A pentaciklusos triterpenoidok mikrobiális transzformációjával kapcsolatos kutatási eredmények
A biokonverzió vagy biotranszformáció azt a folyamatot jelenti, amelyben az exogén vegyületek bizonyos biokémiai reakciókon mennek keresztül a szervezet vagy a szervezetben lévő aktív enzimek katalitikus hatására, ami szerkezeti változásokat és értékes vegyületek keletkezését eredményezi. Ezt biokatalízisnek is nevezik. 1864-ben Pasteur felfedezte, hogy az Acetobacter képes az etanolt ecetsavvá alakítani, és ezzel kezdetét vette a mikrobiális transzformációs technológia ember általi kifejlesztése. Az 1950-es években a kutatók a Rhizopus nigrican segítségével a progeszteront 11 α - hidroxi-progeszteronná alakították, ami fontos mérföldkövet jelentett a biotranszformáció történetében.
A kémiai átalakítással szemben a biológiai átalakítás előnye a környezetvédelem, a nagy katalitikus hatékonyság, az enyhe reakciókörülmények és az egyszerű utókezelés. Gyakran olyan átalakításokat is el lehet érni, amelyeket a kémiai átalakítás során nem könnyű elérni, mint például a glikozilációs reakció, ezáltal fokozva a biológiai aktivitást, csökkentve a toxicitást és javítva a biológiai hozzáférhetőséget. A biotranszformáció különösen nagy regioszelektivitással és sztereoszelektivitással rendelkezik, és sokféle reakciótípus is létezik, mint például oxidáció, redukció, hidrolízis, kondenzáció, hidroxilálás, aminálás, ciklizálás, acilálás, dekarboxilálás, metilálás és demetilálás, dehidrogénezés stb., ami megkönnyíti a szerkezetileg új vegyületek előállítását, és több értékes vezető vegyületet biztosít az új gyógyszerfejlesztéshez. A hatékony transzformációs törzsek szűrése a mikroorganizmusok széles skálájából azonban jelenleg még mindig hatalmas kihívást jelent.
A pentaciklusos triterpenoidok főként szárazföldi magasabb rendű növényekben fordulnak elő, és három szerkezeti típusba sorolhatók: urzolsav típus, oleanán típus és csillagfürt típus. Jelentések szerint ezek a vegyületek számos biológiai aktivitással rendelkeznek, például rákellenes, cukorbetegség-ellenes, vírusellenes, baktériumellenes és oxidációellenes hatásúak. Bár sok gyógynövény tartalmaz pentaciklusos triterpenoidokat, gyakran vannak korlátaik, mint például az alacsony tartalom, az alacsony aktivitás vagy a magas toxicitás. A biotranszformáció révén a pentaciklusos triterpenoidok nagy aktivitású és alacsony toxicitású, értékesebb hatóanyagokká, vagy új szerkezetű vezető vegyületekké alakíthatók át, megalapozva ezzel a további szerkezeti módosítást és az új gyógyszerek kifejlesztését.

A fenti kutatásokból nem nehéz belátni, hogy a mikrobiális átalakítás a természetes szerves vegyületeket különféle származékokká alakíthatja át, és ezáltal több szerkezetileg újszerű vegyületet biztosíthat a biológiai aktivitás szűréséhez és új gyógyszerek kifejlesztéséhez. Sokféle mikroorganizmus képes biotranszformációra, amelyek közül a gombák a leggyakrabban vizsgáltak a pentaciklusos triterpenoidok biotranszformációjára, különösen a gombák. A reakciótípusok közé tartozik a hidroxilálás, a karbonyilálás, a hidrolízis, a karboxilálás, a glikozilálás, a redukció, a dehidrooxidáció és az acetilálás. A gombákban a hidroxilációs reakciók leggyakrabban a C7, C15 és C21 pozíciókban játszódnak le, jelentős átalakulások történnek a C1, C2, C23, C24 és C30 pozíciókban. Néhány átalakulás a C4, C5, C6, C13, C19, C25, C26 és C29 pozíciókban történik. A karbonilezési reakciók leggyakrabban a C3 és C21 pozíciókban, néhány esetben a C2 és C24 pozíciókban játszódnak le. Az észteresítési reakciók leggyakrabban a C13 és C28 pozíciókban fordulnak elő, de a C7 és C27 pozíciókban is találtak ilyen reakciókat. A dehidrogénezési reakció leggyakrabban a C11 pozícióban fordul elő, és alkalmanként a C4, C5 és C23 pozíciókban. A karboxiláció szintén nagyon gyakori a C3, C29 és C30 pozíciókban. A C3, C28 és C30 pozíciók a glükóz összekapcsolódásának gyakori helyei, és a hidrolízisre és glikozilációs reakciókra a legérzékenyebbek. A pentaciklusos triterpenoidok baktériumokkal történő átalakításáról valamivel kevesebb kutatási jelentés született, mint gombákkal. A legtöbb kutatási jelentés baktériumokkal kapcsolatos, amelyek főként olyan reakciótípusokat foglalnak magukban, mint a hidroxilálás, karbonilezés, glikozilálás, hidrolízis és észteresítés. Ezekkel a reakciókkal a C2, C1, C7, C15, C23 és C30 pozíciókban hidroxilálás, valamint a C3 pozícióban karbonilezés valósítható meg. Gombákban azonban ilyen típusú reakciókat nem sikerült megvalósítani. A C11 és C26 pozíciókban ciklooxidáció történik, az A gyűrű C2 és C3 pozícióiban hasadás történik, a C1 pozícióban acetilezés történik, és a C28 pozícióban lévő karbonsav hidroximetilre redukálódik.
A biotranszformáció célja a szubsztrátok aktívabb vegyületekké történő átalakítása. Egyes átalakulási reakciók fokozzák a tumorsejtekkel szembeni citotoxikus aktivitást, mint például a C2, C7 és C21 pozíciókban történő hidroxilálás, a C28 pozícióban történő metilálás, a C3 pozícióban történő glikozilálás és a C28 pozícióban történő monoszacharid glikozilálás. Ezek az átalakulási termékek anyagi alapot biztosítanak a daganatellenes gyógyszeraktivitás szűréséhez és vizsgálatához. Ezenkívül a C28 pozícióban történő glikoziláció csökkentheti a véralvadást, és vezető vegyületeket biztosíthat a szív- és érrendszeri betegségek számára. Egyes átalakulási reakciók fokozhatják a gyulladáscsökkentő aktivitást, mint például a karbonilezés a C3 pozícióban, acetilezés a C1 pozícióban, hidroxilezés a C1, C7, C15, C21 és C24 pozíciókban, valamint glikozilezés a C3, C28 és C30 pozíciókban. Egyes átalakítási reakciók fokozzák az antibakteriális aktivitást, mint például a glikozilálás a C28 és C3 pozíciókban, a karbonyilálás a C3 pozícióban és a hidroxilálás a C21 pozícióban, és a keletkező származékok potenciálisan alkalmasak antibakteriális gyógyszerek kifejlesztésére. A C29-karboxilálás neuroprotektív potenciállal rendelkezik. A pentaciklusos triterpenoidok biotranszformációs technológiájának kutatásával számos hatóanyagot fedeztek fel, és ezek az új átalakulási termékek továbbra is új vezető vegyületeket vagy farmakológiai anyagokat biztosítanak a klinikai alkalmazások számára. Számos mikroorganizmus-típus létezik, és további kutatásokra van szükség a pentaciklusos triterpenoidok új aktivitási értékének létrehozására a biotranszformációs aktív törzsek szűrésével.
Az elmúlt években az enzimtechnika, a sejt- és enzimimmobilizáció, a géntechnika, a fermentációs technika, a metabolizmus, a proteomika stb. gyors fejlődése lehetővé teszi, hogy több gént integráljanak ugyanabba a mérnöki törzsbe, hogy egyszerre több transzformációs reakciót hajtsanak végre, így a mikrobiális transzformáció jobb kilátásokkal rendelkezik a gyógyszerszintézisben.