γ - poliglutaminsav előállítása és tirozináz gátló hatásának vizsgálata
Az olyan polimerek, mint az aminosavak homopolimerjei, a biológiai funkciók széles skálájával, biokompatibilitással és szétszórt molekulatömeg-eloszlással rendelkeznek. Jelenleg a mikroorganizmusok révén nyert homopolimer aminosavak közé főként három típus tartozik: poliglutaminsav (poli - γ - glutaminsav, γ - PGA), ε - poli lizin (ε - PL) és cianoficin. A gamma PGA, mint ezek egyike, szintén kiváló biológiai tulajdonságokkal rendelkezik. 1913 óta a kutatók egymás után izolálták a gamma PGA-t a natto ételek nyálkájából és a Bacillus subtilis, B. licheniformis, B. megaterium és B. anthracis fermentációs közegéből. A γ - PGA konformációs szerkezete jelentősen változik az oldat pH-értékének, koncentrációjának és ionerősségének függvényében. A Bacillus subtilis által termelt γ - PGA savas oldatokban párhuzamos β - hajtogatott szerkezetet, semlegességhez közeledve szabálytalan göndör szerkezetet, lúgos környezetben pedig véletlenszerűen elnyújtott szerkezetet mutat.

A γ-PGA késztermék fehér, szagtalan por, amelynek molekulatömege 100 és 10000 kDa között van, ami körülbelül 50-50000 glutaminsav-monomernek felel meg. A gamma PGA és származékai számos területen széleskörű kutatási és alkalmazási lehetőségekkel rendelkeznek. Ilyen például az élelmiszer tartósítószerként, a kozmetikumok hidratáló összetevőjeként, lassan felszabaduló gyógyszerhordozóként, nehézfém-adszorbensként és vízkezelő flokkulálószerként való felhasználás. 2013-ban a kutatók megállapították, hogy a gamma-PGA csökkenti a reaktív oxigénfajok és a nitrogén-oxid szintjét a B16 sejtekben, növeli a kataláz aktivitást, és gátolja a Forsklin által indukált tirozináz aktivitást és a melanin termelődését. Ez az első jelentés a γ - PGA melanogenezis elleni hatásáról.

A molekulatömeg a polimerek egyik fontos jellemző paramétere, és a molekulatömeg mérete határozza meg az alkalmazási területet és a hatékonyságot. Ezért nagy jelentőséggel bír a gamma PGA különböző molekulatömegű anyagainak előállítása és a különböző molekulatömegek közötti aktivitásbeli különbségek vizsgálata a gamma PGA alkalmazási körének bővítése érdekében. Jelenleg a mikrobiális fermentáció a gamma-PGA fermentációjának általánosan használt módszere. Az ezzel a módszerrel előállított γ-PGA molekulatömegét és hozamát a termelő baktériumok befolyásolják. Aszerint, hogy a fermentációs folyamat során adnak-e hozzá glutaminsavat, a γ-PGA-t előállító törzsek két kategóriába sorolhatók: glutaminsavfüggő és nem glutaminsavfüggő törzsek. Vizsgálatok kimutatták, hogy a glutamátfüggő törzsek alkalmazása termelő baktériumként nagyobb gamma-PGA-termelést eredményez. Ezért ez a cikk a Bacillus subtilis-t használja fermentációs törzsként a γ-PGA mikrobiális fermentációval történő előállításához. A γ - PGA öt különböző molekulatömegű csoportját állítottuk elő kémiai lebontási módszerek kombinálásával, és tanulmányoztuk a tirozináz aktivitás intracelluláris és extracelluláris gátlását. Megalapozni a különböző molekulatömegű gamma-PGA fehérítőszerként való alkalmazását a kozmetikumok területén.

A gamma PGA egy extracellulárisan szekretált termék. Hosszú ideje kiterjedt kutatások folynak a tulajdonságaival, a baktériumok fejlesztésével és genetikai jellemzőivel, a fermentációs eljárással, valamint az extrakcióval és tisztítással kapcsolatban. A γ-PGA molekulatömege közvetlenül befolyásolja a számos területen történő alkalmazását. Azzal, hogy a kutatók felfedezték, hogy a gamma PGA-nak melaninellenes hatása van, a gamma PGA fokozatosan potenciális fehérítőszer-összetevővé vált.
A melanin termelésének csökkentése kulcsfontosságú lépés a fehérítő hatás elérésében. A felhalmozott kutatások kimutatták, hogy a tirozináz fontos sebességkorlátozó enzim, amely részt vesz a melanintermelés folyamatában, és expressziós szintje és aktivitása meghatározza a melaninszintézis sebességét és hozamát. Ezért gátlóit általában fehérítő szerekként vizsgálják. 2004-ben Sasaki és munkatársai felfedezték, hogy a metallothionein hatékonyan gátolja a NO és más melanogének által stimulált melanintermelést a melanoszómákban lévő tirozináz aktivitás közvetlen gátlásával. 2013-ban Jeong és munkatársai felfedezték, hogy a ginzenozid Rh4 aglikon (A-Rh4) gátolja a melaninszintézist a B16 melanomasejtekben a protein kináz A útvonalon keresztül. A melaninszintézisben a tirozináz aktivitás növekedését figyelték meg, és annak downregulációja gátolhatja a melanintermelést. Ezért a tirozináz-ellenes aktivitással rendelkező természetes bioanyagok keresését fontos stratégiának tekintik az új bőrpigmentáció-szabályozó termékek kifejlesztésére.
Ez a cikk a glutaminsav-függő Bacillus subtilis-t választja ki a γ-PGA fermentációs előállításához, 8 g/l hozammal és 97,69% tartalommal. A szerkezet fizikai és kémiai körülményekre való érzékenységének kihasználásával és a kémiai lebontási módszerek kombinálásával öt különböző molekulatömegű γ - PGA-t állítottunk elő, amelyek súlyátlag molekulatömege 21, 117, 282, 432 és 501 kDa. A sejtek biológiai biztonságának biztosítása érdekében először a sejtek által használható biztonságos koncentrációtartományt értékelték. Ezt követően a tirozináz aktivitás gátlási sebességét használtuk indikátorként az öt különböző molekulatömegű γ - PGA sejteken belüli és kívüli tirozináz aktivitás gátlási sebességének meghatározásához. A citotoxicitás és a tirozináz gátló aktivitás átfogó eredményei azt mutatták, hogy a γ - PGA mind az öt molekulatömege rendelkezett tirozináz gátló aktivitással, és a tirozináz sejten kívüli gátló aktivitása a molekulatömeg növekedésével nőtt, elméleti alapot szolgáltatva a γ - PGA mint potenciális fehérítő összetevő jövőbeli alkalmazásához.
A mikrobiális fermentációs módszerrel előállított γ-PGA molekulatömege korlátozott. Jiang és munkatársai olyan rekombináns Bacillus subtilis-t állítottak elő, amely tartalmazza a γ - PGA lebontó enzim pgsBAE génklasztert, amely képes alacsony molekulatömegű (kb. 10kDa) γ - PGA szintetizálására. Qiao Changsheng és munkatársai fermentációs tartályban fermentáltak és állítottak elő 1000kDa γ - PGA-t a fermentációs folyamat szabályozásával és a fermentációs körülmények optimalizálásával. Ezért a következő lépés a géntechnológia és más módszerek kombinálása a mérnöki törzsek létrehozására a lebontó enzimek vagy szintézis enzimek kulcsfontosságú génfragmentumainak bevezetésével, hogy nagyobb vagy kisebb molekulatömegű gamma PGA-t állítsanak elő, annak érdekében, hogy tovább tanulmányozzák fehérítő aktivitását.
Jelenleg természetes összetevőket adnak fehérítő anyagként a kozmetikai formulákhoz, beleértve a kvercetin, arbutin, niacinamid, astaxantin, szalicilsav, gyümölcssav stb. A különböző fehérítő összetevők különböző fehérítő hatással rendelkeznek a fehérítés különböző mechanizmusai miatt. Ugyanaz a fehérítő összetevő a kozmetikumokban is eltérő hatást fejt ki a hozzáadott különböző koncentrációk miatt. Ezért a különböző molekulatömegű poliglutaminsav fehérítő aktivitásának tanulmányozásával nemcsak egy potenciális fehérítő összetevőt biztosít a kozmetikai terület számára, hanem a kozmetikai formulákhoz is hozzáadható, hogy a különböző molekulatömegek közötti fehérítő aktivitásbeli különbségek alapján különböző hatást fejtsen ki, alkalmazkodva a különböző populációkhoz és kielégítve azok fehérítési igényeit. A jövőben a természetes kivonatok extrakciós technológiájának javításával a kivonatokban lévő hatóanyagok minőségi és mennyiségi elemzése elvégezhető, hogy meghatározzák hatásukat, és megtalálják a természetes szervezetekben a legjobb fehérítő hatással rendelkező hatóanyagokat.