Прогресс в исследовании микробной трансформации пентациклических тритерпеноидов
Биоконверсия или биотрансформация - это процесс, в котором экзогенные соединения подвергаются определенным биохимическим реакциям под действием самого организма или каталитического действия активных ферментов в организме, что приводит к структурным изменениям и получению ценных соединений. Это явление также известно как биокатализ. В 1864 году Пастер обнаружил, что Acetobacter может превращать этанол в уксусную кислоту, что положило начало развитию технологии микробной трансформации у человека. В 1950-х годах исследователи использовали Rhizopus nigrican для превращения прогестерона в 11 α - гидроксипрогестерон, что стало важной вехой в истории биотрансформации.
По сравнению с химической конверсией биологическая конверсия обладает такими преимуществами, как экологичность, высокая каталитическая эффективность, мягкие условия реакции и простая последующая обработка. Часто с помощью биотрансформации можно добиться превращения, которое нелегко осуществить при химической конверсии, например, реакции гликозилирования, что повышает биологическую активность, снижает токсичность и улучшает биодоступность. В частности, биотрансформация обладает высокой региоселективностью и стереоселективностью, а также имеет множество типов реакций, таких как окисление, восстановление, гидролиз, конденсация, гидроксилирование, аминирование, циклизация, ацилирование, декарбоксилирование, метилирование и деметилирование, дегидрирование и т. д., что облегчает получение структурно новых соединений и обеспечивает более ценные ведущие соединения для разработки новых лекарств. Однако отбор эффективных штаммов для трансформации среди широкого спектра микроорганизмов в настоящее время остается сложной задачей.
Пентациклические тритерпеноиды в основном встречаются в наземных высших растениях и могут быть классифицированы на три структурных типа: тип урсоловой кислоты, тип олеанана и тип люпина. Сообщалось, что эти соединения обладают многими биологическими свойствами, такими как противораковое, противодиабетическое, антивирусное, антибактериальное и антиокислительное. Хотя многие лекарственные травы содержат пентациклические тритерпеноиды, они часто имеют такие недостатки, как низкое содержание, низкая активность или высокая токсичность. Путем биотрансформации пентациклические тритерпеноиды могут быть превращены в более ценные активные ингредиенты с высокой активностью и низкой токсичностью или в ведущие соединения с новой структурой, закладывая основу для дальнейшей структурной модификации и разработки новых лекарств.

Из приведенных выше исследований нетрудно понять, что микробная трансформация может превращать природные органические соединения в разнообразные производные, обеспечивая больше структурно новых соединений для скрининга биологической активности и разработки новых лекарств. Существует множество типов микроорганизмов, способных к биотрансформации, среди которых грибы наиболее часто исследуются на предмет биотрансформации пентациклических тритерпеноидов, особенно грибы. Типы реакций включают гидроксилирование, карбонилирование, гидролиз, карбоксилирование, гликозилирование, восстановление, дегидроокисление и ацетилирование. У грибов реакции гидроксилирования чаще всего происходят в положениях C7, C15 и C21, при этом значительные превращения происходят в положениях C1, C2, C23, C24 и C30. Несколько превращений происходит в положениях C4, C5, C6, C13, C19, C25, C26 и C29. Реакции карбонилирования чаще всего происходят в положениях C3 и C21, и лишь немногие - в положениях C2 и C24. Реакции эстерификации чаще всего происходят в положениях C13 и C28, а также были обнаружены в положениях C7 и C27. Реакция дегидрирования наиболее распространена в положении C11 и иногда происходит в положениях C4, C5 и C23. Карбоксилирование также очень распространено в положениях C3, C29 и C30. Положения C3, C28 и C30 являются обычными местами для присоединения глюкозы и наиболее подвержены реакциям гидролиза и гликозилирования. Существует несколько меньше исследований по трансформации пентациклических тритерпеноидов с помощью бактерий, чем грибов. Большинство исследований посвящено бактериям, которые в основном используют такие типы реакций, как гидроксилирование, карбонилирование, гликозилирование, гидролиз и этерификация. Эти реакции могут достигать гидроксилирования в положениях C2, C1, C7, C15, C23 и C30, а также карбонилирования в положении C3. Однако в грибах эти типы реакций не были достигнуты. Циклоокисление происходит в положениях C11 и C26, расщепление - в положениях C2 и C3 кольца A, ацетилирование - в положении C1, а карбоновая кислота в положении C28 восстанавливается до гидроксиметила.
Цель биотрансформации - превращение субстратов в более активные соединения. Некоторые реакции трансформации усиливают цитотоксическую активность против опухолевых клеток, например гидроксилирование в положениях C2, C7 и C21, метилирование в положении C28, гликозилирование в положении C3 и гликозилирование моносахарида в положении C28. Эти продукты трансформации служат материальной основой для скрининга и изучения противоопухолевой активности препаратов. Кроме того, гликозилирование в положении C28 может снизить свертываемость крови и обеспечить ведущие соединения для лечения сердечно-сосудистых заболеваний. Некоторые реакции превращения могут усиливать противовоспалительную активность, например, карбонилирование в положении C3, ацетилирование в положении C1, гидроксилирование в положениях C1, C7, C15, C21 и C24, а также гликозилирование в положениях C3, C28 и C30. Некоторые реакции превращения усиливают антибактериальную активность, такие как гликозилирование в положениях C28 и C3, карбонилирование в положении C3 и гидроксилирование в положении C21, и полученные производные имеют потенциал для разработки антибактериальных препаратов. Карбоксилирование по позиции С29 обладает нейропротекторным потенциалом. Благодаря исследованиям в области технологии биотрансформации пентациклических тритерпеноидов было обнаружено большое количество активных веществ, и эти новые продукты трансформации продолжают давать новые ведущие соединения или фармакологические вещества для клинического применения. Существует множество типов микроорганизмов, и необходимы дальнейшие исследования по созданию новой активности пентациклических тритерпеноидов путем отбора активных штаммов для биотрансформации.
В последние годы стремительное развитие ферментной инженерии, иммобилизации клеток и ферментов, генной инженерии, инженерии ферментации, метаболомики, протеомики и т.д. позволяет интегрировать несколько генов в один штамм для одновременного завершения нескольких реакций трансформации, что делает микробную трансформацию более перспективной в синтезе лекарств.