2.2. Karotenoidi

Karotenoidi su najčešći prirodni pigmenti; oni su dobro poznati po svom snažnom antioksidativnom delovanju, jer su veoma efikasni fizički gasitelji singletnog kiseonika i hvatači drugih ROS. Karotenoidi su također dobro poznati po svojoj sposobnosti da djeluju kao gasitelji fotosenzibilizirajućih proizvoda, dajući im foto-zaštitna svojstva [109].

Prema relevantnim studijama, cistanche je uobičajena biljka koja je poznata kao "čudotvorna biljka koja produžava život". Njegova glavna komponenta jecistanozid, koji ima različite efekte kao nprantioksidans, protuupalno, iunapređenje imunološke funkcije. Mehanizam između cistanche ikožeizbjeljivanjeleži u antioksidativnom dejstvu cistancheaglikozidi. Melanin u ljudskoj koži nastaje oksidacijom tirozina koju kataliziratirozinaza, a reakcija oksidacije zahtijeva sudjelovanje kisika, pa radikali bez kisika u tijelu postaju važan faktorutiče na proizvodnju melanina. Cistanche sadrži cistanozid, koji je antioksidans i može smanjiti stvaranje slobodnih radikala u tijelu.inhibiranje proizvodnje melanina.

Kliknite na Cistanche Tubulosa za izbjeljivanje

Za više informacija:

david.deng@wecistanche.com WhatApp:86 13632399501

U posljednjoj deceniji povećao se interes za mikrobnu fermentaciju za proizvodnju prirodnih karotenoida. Proizvodnja karotenoida od strane bakterija, sporogenih kvasaca, filamentoznih gljiva [110] i mikroalgi [111] je opširno prijavljena, pri čemu su cijanobakterije najistaknutiji izvor [112]. U skladu s tim, karotenogeni mikrobi Xanthophyllomyces dendrorhous, Blakeslee transport i Haematococcus pluvialis su naširoko korišteni u procesima velikih razmjera. Nadalje, transformacija nekarotenogenih mikroba E. coli, S. cerevisiae, Candida utilis i Zymomonas mobilis, sa karotenoidnim genima iz odabranih mikroba, uspješno je primijenjena za proizvodnju karotenoida [113]. E. coli u šaržnoj fermentaciji sa hranjenjem proizvela je 72,6 mg/g cdw (suhe težine ćelije) -karotena [1] i 1,44 g/L likopena [49], dok je proizvodnja astaksantina povećana 1.4-putu u poređenju na roditeljski soj X. dendrorhous, dostižući 1,25 mg/L (Tabela 1) [46]. Astaksantin (5), -karoten (6) i lutein su karotenoidi sa najvećom dodanom vrednošću (Slika 2) [114]. Oksi karotenoid lutein uglavnom proizvode mikroalge iz roda Chlorella, Dunaliella i Haematococcus [114]. Njegov duboki efekat na antioksidativni odbrambeni sistem pripisuje se njegovoj hemijskoj strukturi. U in vitro sistemima, značajno je uklonio superoksid (IC50: 21 µg/mL), hidroksil (IC50: 1,75 µg/mL), dušikov oksid (IC50: 3,8 µg/mL) i DPPH (IC50: 35 µg /mL) radikalna i inhibirana peroksidacija lipida (2,2 µg/mL). U in vivo sistemima, dokazano je da je efikasan čistač superoksidnih radikala (IC50: 21 µg/mL) [51].

2.3. Egzopolisaharidi (EPS)

EPS su polimeri ugljikohidrata visoke molekularne težine koji pokazuju snažne aktivnosti čišćenja, sposobnost keliranja metala i inhibiciju peroksidacije lipida. Ova jedinjenja su među najiskorištenijim bioaktivnim supstancama zbog svog kapaciteta protiv starenja [115].

EPS uglavnom biosintetiziraju bakterije i gljive. Sposobnost mikroorganizma da proizvodi antioksidativne EPS prvi put je uvedena proučavanjem Paenibacillus polymyxa. Ova endofitna bakterija, izolirana iz korijena Stemona japonica, proizvodi različite EPS sa jakom aktivnošću čišćenja protiv superoksida i hidroksilnog radikala [116,117] (Tablica 1). Kada je testiran u koncentraciji od 1 mg/mL, efekat čišćenja sirovog EPS-a protiv superoksidnog radikala bio je 74,38 posto, dok je aktivnost prečišćenih EPS-1 i EPS-2 bila veća od askorbinske kiseline . Pri istoj koncentraciji, EPS, EPS-1 i EPS-2 su također bili vrlo efikasni protiv hidroksil radikala [56]. EPS{11}} i EPS{12}} se sastoje od manoze, fruktoze i glukoze u molarnim omjerima od 2,6:29,8:1 odnosno 4,2:36,6:1. Od ovog otkrića otkriveno je da mnogi endofiti proizvode antioksidativne EPS. Karakterističan slučaj je pročišćena ramnoza-galaktan frakcija Fusarium solani i Bacillus cereus izolirana iz Alstonia scholaris i Artemisia annua L., respektivno. Ova frakcija EPS pokazala je značajnu aktivnost čišćenja protiv DPPH, (IC50:0,6 mg/mL), superoksida (IC50: 2,6 mg/mL) i hidroksil radikala (IC50: 3,1 mg/mL) [ 54,55].

Optimizacija parametara uzgoja P. polymyxa korištenjem saharoze, ekstrakta kvasca i CaCl2 pokazala je prinos EPS od 35,26 g/L (18,74 posto), što je 155-put više u odnosu na originalnu podlogu [57]. Strukture EPS-a su veoma raznovrsne. EPS izolovani iz medijuma kulture endofitske gljive Aspergillus sp. uglavnom se sastoje od manoze i galaktoze (89,4:10,6) [59], dok su EPS izolovani iz endofitnih bakterija Burkholderia tropica uglavnom sastavljeni od ramnoze, glukoze i glukuronske kiseline (2:2:1) [60]. Antioksidativni EPS su također izolovani iz kopnenih mikroalgi Rhodella reticulata. Njegovi ekstracelularni polisaharidi pokazali su snažnu antioksidativnu aktivnost, značajno veću od -tokoferola. Sposobnost uklanjanja radikala protiv superoksidnog radikala deproteiniziranog ekstracelularnog polisaharida dostigla je 328,48 U/L, u poređenju sa 174,03 U/L -tokoferola [118].

2.4. Enzimi

Superoksid dismutaze (SOD) katalizuju neutralizaciju dva superoksidna radikala dodavanjem dva vodikova jona da bi se formirali vodikov peroksid i kiseonik. Pripadajući porodici metaloenzima, SOD se razlikuju po metalnom kofaktoru: Ni-SOD, CuZn-SOD, Fe-SOD i Mn-SOD; posljednja tri se obično nalaze u mikroalgama. Biosinteza SOD je u direktnoj korelaciji sa nivoom ćelijskog ROS. Studija provedena na mikroalgi Scenedesmus vacuolations i Pinnularia viridis pokazala je da su koncentracija i aktivnost SOD u korelaciji sa stresom povezanim s ROS [119,120]. Slično, eliminacija ROS-a u većini bakterija Streptococcus i Lactococcus spp. usklađen je sa ovim općim antioksidativnim odbrambenim sistemom jer oba roda eksprimiraju MnSOD. Međutim, ove bakterije posjeduju samo jedan tip SOD-a, naime enzim koji sadrži Mn (MnSOD), što ovaj enzim čini bitnim dijelom antioksidantne ćelijske mašinerije [121].

Katalaze sadrže aktivna mjesta porfirin hema koja razgrađuju vodikov peroksid u vodu i kisik [119]. Jedan molekul katalaze može pretvoriti šest milijardi molekula vodikovog peroksida svake minute [122]. U kvascu S. cerevisiae, prekomjerna ekspresija katalaze smanjuje oksidativni stres uzrokovan mliječnom kiselinom [123]. Nadalje, studija koja je uključivala jednoćelijsku zelenu algu Chlamydomonas reinhardtii pokazala je da se vodikov peroksid iz medija brže razgrađuje kada nije bio inhibitor katalaze aminotriazol; stoga je katalaza jedan od glavnih enzima uključenih u detoksikaciju ROS-a [124].

Konačno, peroksidaze kataliziraju oksidaciju nekoliko supstrata vodikovim peroksidom. Askorbat, citokrom C, pirogalol i glutation su primjeri ovih supstrata. Što se tiče drugih antioksidativnih enzima, čini se da indukcija aktivnosti peroksidaze nakon akumulacije ROS zavisi od koncentracije i vremena [119].

3. Foto-zaštitna sredstva

Ultraljubičasto A (UVA, 315–400 nm) i ultraljubičasto B (UVB, 280–315 nm) igraju glavnu ulogu u oštećenju ćelija kože. UVA uglavnom učestvuje u stvaranju ROS, dok UVB jako utiče na DNK i integritet proteina. Da bi se zaštitili od UV zračenja, kopneni mikroorganizmi razvili su nekoliko strategija, od kojih je jedna akumulacija foto-zaštitnih spojeva [2].

Uprkos dokazima da nekoliko spojeva iz mikroorganizama ima foto-zaštitne aktivnosti, obavljeno je iznenađujuće malo rada na modelima kože in vivo. Ovo se može djelomično objasniti činjenicom da je EU od 2013. godine zabranila in vivo testiranje kozmetike. Stoga su potencijalni efekti zaštite kože utvrđeni na osnovu postojećih in vitro studija [125].

3.1. Melanini 

Bakterije, gljive i protisti mogu proizvesti raznoliku grupu pigmenata. Melanizirane gljive su uglavnom crni kvasci, a melanizirane bakterije uglavnom pripadaju Actinobacteria [126].

Osnovna uloga melanina u mikroorganizmima je još uvijek predmet kontroverzi i spekulacija. Činjenica da su ova jedinjenja presretači UV fotona dovodi do manje osetljivosti mikroekosistema na UV zračenje. Melanini su također uključeni u proizvodnju energije zbog svoje sposobnosti da prihvate elektrone. Konačno, kod nekih patogenih mikroorganizama, ova jedinjenja deluju kao faktori virulencije, smanjujući odbrambene mehanizme domaćina [127].

Pojam melanin obuhvata tri polimerne supstance; eumelanin, feomelanin i alomelanin. Bakterije sadrže uglavnom eumelanin i sve melanine, dok gljive uglavnom eksprimiraju sve melanine [126]. Gljivični melanini su izolovani iz Cryptococcus neoformans, Candida albicans, Aspergillus sp., Sporothrix schenckii, Fonsecaea pedrosoi, Paracoccidioides brasiliensis, Coccidioides sp. i Histoplasma capsulatum [128]. Melanini su takođe široko rasprostranjeni u raznim bakterijama, kao što su E. coli, B. cereus, Klebsiella sp., Pseudomonas aeruginosa, Pseudomonas stutzeri, Bacillus thuringiensis, Vibrio cholera i Streptomyces Kathie [129]; posljednji je odabran kao idealan mikroorganizam za proizvodnju melanina. U optimalnim uslovima, prinos je bio maksimiziran na 13,7 g/L. U toj studiji, S. kathirae je identificiran kao odličan kandidat za industrijsku proizvodnju melanina [67].

3.2. Derivati ​​indola i pirola 

Scytonemin (7) je žuto-smeđi alkaloidni pigment koji se sastoji od indolske i fenolne podjedinice. Do sada su prijavljena samo četiri različita derivata: dimetoksiscitonemin (8), citokinin (9), acetonemija-3a-imin (10) i tetrametoksiscitonemin (11) (Slika 3). Poznat po svojoj snažnoj funkciji apsorpcije UV zraka i kapacitetu uklanjanja slobodnih radikala, scytonemin i njegovi derivati ​​su odlični kandidati za zaštitu kože. Scytonemin sprečava do 90 posto sunčevog UV zračenja da uđe u ćeliju. Snažna aktivnost uklanjanja radikala ovog spoja (IC50: 36 µM protiv ABTS radikala), u kombinaciji s njegovom lokalizacijom u ćelijskom zidu bakterije objašnjava njegovu zaštitnu ulogu i nemogućnost UV-A zračenja da prođe kroz ćelijski omotač [130,131].

Skoro isključivo sintetizovan od strane cijanobakterija iz ekstremnog okruženja, scytonemin (7) je opisan u više od 300 vrsta cijanobakterija, od kojih su mnoge kopnene; npr. Nostoc commune, Nostoc microscopic, Phormidium sp. i Pleurocapsa sp. Scytonemin se takođe nalazi u Scytonema hoffmani zajedno sa dimetoksiscitoneminom (8), tetrametoksiscitoneminom (11) i citokininom (9) [132]. Da bi se inducirala biosinteza scitonemina (7), modulacija temperature ili fotooksidativni stres mora se kombinirati s osmotskim stresom i periodičnim isušivanjem [126]. Za industrijsku primjenu, proizvodnja scytonemina za zaštitu od UV zračenja optimizirana je u N. commune kako bi se dobilo 758 µg/g [73] (Tabela 1).

Prodigiosin (12) karakteriše zajednički pirolil dipirometen skelet koji sadrži 4-metoksi-2,20 -pirol prstenasti sistem (Slika 3). Ovaj crveni pigment uglavnom proizvode sojevi koji pripadaju bakterijskom rodu Serratia [75]. Dobro poznat po svom antimalarijskom, antibakterijskom i antikancerogenom djelovanju, prodigiosin je pokazao i UV zaštitnu aktivnost. Kada se koristi kao aditiv u komercijalnim kremama za sunčanje (4 posto w/w prodigiosina), zaštitni faktori za zaštitu od sunca (SPF) su porasli za 20-65 posto. U istoj studiji, dodavanje 4 posto (w/w) prodigiozina u foto-zaštitne ekstrakte listova Aloe vere i plodova Cucumis sativus pokazalo je povećanje SPF-a do 3,5 reda veličine [133]. Bakterije Pseudomonas magneslorubra, Vibrio psychroerythrous, Vibrio gazogenes, Alteromonas rubra i Rugamonas rubra, zajedno sa aktinomicetama, kao što su Streptomyces rubrireticuli i S. longisporus guma, proučavane su zbog njihove sposobnosti da proizvode prodigiosin [13333]. Zabilježeno je poboljšanje proizvodnje prodigiozina (277 mg/L) dodavanjem peptona ovnujskog roga (RHP, 0,4 posto w/v) u mediju kulture S. marcescens MO-1 [75] (tabela 1).

Violacein (13) je ljubičasti pigment koji predstavlja neobičnu strukturu koja se sastoji od 2-pirolidona i sistema oksindolnog prstena povezanih dvostrukom vezom, te 5- hidroksi indolne jedinice (Slika 3) [134] . Poznato je da posjeduje antibakterijsko djelovanje protiv Staphylococcus aureus i drugih gram-pozitivnih patogena, violacein može djelovati i kao foto-zaštitno sredstvo protiv UV zračenja. Ovo jedinjenje apsorbira na vidljivim talasnim dužinama i predstavlja široku apsorpcionu traku proširenu do 700 nm [69]. Kada se koristi kao aditiv u komercijalnim kremama za sunčanje (4 procenta w/w violaceina), SPF se povećao za 10-22 procenta. Nadalje, dodatak od 4 posto (w/w) violaceina u foto-zaštitne ekstrakte listova A. vera i plodova C. sativus, pokazao je povećanje SPF-a do 3,5 reda veličine [133]. Violacein uglavnom proizvode sojevi bakterija Janthinobacterium lividum, Pseudoalteromonas sp. i Chromobacterium violaceum (Tablica 1). Važno je napomenuti da pH sredine, zapremina kulture, koncentracija kalijum nitrata i L-triptofana značajno utiču na proizvodnju violaceina. Uzgoj C. violaceum, izolovanog iz različitih izvora biljnog otpada, u mediju obogaćenom šećernom bagasom i L-triptofanom 10 posto (v/v), povećao je konačni prinos violaceina na 0,82 g/L [70]. Slično, optimizirani parametri uzgoja Duganella sp. povećao za 4,8 puta konačni prinos sirovog violaceina (1,62 g/L) [71].

3.3. Mikosporini i aminokiseline slične mikosporinu (MAA)

Prvobitno otkriven u miceliju kopnenih bazidiomiceta, ciklosporin predstavlja centralni cikloheksenonski ili cikloheksimidni prsten i širok spektar supstitucija. Aminokiseline slične mikosporinu su iminski derivati ​​ciklosporina. Prsten apsorbira UV svjetlo i rasipa energiju kao toplinu, bez stvaranja ROS. Cijanobakterije i mikroalge mogu sintetizirati ciklosporin i MAA, dok gljive proizvode samo ciklosporin [126] (Tabela 1).

Uglavnom poznati po svojoj foto-zaštitnoj aktivnosti, MAA su također efikasni antioksidansi i hvatači ROS-a. Ove aktivnosti dovele su do nekoliko patenata u istraživanju prirodnih UV filtera [135].

Kao iu drugim slučajevima, proizvodnja mikrobnih MAA može se optimizirati nakon modifikacije parametara uzgoja. Khosravi et al. pokazalo je da kombinacija UV zračenja i povišenog saliniteta značajno povećava bioakumulaciju MAA [136]. Zaista, izloženost kopnenih gljiva UV zračenju, isušivanju i nedostatku nutrijenata značajno je povećala proizvodnju spoja mikosporin-glutaminil-glukozida koji apsorbira UV zrake (14) (Slika 3) [137].

4. Sredstva za izbjeljivanje kože

Sredstva za izbjeljivanje kože komercijalno su dostupna u kozmetičke i kliničke svrhe, za postizanje svjetlije kože i liječenje hiperpigmentarnih poremećaja [138]. Neujednačena pigmentacija kože može dovesti do mrlja, mrlja od smeđe do sive boje ili pjega što može zahtijevati kozmetičke intervencije [13]. Sredstva za izbjeljivanje djeluju na različitim nivoima proizvodnje melanina u koži, bilo inhibiranjem aktivnosti tirozinaze, ključnog enzima u melanogenezi kod biljaka i životinja, ili inhibiranjem transporta melanozoma iz melanocita u okolne keratinocite [139-141].

4.1. Pyrones

Kojična kiselina (15) je jeftin sekundarni metabolit gljivica rastvorljiv u vodi (Slika 4). Ima dvije OH- grupe, primarnu na C-7 i sekundarnu na C-5, koja je neophodna za uklanjanje radikala i aktivnost interferencije tirozinaze (IC50: 14 µM) [142,143]. Depigmentirajuća aktivnost kojične kiseline rezultat je inhibicije aktivnosti nabora i kateholaze tirozinaze. Sprečava pretvaranje O-kinona u DL-DOPA i dopamina u odgovarajući melanin. Smanjen sadržaj melanina se pokazuje u melanocitima nakon tretmana kojičnom kiselinom [143]. Ovaj spoj se intenzivno koristi za depigmentaciju kože (a samim tim i kao kozmetički agens) s odličnim učinkom izbjeljivanja, zbog svoje sposobnosti da inhibira aktivnost tirozinaze.

Uglavnom proizvodi Penicillium sp. i Acetobacter sp., kojična kiselina je takođe izolovana iz drugih kopnenih mikroorganizama, kao što je Aspergillus flavus, endofitska gljiva Vigna unguiculata [81]. Za proizvodnju ovog spoja široko se koristi fermentacija Aspergillus sp. Često se koriste i drugi sojevi, kao što je A. oryzae (0.26 g kojične kiseline/g glukoze), A. parasiticus (0.089 g/g glukoze), i A. candidus (0.3 g/g saharoze). Visok prinos od 0,453 g/g glukoze dobijen je kulturom A. flavus [82,83,144] (Tabela 1).

4.2. Fenolni laktoni

Elaginska kiselina (16) je antioksidativni polifenol koji je izazvao komercijalni interes zbog preporuka za lokalnu upotrebu kao sredstvo za izbjeljivanje kože (Slika 4). Ovo jedinjenje inhibira melanogenezu putem hemijske redukcije O-kinona (O-dopakinon) i semikinona [145].

Elaginska kiselina se može proizvesti iz biljnih tanina fermentacijom pomoću različitih sojeva A. niger[146,147]. Prinos od 6,3 i 4,6 mg elaginske kiseline/g sušene ljuske nara dobijen je pretvaranjem elagitanina nara u elaginsku kiselinu u fermentaciji u čvrstom stanju[85] (Tablica 1).

4.3. karboksilne kiseline

Azelaična kiselina (17) je zasićena dikarboksilna kiselina koju proizvodi Malassezia furfur (također poznat kao Pityrosporum ovale), kvasac koji živi na normalnoj koži [91] (Slika 4) (Tabela 1). Efikasan je u liječenju nekoliko stanja kože, kao što su akne, upale i hiperpigmentacije. Kao kompetitivni inhibitor tirozinaze in vitro, koristio se za liječenje melazme, Lentigo maligna i post-inflamatorne hiperpigmentacije. Minimalna koncentracija pri kojoj azelainska kiselina pokazuje svoju anti-enzimsku aktivnost je 10-3 mol/L i približno je jednaka 20 posto sadržaja azelainske kiseline u kremi koja se primjenjuje lokalno [148,149]. Nadalje, efikasnost kreme od 20 posto azelainske kiseline je bolja od kreme sa 2 posto hidrokinona (HQ), dok ozbiljne nuspojave nisu prijavljene [90,150]. Klinička ispitivanja su pokazala da je ova krema bila efikasna i protiv melazme kada se koristila paralelno sa kremom za sunčanje širokog spektra. Dakle, sposobnost azelainske kiseline da smanji količinu melanina u određenom dijelu kožnog tkiva kao i nedostatak nuspojava čini je širokom primjenom u kozmetičkim formulacijama.

Mliječna kiselina se također koristi kao sredstvo za izbjeljivanje kože (Tabela 1). U dozi od 500 µg/mL, inhibira formiranje melanina na način zavisan od doze bez uticaja na rast ćelija [151]. Nedavne studije su pokazale da vrste Rhizopus mogu ponuditi vrijedan alternativni izvor za proizvodnju mliječne kiseline [152]. Filamentozna gljiva R. oryzae pretvara i glukozu i ksilozu u aerobnim uslovima u l( plus )-mliječnu kiselinu s prinosima koji variraju između 0,55 i 0,8 g/g [87].

Poli-glutaminska kiselina (-PGA) je prirodni polimer koji proizvode različite vrste Bacillus (prinosi variraju od 10 do 50 g/L ovisno o vrsti) [88] (Tabela 1). Studije koje se odnose na inhibitorni učinak na tirozinazu i tirozinazu gljiva u stanicama melanoma B16 izvijestile su o dozi ovisnoj aktivnosti. -PGA, a posebno polimeri male molekularne težine, privukli su veliku pažnju zbog svog velikog potencijala u kozmetici kao agensa za izbjeljivanje kože [153].

4.4. Enzimi i derivati

Mogućnost korištenja melanocitnih enzima u posvjetljivanju kože ispitana je skriningom potencijalne melanocitne aktivnosti izolata divljih gljiva. Među njima, Sporotrichum pruinose je najviše obećavao od vrlo ograničenog broja gljiva koje obezbojavaju sintetički melanin [154]. Kao što je opisano u US 20030077236 patentu, kompozicije koje sadrže enzime koji razgrađuju melanin, izvedene iz Aspergillus fumigatus ili S. cerevisiae, bile su dvostruko efikasnije od kojične kiseline u stvaranju efekta izbjeljivanja na koži.

Veliki izbor jedinjenja sa potencijalnom primenom u zaštiti kože može se dobiti biotehnološkim procesima korišćenjem enzima izolovanih iz kopnenih mikroorganizama. Ovo je slučaj retinola, najaktivnijeg oblika vitamina A, sredstva za izbjeljivanje kože koje je sintetizirano esterifikacijom palmitinske kiseline korištenjem modificirane lipaze B iz Candida antarctica (CALB) i modificirane lipaze iz Pseudomonas fluorescentne, maksimiziraju njegovu topljivost u vodi i minimiziraju iritaciju kože. Ostale modifikacije vitamina A uključuju esterifikaciju oleinskom, mliječnom, sukcinskom ili metil sukcinom, kataliziranu CALB ili Rhizomucor miehei lipazom [155].

Bolja dermalna apsorpcija i 10 posto veća aktivnost izbjeljivanja kože, u poređenju sa dobro poznatim inhibitorom tirozinaze arbutinom, demonstrirano je njegovim derivatom arbutin undecilenske kiseline estra koji je enzimski sintetiziran korištenjem alkalne proteaze iz Bacillus subtilis [94,155]. Osim toga, -arbutin glikozidi su sintetizirani reakcijom transglikozilacije ciklomaltodekstrin glukanotransferaze iz Bacillus macarons. Sintetizirani glukozidi su pokazali veću inhibiciju humane tirozinaze od -arbutina [156].

Za više informacija: david.deng@wecistanche.com WhatApp:86 13632399501