Onderzoeksvooruitgang over biosynthese van verbascoside

Abstract:

Verbascoside(bekend alsActeoside)is een fenethylglycosidederivaat samengesteld uit cafeïnezuur, hydroxytyrosol, glucose en rhamnose, dat veel voorkomt in een verscheidenheid aan natuurlijke geneeskrachtige planten, metontstekingsremmend, antibacteriënl, antiviral,antitumor, anti-oxidatiefpijnstillend, neuroprotectief,verbeterde seksuele functie,immuunregulatieen verbeterd cellulair geheugen en vele andere biologische activiteiten.

Plantaardige verbascoside heeft echter problemen met een laag gehalte en milieuvervuiling en kan geen groene en duurzame grootschalige productie bereiken. Een reeks microbiële celfabrieken (Wecistanche Bio-Tech) van plantaardige natuurlijke producten werd met succes gebouwd door synthetische biologie, wat een nieuw idee opleverde voor de efficiënte productie van verbascoside. De onderzoeksstatus van verbascosidecelfabrieken werd beoordeeld, inclusief de analyse van de belangrijkste metabole routes voor de biosynthese van fenethylamine, de winning en optimalisatie van belangrijke genelementen en de synthese van belangrijke voorlopers, om een ​​basis te leggen voor de biosynthese van verbascoside. Trefwoorden fenethyloside, Verbascoside, pathway-analyse, biosynthese

Fenylethanoïde glycosiden (PhG's) zijn een klasse van secundaire plantenmetabolieten die worden gemodificeerd door verschillende suikergroepen, die belangrijke biologische activiteiten hebben, zoals antibacteriële, antitumorale, antivirale, ontstekingsremmende en antioxidante [1]. Fenylethanolglycosiden zijn algemeen aanwezig in tweezaadlobbige planten. Tot nu toe is een verscheidenheid aan fenylethanoïde verbindingen geïsoleerd uit planten, zoals cistanoside C, tuberosine B en verbascoside (figuur 1a). De moleculaire structuur laat zien dat de fenylethanoïde glycosiden -D-glucopyranose als de centrale suikerkern, acetyl, caffeoyl, feruloyl, coumaroyl, cinnamyl en vanillyl als zijketens hebben, en rhamnose, arabinoyl Verschillende glycosylmodificaties, zoals suiker, celose, glucose en galactose, hebben een rijke structurele diversiteit. Afhankelijk van het aantal glycosiden kunnen fenethylglycosiden worden onderverdeeld in monoglycosiden, diglycosiden, triglycosiden en tetraglycosiden [2] (Fig. 1c).

Acteoside (ACT) is een typische vertegenwoordiger van fenethyldisoside en de structuur is samengesteld uit cafeïnezuur (CA), hydroxytyrosol (HT), glucose en C3-gemodificeerde rhamnose. Ontsteking, antibacterieel, remming van HIV -1 reverse transcriptase, anti-tumor en anti-oxidatie, enz., hebben belangrijke beschermende effecten op het herstel van schade aan het zenuwstelsel, regulering van het spijsverteringsstelsel, regulering van het immuunsysteem, enz. potentiële en economische waarde op het gebied van de ontwikkeling van nieuwe geneesmiddelen. 1].Verbascosidekomen voornamelijk voor in de wortels, stengels, bladeren en bloemen van meer dan 200 soorten planten, waaronder Verbena, Gesneriaceae, Lamiaceae, Scrophulariaceae, Oleaceae, Ledanaceae, Mutongaceae en Weegbree [3], vanwege het verschil in de biosynthetische capaciteit van de plant zelf , evenals de soort, oorsprong, teelt- en oogstomstandigheden, zijn er significante verschillen in het gehalte aan verbascoside in planten [4-13], zoals in de naam van "woestijn ginseng". 

Meer info over Acteoside in Cistanche Tubulosa

De gemiddelde inhoud vanCistanche Tubulosa, die tot de familie Cistanche deserticola behoort, kan oplopen tot 4,75 procent, terwijl het gemiddelde gehalte in woestijn Cistanche en Cistanche woestijn hetzelfde is, slechts 0,23 procent [9] (Fig. 1b). ). Op dit moment zijn er problemen bij het synthetiseren van verbascoside met een chemische methode [14], zoals een lange synthetische route, veel nevenreacties, omslachtige chirale resolutie, lage opbrengst en hoge kosten. Daarom neemt verbascoside afgeleid van plantenextractie nog steeds een dominante positie in op de markt. Vanwege het lage gehalte aan planten, het complexe extractieproces en de lange groeicyclus van planten, die sterk worden beïnvloed door factoren zoals klimaat en milieu, is het echter onmogelijk om een ​​stabiele bron van grondstoffen te bieden voor de extractie van natuurlijke producten , die de grootschalige productie sterk beperkt. Het gebruik van synthetische biologie om de synthese van natuurlijke producten rationeel te ontwerpen en te transformeren, zal naar verwachting nieuwe oplossingen bieden voor de grote uitdagingen waarmee de mensheid wordt geconfronteerd op het gebied van hulpbronnen en het milieu. Bijvoorbeeld grootschalige winning van nieuwe enzym- en eiwitcomponenten uit de natuur, waardoor de flux en efficiëntie van enzymeiwitten door transformatie sterk wordt verbeterd; componentisatie en modulaire assemblage van metabole routes gerelateerd aan biosynthese uit verschillende bronnen om uiteindelijk efficiënte microbiële celfabrieken te bouwen. Op dit moment zijn de biosynthese en transformatie van verschillende natuurlijke producten zoals terpenoïden, flavonoïden, alkaloïden en saponinen met succes bereikt [15]. Voor fenylethanolglycosiden synthetiseren micro-organismen hun belangrijkste voorlopers (zoals cafeïnezuur, hydroxytyrosol, enz.), tyrosol en Rhodiola-zijde.

Omdat de belangrijkste elementen en routes van verbascosidesynthese echter niet volledig zijn opgelost, zijn voornamelijk de acyltransferasen en rhamnosyltransferasen in de stroomafwaartse acyloverdracht- en glycosylmodificatieroutes niet gerapporteerd, en is de katalytische volgorde van acylering en rhamnosylering niet gerapporteerd. Het is ook niet gevalideerd, wat het onderzoek naar de biosynthese van verbascoside belemmert. In dit artikel zal de onderzoeksstatus van fenethylglycosiden worden geïntroduceerd uit de analyse van de belangrijkste metabole routes in de biosynthese van fenethylalcohol, de winning en optimalisatie van belangrijke genelementen en de synthese van belangrijke voorlopers, en de huidige problemen en toekomstige ontwikkeling trends worden besproken. Om de basis te leggen voor de bouw van de cellenfabriek Verbascoside.