Préparation de l'acide γ - polyglutamique et étude de son activité inhibitrice de la tyrosinase
Les polymères tels que les homopolymères d'acides aminés ont un large éventail de fonctions biologiques, une biocompatibilité et une distribution dispersée du poids moléculaire. À l'heure actuelle, les acides aminés homopolymères obtenus par des micro-organismes comprennent principalement trois types : l'acide polyglutamique (poly - γ - acide glutamique, γ - PGA), ε - poly lysine (ε - PL) et la cyanophycine. Le gamma PGA, qui en fait partie, possède également d'excellentes caractéristiques biologiques. Depuis 1913, les chercheurs ont successivement isolé le gamma PGA du mucus de l'aliment natto et des milieux de fermentation de Bacillus subtilis, B. licheniformis, B. megaterium et B. anthracis. La structure conformationnelle du γ - PGA change de manière significative en fonction de la valeur du pH, de la concentration et de la force ionique de la solution. La production de γ - PGA par Bacillus subtilis présente des structures de pliage β parallèles dans les solutions acides, des structures enroulées irrégulières à l'approche de la neutralité et des structures étendues aléatoires dans les environnements alcalins.

Le produit fini du γ - PGA est une poudre blanche inodore dont le poids moléculaire est compris entre 100 et 10000 kDa, ce qui équivaut à environ 50 à 50000 monomères d'acide glutamique. Le Gamma PGA et ses dérivés ont de vastes perspectives de recherche et d'application dans de nombreux domaines. Ils sont par exemple utilisés comme conservateur alimentaire, comme ingrédient hydratant dans les cosmétiques, comme vecteur de libération lente de médicaments, comme adsorbant de métaux lourds et comme floculant pour le traitement de l'eau. En 2013, des chercheurs ont découvert que le gamma PGA réduit les niveaux d'espèces réactives de l'oxygène et d'oxyde nitrique dans les cellules B16, augmente l'activité de la catalase et inhibe l'activité de la tyrosinase induite par la forskline et la production de mélanine. Il s'agit du premier rapport sur l'effet anti-mélanogène du γ - PGA.

Le poids moléculaire est un paramètre caractéristique important des polymères, et sa taille détermine son champ d'application et son efficacité. Il est donc très important de préparer différents poids moléculaires de gamma PGA et d'étudier les différences d'activité entre les différents poids moléculaires afin d'élargir le champ d'application du gamma PGA. Actuellement, la fermentation microbienne est une méthode couramment utilisée pour la fermentation du gamma PGA. La masse moléculaire et le rendement du γ - PGA préparé par cette méthode sont influencés par les bactéries productrices. Selon l'ajout ou non d'acide glutamique au cours du processus de fermentation, les souches de production de γ - PGA sont divisées en deux catégories : les souches dépendantes de l'acide glutamique et les souches non dépendantes de l'acide glutamique. Des études ont montré que l'utilisation de souches dépendantes du glutamate comme bactéries productrices entraîne une production plus élevée de gamma PGA. Par conséquent, cet article utilise Bacillus subtilis comme souche de fermentation pour produire du γ - PGA par fermentation microbienne. Cinq groupes de poids moléculaires différents de γ - PGA ont été préparés en combinant des méthodes de dégradation chimique, et leur inhibition intracellulaire et extracellulaire de l'activité de la tyrosinase a été étudiée. Jeter les bases de l'application de différents poids moléculaires de gamma PGA en tant qu'agents de blanchiment dans le domaine des cosmétiques.

Le Gamma PGA est un produit extracellulaire sécrété. Depuis longtemps, des recherches approfondies ont été menées sur ses propriétés, l'amélioration bactérienne et les caractéristiques génétiques, le processus de fermentation, l'extraction et la purification. Le poids moléculaire du γ - PGA influe directement sur ses applications dans de nombreux domaines. Les chercheurs ayant découvert que le gamma PGA a des effets anti-mélanine, le gamma PGA est progressivement devenu un ingrédient potentiel pour les agents de blanchiment.
La réduction de la production de mélanine est une étape clé pour obtenir des effets blanchissants. Les recherches accumulées ont montré que la tyrosinase est une importante enzyme limitant le taux de production de mélanine, et que son niveau d'expression et son activité déterminent la vitesse et le rendement de la synthèse de la mélanine. Par conséquent, ses inhibiteurs sont généralement sélectionnés comme agents de blanchiment. En 2004, Sasaki et al. ont découvert que la métallothionéine peut inhiber efficacement la production de mélanine stimulée par le NO et d'autres mélanogènes en inhibant directement l'activité de la tyrosinase dans les mélanosomes. En 2013, Jeong et al. ont découvert que l'aglycone de ginsénoside Rh4 (A-Rh4) inhibe la synthèse de mélanine dans les cellules de mélanome B16 par le biais de la voie de la protéine kinase A. Une augmentation de l'activité de la tyrosinase a été observée dans la synthèse de la mélanine, et sa régulation peut inhiber la production de mélanine. Par conséquent, la recherche de biomatériaux naturels ayant une activité anti-tyrosinase a été considérée comme une stratégie importante pour le développement de nouveaux produits de régulation de la pigmentation de la peau.
Cet article sélectionne Bacillus subtilis dépendant de l'acide glutamique comme souche pour la préparation par fermentation de γ - PGA, avec un rendement de 8g/L et une teneur de 97,69%. En utilisant sa sensibilité aux conditions physiques et chimiques de la structure et en combinant des méthodes de dégradation chimique, cinq poids moléculaires différents de γ - PGA avec des poids moléculaires moyens de 21, 117, 282, 432 et 501 kDa ont été préparés. Pour garantir la sécurité biologique des cellules, la gamme de concentrations sûres que les cellules peuvent utiliser a d'abord été évaluée. Ensuite, le taux d'inhibition de l'activité de la tyrosinase a été utilisé comme indicateur pour déterminer les taux d'inhibition de l'activité de la tyrosinase de cinq poids moléculaires différents de γ - PGA à l'intérieur et à l'extérieur de la cellule. Les résultats complets de la cytotoxicité et de l'activité d'inhibition de la tyrosinase ont montré que les cinq poids moléculaires de γ - PGA avaient une activité d'inhibition de la tyrosinase, et que l'activité d'inhibition extracellulaire de la tyrosinase augmentait avec le poids moléculaire, fournissant une base théorique pour l'application future du γ - PGA en tant qu'ingrédient blanchissant potentiel.
Le poids moléculaire du γ - PGA préparé par la méthode de fermentation microbienne est limité. Jiang et al. ont construit un Bacillus subtilis recombinant contenant le groupe de gènes de l'enzyme de dégradation du γ - PGA pgsBAE, qui peut synthétiser du γ - PGA de faible poids moléculaire (environ 10kDa). Qiao Changsheng et al. ont utilisé une cuve de fermentation pour fermenter et préparer 1000kDa γ - PGA en régulant le processus de fermentation et en optimisant les conditions de fermentation. Par conséquent, la prochaine étape consiste à combiner le génie génétique et d'autres méthodes pour construire des souches d'ingénierie en introduisant des fragments de gènes clés d'enzymes de dégradation ou d'enzymes de synthèse pour préparer du gamma PGA de poids moléculaire plus élevé ou plus faible, afin d'étudier plus en détail son activité de blanchiment.
À l'heure actuelle, des ingrédients naturels ont été ajoutés comme agents blanchissants dans les formules cosmétiques, notamment la quercétine, l'arbutine, la niacinamide, l'astaxanthine, l'acide salicylique, l'acide de fruits, etc. Les différents ingrédients blanchissants ont des activités blanchissantes différentes en raison de leurs différents mécanismes de blanchiment. Le même ingrédient blanchissant a également des effets différents dans les cosmétiques en raison des différentes concentrations ajoutées. Par conséquent, l'étude de l'activité blanchissante de l'acide polyglutamique avec différents poids moléculaires fournit non seulement un ingrédient blanchissant potentiel pour le domaine des cosmétiques, mais il peut également être ajouté aux formules cosmétiques pour exercer différents effets basés sur les différences d'activité blanchissante entre les différents poids moléculaires, s'adaptant aux différentes populations et répondant à leurs besoins en matière de blanchiment. À l'avenir, en améliorant la technologie d'extraction des extraits naturels, il sera possible d'effectuer des analyses qualitatives et quantitatives des ingrédients actifs contenus dans les extraits afin de déterminer leurs effets et de trouver les substances actives ayant le meilleur effet blanchissant dans les organismes naturels.