酵母中可能產(chǎn)生的維生素和阿茲海默癥藥物

科學(xué)家證明麥角硫因是一種可以用來延緩阿爾茨海默氏癥和癡呆癥等疾病發(fā)作的重要化合物，可以在面包酵母中產(chǎn)生。

麥角硫因是具有抗氧化特性的天然氨基酸。它可以防止細(xì)胞壓力，該壓力可能導(dǎo)致腦部疾病，神經(jīng)系統(tǒng)損害和癌癥。在大鼠和round蟲中，研究表明，麥角硫因在預(yù)防癡呆癥和老年癡呆癥等神經(jīng)退行性疾病方面具有廣闊的前景。另外，據(jù)報(bào)道患有神經(jīng)退行性疾病的患者的麥角硫氨酸的血液水平明顯低于其他人。這些發(fā)現(xiàn)表明，麥角硫因可以作為預(yù)防或延緩這些疾病發(fā)作的維生素具有巨大潛力。

目前，通過化學(xué)合成生產(chǎn)麥角硫因既復(fù)雜又昂貴。但是，通過對(duì)面包酵母進(jìn)行工程設(shè)計(jì)和優(yōu)化，諾和諾德基金會(huì)生物可持續(xù)性中心(DTU Biosustain)的科學(xué)家首次利用生物基方式開發(fā)了在酵母中制造麥角硫氨酸的潛力。

在《生物工程與生物技術(shù)前沿》上發(fā)表的一項(xiàng)研究中，研究人員在小規(guī)模發(fā)酵過程中每升發(fā)酵液能夠生產(chǎn)0.6克麥角硫因。

對(duì)消費(fèi)者來說太貴了

由于當(dāng)今昂貴的化學(xué)生產(chǎn)路線，與能預(yù)防某些疾病的維生素(例如維生素C和維生素D)相比，麥角硫因的當(dāng)前市場(chǎng)價(jià)格非常高。因此，科學(xué)家的主要目標(biāo)之一是進(jìn)一步優(yōu)化麥角硫因的生產(chǎn)，以達(dá)到更高的產(chǎn)量，以便將來以更低廉的價(jià)格出售給消費(fèi)者。

目前，麥角硫因如此昂貴的主要原因之一是化學(xué)過程昂貴且產(chǎn)率相當(dāng)?shù)?。此外，尚未測(cè)試其預(yù)防或治療人類神經(jīng)退行性疾病的功效。但是，由于已經(jīng)對(duì)麥角硫因進(jìn)行了安全性評(píng)估，因此“僅”是能否產(chǎn)生足夠量的問題。

在科學(xué)家能夠以生物基方式生產(chǎn)麥角硫氨酸之前，一些人探索了從蘑菇中簡(jiǎn)單提取麥角硫氨酸的可能性。但是同樣，這將是非常昂貴的，并且需要蘑菇農(nóng)場(chǎng)占用潛在的耕地面積。

第一作者史蒂文·范德·霍克(Steven van der Hoek)說：“通過以生物基方式生產(chǎn)這種重要的抗氧化劑，可以避免使用化學(xué)藥品或農(nóng)田。酵母在生產(chǎn)麥角硫因方面遠(yuǎn)比人類或蘑菇要好得多。”

酶是關(guān)鍵

在自然界中，麥角硫因是由細(xì)菌和真菌產(chǎn)生的，但是細(xì)菌和真菌用于制造麥角硫因的酶構(gòu)成的途徑略有不同。

在這項(xiàng)研究中，科學(xué)家選擇以不同組合篩選不同真菌和恥垢分枝桿菌中的酶，以鑒定出麥角硫因產(chǎn)量最高的克隆。作為生產(chǎn)宿主，他們使用了酵母，他們發(fā)現(xiàn)兩種特定的酶NcEgt1和CpEgt2都是真菌酶，是最好的組合。

此外，他們還研究了潛在的麥角硫氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，以增加其酵母菌株的產(chǎn)量。不幸的是，這沒有任何作用。

起作用的一件事是向培養(yǎng)基中添加作為麥角硫氨酸組成部分的氨基酸。通過這樣做，他們能夠顯著增加麥角硫因的產(chǎn)量。

因此，優(yōu)化培養(yǎng)基是在84小時(shí)內(nèi)將產(chǎn)量提高到0.6 g / L的重要步驟之一，這與目前報(bào)告的大腸桿菌中最好的產(chǎn)量在216小時(shí)內(nèi)達(dá)到1.3 g / L相當(dāng)。

史蒂文·范說：“ 大腸桿菌中的細(xì)菌途徑消耗大量能量，而酵母中的真菌途徑卻不消耗能量。這可能會(huì)帶來生產(chǎn)效益。而且，酵母是食品補(bǔ)充劑的安全且知名的生產(chǎn)宿主。”史蒂芬·范霍克

當(dāng)前，科學(xué)家們正在嘗試通過進(jìn)一步設(shè)計(jì)菌株以生產(chǎn)商業(yè)上可行的產(chǎn)品來提高生產(chǎn)率。

這項(xiàng)研究的作者還強(qiáng)調(diào)，麥角硫因的積極作用迄今僅在動(dòng)物模型中得到報(bào)道，因此，目前尚無法確定這種作用是否對(duì)人類有效。無論如何，麥角硫氨酸的生產(chǎn)規(guī)模要比今天更大，對(duì)于獲得有益的膳食補(bǔ)充劑可能很重要。