha investigado ampliamente sobre sus propiedades, la mejora bacteriana y las características genéticas, el proceso de fermentación y la extracción y purificación. El peso molecular del γ - PGA afecta directamente a sus aplicaciones en muchos campos. Con el descubrimiento por parte de los investigadores de que el γ - PGA tiene efectos anti melanina, el γ - PGA se ha convertido gradualmente en un ingrediente potencial de agentes blanqueadores.
Reducir la producción de melanina es un paso clave para conseguir efectos blanqueadores. La investigación acumulada ha demostrado que la tirosinasa es una importante enzima limitante de la tasa de producción de melanina, y su nivel de expresión y actividad determinan la velocidad y el rendimiento de la síntesis de melanina. Por lo tanto, sus inhibidores se suelen utilizar como agentes blanqueadores. En 2004, Sasaki et al. descubrieron que la metalotioneína puede inhibir eficazmente la producción de melanina estimulada por NO y otros melanógenos mediante la inhibición directa de la actividad de la tirosinasa en los melanosomas. En 2013, Jeong et al. descubrieron que el ginsenósido Rh4 aglicona (A-Rh4) inhibe la síntesis de melanina en células de melanoma B16 a través de la vía de la proteína quinasa A. Se observó un aumento de la actividad de la tirosinasa en la síntesis de melanina, y su regulación a la baja puede inhibir la producción de melanina. Por ello, la búsqueda de biomateriales naturales con actividad antitirosinasa se ha considerado una estrategia importante para desarrollar nuevos productos reguladores de la pigmentación cutánea.
En este artículo se selecciona el Bacillus subtilis dependiente del ácido glutámico como cepa para la preparación por fermentación de γ - PGA, con un rendimiento de 8 g/L y un contenido de 97,69%. Utilizando su sensibilidad a las condiciones físicas y químicas de la estructura y combinando métodos de degradación química, se prepararon cinco pesos moleculares diferentes de γ - PGA con pesos moleculares medios de 21, 117, 282, 432 y 501 kDa. Para garantizar la seguridad biológica de las células, primero se evaluó el intervalo de concentración seguro que pueden utilizar las células. Posteriormente, se utilizó la tasa de inhibición de la actividad tirosinasa como indicador para determinar las tasas de inhibición de la actividad tirosinasa de cinco pesos moleculares diferentes de γ - PGA tanto dentro como fuera de la célula. Los resultados globales de la citotoxicidad y la actividad de inhibición de la tirosinasa mostraron que los cinco pesos moleculares de γ - PGA tenían actividad de inhibición de la tirosinasa, y la actividad de inhibición extracelular de la tirosinasa aumentaba con el incremento del peso molecular, proporcionando una base teórica para la futura aplicación de γ - PGA como potencial ingrediente blanqueador.
El peso molecular del γ - PGA preparado por el método de fermentación microbiana es limitado. Jiang et al. construyeron un Bacillus subtilis recombinante que contiene el grupo de genes de la enzima degradadora de γ - PGA pgsBAE, que puede sintetizar γ - PGA de bajo peso molecular (aproximadamente 10kDa). Qiao Changsheng et al. utilizaron un tanque de fermentación para fermentar y prepararon γ - PGA de 1000kDa regulando el proceso de fermentación y optimizando las condiciones de fermentación. Por lo tanto, el siguiente paso es combinar la ingeniería genética y otros métodos para construir cepas de ingeniería mediante la introducción de fragmentos de genes clave de enzimas de degradación o enzimas de síntesis para preparar gamma PGA de mayor o menor peso molecular, con el fin de seguir estudiando su actividad blanqueadora.
En la actualidad, se han añadido ingredientes naturales como agentes blanqueadores en fórmulas cosméticas, entre ellos quercetina, arbutina, niacinamida, astaxantina, ácido salicílico, ácido frutal, etc. Diferentes ingredientes blanqueadores tienen diferentes actividades blanqueadoras debido a sus diferentes mecanismos de blanqueamiento. El mismo ingrediente blanqueador también tiene diferentes efectos en los cosméticos debido a sus diferentes concentraciones añadidas. Por lo tanto, mediante el estudio de la actividad blanqueadora del ácido poliglutámico con diferentes pesos moleculares, no sólo se proporciona un ingrediente blanqueador potencial para el campo de los cosméticos, sino que también puede añadirse a las fórmulas cosméticas para ejercer diferentes efectos basados en las diferencias de actividad blanqueadora entre los diferentes pesos moleculares, adaptándose a las diferentes poblaciones y satisfaciendo sus necesidades de blanqueamiento. En el futuro, mediante la mejora de la tecnología de extracción de extractos naturales, se podrán realizar análisis cualitativos y cuantitativos de los principios activos de los extractos para determinar sus efectos y encontrar las sustancias activas con mejor efecto blanqueador en los organismos naturales.