Потенциальный витамин и лекарство от болезни Альцгеймера произведены в дрожжах
Ученые доказали, что эрготионеин — важное соединение, которое может использоваться для отсрочки начала таких заболеваний, как болезнь Альцгеймера и деменция, — можно производить в пекарских дрожжах.
Эрготионеин — это природная аминокислота с антиоксидантными свойствами. Он предотвращает клеточный стресс, который может привести к заболеваниям мозга, неврологическим повреждениям и раку. Исследования на крысах и круглых червях показывают, что эрготионеин обладает перспективным эффектом в предотвращении нейродегенеративных заболеваний, таких как деменция и болезнь Альцгеймера. Кроме того, сообщалось, что у пациентов с нейродегенеративными заболеваниями уровень эрготионеина в крови значительно ниже, чем у других. Эти данные позволяют предположить, что эрготионеин может обладать большим потенциалом в качестве витамина для предотвращения или отсрочки начала этих заболеваний.
В настоящее время химический синтез эрготионеина является сложным и дорогостоящим. Однако, модифицировав и оптимизировав пекарские дрожжи, ученые из Центра биологической устойчивости Фонда Ново Нордиск (DTU Biosustain) впервые реализовали потенциал биосинтеза эрготионеина в дрожжах.
В исследовании, опубликованном в Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, исследователям удалось произвести 0,6 грамма эрготионеина на литр дрожжевого бульона в процессе ферментации в малом масштабе.
Слишком дорого для потребителей
Из-за современных дорогостоящих химических методов производства рыночные цены на эрготионеин очень высоки по сравнению с такими витаминами, как витамин C и витамин D, которые также предотвращают определенные заболевания. Таким образом, одна из главных целей ученых — дальнейшая оптимизация производства эрготионеина для достижения более высокого выхода, чтобы в будущем его можно было продавать потребителю по гораздо более низкой цене.
Одна из основных причин высокой стоимости эрготионеина в настоящее время — дороговизна химического процесса и довольно низкий выход. Кроме того, его эффективность для профилактики или лечения нейродегенеративных заболеваний у людей еще не проверена. Но поскольку оценка безопасности эрготионеина уже проведена, это «просто» вопрос возможности произвести его в достаточном количестве.
До того, как ученые смогли производить эрготионеин биосинтетическим путем, некоторые исследовали возможность простого извлечения его из грибов. Но, опять же, это было бы чрезвычайно дорого и потребовало бы грибных ферм, занимающих потенциальные сельскохозяйственные земли.
«Производя этот важный антиоксидант биосинтетическим путем, вы избегаете использования химикатов или сельскохозяйственных земель. Дрожжи гораздо лучше производят эрготионеин, чем люди или грибы», — говорит первый автор Стивен ван дер Хук.
Ферменты — ключ к успеху
В природе эрготионеин производят бактерии и грибы, но ферменты, которые они используют для этого, составляют несколько разные метаболические пути.
В исследовании ученые выбрали скрининг ферментов из различных грибов и из бактерии Mycobacterium smegmatis в различных комбинациях, чтобы идентифицировать клоны с самым высоким производством эрготионеина. В качестве организма-продуцента они использовали дрожжи и обнаружили, что два специфических фермента NcEgt1 и CpEgt2, оба грибковые, составляют лучшую комбинацию.
Кроме того, они исследовали потенциальные транспортеры эрготионеина, чтобы увеличить выход продукта из своего штамма дрожжей. К сожалению, это не дало никакого эффекта.
Сработало добавление в среду аминокислот, которые служат строительными блоками эрготионеина. Это позволило значительно увеличить производство эрготионеина.
Таким образом, оптимизация среды стала одним из важных шагов для увеличения производства до 0,6 г/л за 84 часа, что хорошо сравнимо с текущим наилучшим зарегистрированным производством в E. coli, которое дает 1,3 г/л за 216 часов.
«Бактериальный путь в E. coli потребляет много энергии, в то время как грибковой путь в дрожжах — нет. Это может дать преимущество в производстве. Кроме того, дрожжи — это безопасный и хорошо известный организм-продуцент для пищевых добавок», — говорит Стивен ван дер Хук.
В настоящее время ученые пытаются повысить продуктивность, дополнительно модифицируя штамм, чтобы создать коммерчески жизнеспособный продукт.
Авторы этого исследования также подчеркивают, что положительные эффекты эрготионеина до сих пор были зарегистрированы только на животных моделях, и поэтому пока рано говорить, сработает ли это на людях. Тем не менее, производство эрготионеина в большем масштабе, чем сегодня, может быть важным для получения доступа к полезной пищевой добавке.