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，從而導(dǎo)致腦部疾病，神經(jīng)系統(tǒng)損害和癌癥。在大鼠和round蟲(chóng)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(guò)化學(xué)合成生產(chǎn)麥角硫因既復(fù)雜又昂貴。但是，通過(guò)設(shè)計(jì)和優(yōu)化面包酵母，諾和諾德基金會(huì)生物可持續(xù)發(fā)展中心(DTU Biosustain)首次利用生物技術(shù)在酵母中制造麥角硫因的潛力。
在《生物工程與生物技術(shù)雜志》的前沿發(fā)表的一項(xiàng)研究中，研究人員能夠生產(chǎn)0.6克的麥角硫因。升發(fā)酵液在小規(guī)模發(fā)酵過(guò)程中。
對(duì)消費(fèi)者來(lái)說(shuō)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(lái)可以以便宜得多的價(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(guò)程昂貴且產(chǎn)率相當(dāng)?shù)汀４送?，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(wèn)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(shuō)：“通過(guò)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所構(gòu)成的途徑略有不同。
在這項(xiàng)研究中，科學(xué)家選擇從不同的真菌和細(xì)菌中篩選酶。恥垢分枝桿菌以各種組合來(lái)鑒定具有最高麥角硫因產(chǎn)量的克隆。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(méi)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(guò)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(shuō)：“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(lái)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(guò)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(lái)提高生產(chǎn)率。
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