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酵母中可能产生的维生素和阿兹海默症药物

2019-11-13 10:44:58 来源:

科学家证明麦角硫因是一种可以用来延缓阿尔茨海默氏症和痴呆症等疾病发作的重要化合物,可以在面包酵母中产生。

麦角硫因是具有抗氧化特性的天然氨基酸。它可以防止细胞压力,该压力可能导致脑部疾病,神经系统损害和癌症。在大鼠和round虫中,研究表明,麦角硫因在预防痴呆症和老年痴呆症等神经退行性疾病方面具有广阔的前景。另外,据报道患有神经退行性疾病的患者的麦角硫氨酸的血液水平明显低于其他人。这些发现表明,麦角硫因可以作为预防或延缓这些疾病发作的维生素具有巨大潜力。

目前,通过化学合成生产麦角硫因既复杂又昂贵。但是,通过对面包酵母进行工程设计和优化,诺和诺德基金会生物可持续性中心(DTU Biosustain)的科学家首次利用生物基方式开发了在酵母中制造麦角硫氨酸的潜力。

在《生物工程与生物技术前沿》上发表的一项研究中,研究人员在小规模发酵过程中每升发酵液能够生产0.6克麦角硫因。

对消费者来说太贵了

由于当今昂贵的化学生产路线,与能预防某些疾病的维生素(例如维生素C和维生素D)相比,麦角硫因的当前市场价格非常高。因此,科学家的主要目标之一是进一步优化麦角硫因的生产,以达到更高的产量,以便将来以更低廉的价格出售给消费者。

目前,麦角硫因如此昂贵的主要原因之一是化学过程昂贵且产率相当低。此外,尚未测试其预防或治疗人类神经退行性疾病的功效。但是,由于已经对麦角硫因进行了安全性评估,因此“仅”是能否产生足够量的问题。

在科学家能够以生物基方式生产麦角硫氨酸之前,一些人探索了从蘑菇中简单提取麦角硫氨酸的可能性。但是同样,这将是非常昂贵的,并且需要蘑菇农场占用潜在的耕地面积。

第一作者史蒂文·范德·霍克(Steven van der Hoek)说:“通过以生物基方式生产这种重要的抗氧化剂,可以避免使用化学药品或农田。酵母在生产麦角硫因方面远比人类或蘑菇要好得多。”

酶是关键

在自然界中,麦角硫因是由细菌和真菌产生的,但是细菌和真菌用于制造麦角硫因的酶构成的途径略有不同。

在这项研究中,科学家选择以不同组合筛选不同真菌和耻垢分枝杆菌中的酶,以鉴定出麦角硫因产量最高的克隆。作为生产宿主,他们使用了酵母,他们发现两种特定的酶NcEgt1和CpEgt2都是真菌酶,是最好的组合。

此外,他们还研究了潜在的麦角硫氨酸转运蛋白,以增加其酵母菌株的产量。不幸的是,这没有任何作用。

起作用的一件事是向培养基中添加作为麦角硫氨酸组成部分的氨基酸。通过这样做,他们能够显着增加麦角硫因的产量。

因此,优化培养基是在84小时内将产量提高到0.6 g / L的重要步骤之一,这与目前报告的大肠杆菌中最好的产量在216小时内达到1.3 g / L相当。

史蒂文·范说:“ 大肠杆菌中的细菌途径消耗大量能量,而酵母中的真菌途径却不消耗能量。这可能会带来生产效益。而且,酵母是食品补充剂的安全且知名的生产宿主。”史蒂芬·范霍克

当前,科学家们正在尝试通过进一步设计菌株以生产商业上可行的产品来提高生产率。

这项研究的作者还强调,麦角硫因的积极作用迄今仅在动物模型中得到报道,因此,目前尚无法确定这种作用是否对人类有效。无论如何,麦角硫氨酸的生产规模要比今天更大,对于获得有益的膳食补充剂可能很重要。

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