2.2. Karotenoider

Karotenoider er de vanligste naturlige pigmentene; de er godt kjent for sin kraftige antioksidantaktivitet, siden de er svært effektive fysiske slukkere av singlett oksygen og fjerner andre ROS. Karotenoider er også kjent for deres evne til å fungere som slukkere av fotosensibiliseringsprodukter, noe som gir dem fotobeskyttende egenskaper [109].

I følge relevante studier er cistanche en vanlig urt som er kjent som "mirakelurten som forlenger livet". Hovedkomponenten ercistanoside, som har ulike effekter som f.eksantioksidant, anti-inflammatorisk, ogfremme av immunfunksjonen. Mekanismen mellom cistanche oghudblekingligger i antioksidanteffekten til cistancheglykosider. Melanin i menneskelig hud produseres ved oksidasjon av tyrosin katalysert avtyrosinase, og oksidasjonsreaksjonen krever deltakelse av oksygen, så de oksygenfrie radikalene i kroppen blir en viktig faktorpåvirker melaninproduksjonen. Cistanche inneholder cistanosid, som er en antioksidant og kan redusere dannelsen av frie radikaler i kroppen, dermedhemmer melaninproduksjonen.

Klikk på Cistanche Tubulosa for Whitening

For mer info:

david.deng@wecistanche.com WhatApp:86 13632399501

Det siste tiåret har interessen for mikrobiell gjæring for produksjon av naturlige karotenoider økt. Karotenoidproduksjon av bakterier, sporogen gjær, filamentøse sopp [110] og mikroalger [111] er omfattende rapportert, med cyanobakterier som den mest fremtredende kilden [112]. Følgelig har karotenogene mikrober Xanthophyllomyces dendrorhous, Blakeslee transport og Haematococcus pluvialis blitt mye brukt i storskala prosesser. Videre har transformasjonen av de ikke-karotenogene mikrobene E. coli, S. cerevisiae, Candida utilis og Zymomonas mobilis, med karotenoidgener fra utvalgte mikrober, blitt brukt med suksess for produksjon av karotenoider [113]. E. coli i fed-batch-fermentering produserte 72,6 mg/g cdw (celletørrvekt) av -karoten [1] og 1,44 g/L lykopen [49], mens astaxantinproduksjonen ble forbedret 1.4- ganger sammenlignet til X. dendrorhous foreldrestamme, og nådde 1,25 mg/L (tabell 1) [46]. Astaxanthin (5), -karoten (6) og lutein er karotenoidene med høyest tilført verdi (Figur 2) [114]. Oksykarotenoidet lutein produseres hovedsakelig av mikroalger av slektene Chlorella, Dunaliella og Haematococcus [114]. Dens dype effekt på antioksidantforsvarssystemet tilskrives dens kjemiske struktur. I in vitro-systemer fjernet det superoksidet (IC50: 21 µg/mL), hydroksylet (IC50: 1,75 µg/mL), nitrogenoksidet (IC50: 3,8 µg/ml) og DPPH (IC50: 35 µg) betydelig. /ml) radikal og hemmet lipidperoksidasjon (2,2 µg/ml). I in vivo-systemer har det vist seg å være en effektiv renser for superoksidradikaler (IC50: 21 µg/ml) [51].

2.3. Eksopolysakkarider (EPS)

EPS-er er karbohydratpolymerer med høy molekylvekt som viser sterke renseaktiviteter, metallchelateringsevne og lipidperoksidasjonshemming. Disse forbindelsene er blant de mest utnyttede bioaktive stoffene for deres antialdringsevne [115].

EPS er hovedsakelig biosyntetisert av bakterier og sopp. En mikroorganismes evne til å produsere antioksidant-EPS ble først introdusert med studiet av Paenibacillus polymyxa. Denne endofytiske bakterien, isolert fra roten til Stemona japonica, produserer forskjellige EPS-er med sterk rensende aktivitet mot superoksidet og hydroksylradikalet [116,117] (tabell 1). Når den ble testet ved en konsentrasjon på 1 mg/ml, var den rensende effekten av den urene EPS mot superoksydradikalet 74,38 prosent, mens aktiviteten til den rensede EPS-1 og EPS-2 var høyere enn askorbinsyre . Ved samme konsentrasjon var EPS, EPS-1 og EPS-2 også svært effektive mot hydroksylradikalet [56]. EPS-1 og EPS-2 var sammensatt av mannose, fruktose og glukose i molforhold på henholdsvis 2,6:29,8:1 og 4,2:36,6:1. Siden denne oppdagelsen ble det funnet at mange endofytter produserer antioksidant-EPS. Et karakteristisk tilfelle er den rensede rhamnose-galaktanfraksjonen av Fusarium solani og Bacillus cereus isolert fra henholdsvis Alstonia scholaris og Artemisia annua L.. Denne EPS-fraksjonen viste en signifikant rensende aktivitet mot DPPH, (IC50:0,6 mg/ml), superoksidet (IC50: 2,6 mg/ml) og hydroksylradikalet (IC50: 3,1 mg/ml) [ 54,55].

Optimalisering av dyrkingsparametre for P. polymyxa ved bruk av sukrose, gjærekstrakt og CaCl2 viste et EPS-utbytte på 35,26 g/L (18,74 prosent), som var 1.55- ganger høyere sammenlignet med det originale mediet [57]. EPS-strukturer er av stor variasjon. EPS-er isolert fra kulturmediet til den endofytiske soppen Aspergillus sp. var hovedsakelig sammensatt av mannose og galaktose (89.4:10.6) [59], mens EPS-er isolert fra de endofytiske bakteriene Burkholderia tropica hovedsakelig var sammensatt av rhamnose, glukose og glukuronsyre (2:2:1) [60]. Antioksidant-EPS har også blitt isolert fra den terrestriske mikroalgen Rhodella reticulata. Dets ekstracellulære polysakkarider viste sterk antioksidantaktivitet, betydelig høyere enn -tokoferol. Radikalfjerningsevnen mot superoksydradikalet til det deproteiniserte ekstracellulære polysakkaridet nådde 328,48 U/L, sammenlignet med 174,03 U/L av -tokoferol [118].

2.4. Enzymer

Superoksiddismutaser (SODs) katalyserer nøytraliseringen av to superoksidradikaler ved tilsetning av to hydrogenioner for å danne hydrogenperoksid og oksygen. Tilhører familien av metalloenzymer, er SODs differensiert i deres metallkofaktor: Ni-SOD, CuZn-SOD, Fe-SOD og Mn-SOD; de tre siste er ofte funnet i mikroalger. SOD-biosyntese er direkte korrelert med nivået av cellulær ROS. En studie utført på mikroalger Scenedesmus vacuolations og Pinnularia viridis viste at konsentrasjonen og SOD-aktiviteten er korrelert med ROS-relatert stress [119,120]. Tilsvarende eliminerer ROS i de fleste Streptococcus og Lactococcus bakterielle spp. samsvarer med dette generelle antioksidantforsvarssystemet siden begge slektene uttrykker MnSOD. Imidlertid har disse bakteriene bare én type SOD, nemlig det Mn-holdige enzymet (MnSOD), noe som gjør dette enzymet til en viktig del av antioksidantcellemaskineriet [121].

Katalaser inneholder porfyrinhem aktive steder som bryter ned hydrogenperoksid til vann og oksygen [119]. Ett molekyl katalase kan omdanne seks milliarder molekyler hydrogenperoksid hvert minutt [122]. I gjæren S. cerevisiae reduserer overekspresjonen av katalase melkesyreindusert oksidativt stress [123]. Videre viste en studie som involverte den encellede grønnalgen Chlamydomonas reinhardtii at hydrogenperoksid fra media ble raskere nedbrutt når katalasehemmeren aminotriazol var fraværende; dermed er katalase et av de viktigste enzymene som er involvert i ROS-avgiftning [124].

Til slutt katalyserer peroksidaser oksidasjonen av flere substrater med hydrogenperoksid. Askorbat, cytokrom C, pyrogallol og glutation er eksempler på disse substratene. Når det gjelder de andre antioksidantenzymene, ser induksjonen av peroksidaseaktivitet ved ROS-akkumulering ut til å være konsentrasjons- og tidsavhengig [119].

3. Foto-beskyttende agenter

Ultrafiolett A (UVA, 315–400 nm) og ultrafiolett B (UVB, 280–315 nm) spiller en stor rolle i hudcelleskader. UVA er hovedsakelig involvert i dannelsen av ROS, mens UVB påvirker DNA- og proteinintegriteten sterkt. For å beskytte seg mot UV-stråling har terrestriske mikroorganismer utviklet flere strategier, hvorav en er akkumulering av fotobeskyttende forbindelser [2].

Til tross for bevis på at flere forbindelser fra mikroorganismer har fotobeskyttende aktiviteter, har det vært overraskende lite arbeid utført med in vivo hudmodeller. Dette kan delvis forklares av det faktum at EU har forbudt in vivo testing av kosmetikk siden 2013. Dermed har potensielle hudbeskyttelseseffekter blitt etablert basert på eksisterende in vitro studier [125].

3.1. Melaniner 

Bakterier, sopp og protister kan produsere en mangfoldig gruppe pigmenter. Melaniserte sopp er for det meste svart gjær, og melaniserte bakterier tilhører hovedsakelig Actinobacteria [126].

Den grunnleggende rollen til melanin i mikroorganismer er fortsatt et spørsmål om kontroverser og spekulasjoner. Det faktum at disse forbindelsene er interceptorer av UV-fotoner fører til en lavere sårbarhet av mikroøkosystemer for UV-stråling. Melaniner er også involvert i energiproduksjon på grunn av deres evne til å akseptere elektroner. Til slutt, i noen patogene mikroorganismer, virker disse forbindelsene som virulensfaktorer, og senker forsvarsmekanismene til verten [127].

Begrepet melanin omfatter tre polymere stoffer; eumelanin, pheomelanin og allomelaniner. Bakterier inneholder stort sett eumelanin og alle melaniner, mens sopp stort sett uttrykker alle melaniner [126]. Soppmelaniner har blitt isolert fra Cryptococcus neoformans, Candida albicans, Aspergillus sp., Sporothrix schenckii, Fonsecaea pedrosoi, Paracoccidioides brasiliensis, Coccidioides sp. og Histoplasma capsulatum [128]. Melaniner er også utbredt i en rekke bakterier, som E. coli, B. cereus, Klebsiella sp., Pseudomonas aeruginosa, Pseudomonas stutzeri, Bacillus thuringiensis, Vibrio cholera og Streptomyces Kathie [129]; den siste er valgt som en ideell mikroorganisme for melaninproduksjon. Under optimale forhold ble utbyttet maksimert til 13,7 g/l. I den studien ble S. kathirae identifisert som en utmerket kandidat for produksjon av melaniner i industriell skala [67].

3.2. Indol- og pyrrolderivater 

Scytonemin (7) er et gul-til-brunt alkaloidpigment som består av en indolisk og en fenolisk underenhet. Til nå er det bare rapportert om fire forskjellige derivater: dimethoxyscytonemin (8), cytokinin (9), acetonemia-3a-imin (10) og tetramethoxyscytonemin (11) (figur 3). Kjent for sin sterke UV-absorberende funksjon og frie radikaler som fjerner kapasitet, er scytonemin og dets derivater utmerkede kandidater for hudbeskyttende formål. Scytonemin hindrer opptil 90 prosent av solens UV-stråling fra å komme inn i cellen. Den sterke radikalfjernende aktiviteten til denne forbindelsen (IC50: 36 µM mot ABTS-radikalet), kombinert med dens lokalisering i bakteriecelleveggen forklarer dens beskyttende rolle og UV-A-strålingens manglende evne til å krysse den cellulære konvolutten [130,131].

Nesten utelukkende syntetisert av cyanobakterier fra ekstreme miljøer, er scytonemin (7) beskrevet i mer enn 300 cyanobakteriearter, mange av dem terrestriske; f.eks. Nostoc commune, Nostoc microscopic, Phormidium sp., og Pleurocapsa sp. Scytonemin finnes også i Scytonema hoffmani sammen med dimethoxyscytonemin (8), tetramethoxyscytonemin (11) og cytokinin (9) [132]. For å indusere scytonemin (7) biosyntese, må modulering av temperatur eller fotooksidativt stress kombineres med osmotisk stress og periodisk uttørking [126]. For industrielle applikasjoner har produksjonen av det UV-beskyttende scytonemin blitt optimalisert i N. kommune for å gi 758 µg/g [73] (tabell 1).

Prodigiosin (12) er karakterisert ved et vanlig pyrrolyldipyrrometenskjelett som inneholder et 4-metoksy-2,20 -pyrrolringsystem (figur 3). Dette røde pigmentet produseres hovedsakelig av stammer som tilhører bakterieslekten Serratia [75]. Velkjent for sin antimalaria-, antibakterielle og antikreftaktivitet, har prodigiosin også vist UV-beskyttende aktivitet. Når det brukes som tilsetning i kommersielle solkremer (4 prosent w/w prodigiosin), økte solkremens beskyttelsesfaktorer (SPF) med 20–65 prosent. I den samme studien viste tilsetning av 4 prosent (w/w) prodigiosin i fotobeskyttende bladekstrakter av Aloe vera og Cucumis sativus frukt en økning av SPF-er opp til 3,5 størrelsesordener [133]. Bakterier Pseudomonas magneslorubra, Vibrio psychroerythrous, Vibrio gazogenes, Alteromonas rubra og Rugamonas rubra, sammen med actinomycetes, som Streptomyces rubrireticuli og S. longisporus gummi, har blitt studert for deres evne til å produsere prodigiosin eller dets derivater [133]. Forbedring i produksjonen av prodigiosin (277 mg/L) ble rapportert ved tilsetning av et ramhorn-pepton (RHP, 0,4 prosent w/v) i kulturmediet til S. marcescens MO-1 [75] (tabell 1).

Violacein (13) er et lilla pigment som har en uvanlig struktur bestående av et 2-pyrrolidon og et oksindolringsystem forbundet med en dobbeltbinding, og en 5-hydroksyindolenhet (figur 3) [134] . Kjent for å ha antibakterielle effekter mot Staphylococcus aureus og andre gram-positive patogener, kan violacein også fungere som et fotobeskyttende middel mot UV-bestråling. Denne forbindelsen absorberer ved synlige bølgelengder og har et bredt absorpsjonsbånd utvidet til 700 nm [69]. Når det brukes som tilsetning i kommersielle solkremer (4 prosent w/w violacein), økte SPF-ene med 10–22 prosent. Videre viste tilsetning av 4 prosent (vekt/vekt) av violacein i fotobeskyttende ekstrakter av A. vera-blader og C. sativus-frukter, en økning av SPF-er opp til 3,5 størrelsesordener [133]. Violacein produseres hovedsakelig av bakteriestammene Janthinobacterium lividum, Pseudoalteromonas sp., og Chromobacterium violaceum (tabell 1). Det er verdt å nevne at medium pH, kulturvolum, konsentrasjon av kaliumnitrat og L-tryptofan påvirker violaceinproduksjonen betydelig. Dyrking av C. violaceum, isolert fra ulike planteavfallskilder, i et medium supplert med sukkerbagasse og L-tryptofan 10 prosent (v/v), økte den endelige produksjonen av violacein til 0,82 g/L [70]. Tilsvarende optimaliserte dyrkingsparametere for Duganella sp. økt med 4,8 ganger sluttutbyttet av råviolacein (1,62 g/L) [71].

3.3. Mykosporiner og mykosporinlignende aminosyrer (MAA)

Opprinnelig oppdaget i mycelene til terrestriske basidiomyceter, presenterer cyklosporin en sentral cykloheksenon- eller cykloheksimidring og en lang rekke substitusjoner. Mycosporin-lignende aminosyrer er iminderivater av cyklosporin. Ringen absorberer UV-lys og sprer energi som varme, uten å generere ROS. Cyanobakterier og mikroalger kan syntetisere cyklosporin og MAA, mens sopp produserer kun cyklosporin [126] (tabell 1).

Hovedsakelig kjent for sin fotobeskyttende aktivitet, er MAA også effektive antioksidanter og renser for ROS. Disse aktivitetene har ført til flere patenter innen forskning på naturlige UV-filtre [135].

Som i andre tilfeller kan produksjonen av mikrobielle MAAer optimaliseres etter modifisering av dyrkingsparametere. Khosravi et al. viste at kombinasjonen av UV-bestråling og forhøyet saltholdighet øker bioakkumuleringen av MAA signifikant [136]. Faktisk økte eksponeringen av terrestriske sopp for UV-stråling, uttørking og næringsknapphet betydelig produksjonen av den UV-absorberende forbindelsen mycosporin-glutaminyl-glukosid (14) (Figur 3) [137].

4. Hudblekende midler

Hudblekende midler er kommersielt tilgjengelige for kosmetiske og kliniske formål, for å oppnå lysere hudfarge og behandle hyperpigmentære lidelser [138]. Ujevn pigmentering av huden kan føre til flekker, flekker av brun til grå misfarging eller fregning som kan kreve kosmetiske inngrep [13]. Hvitemidler virker på ulike nivåer av melaninproduksjon i huden, enten ved å hemme aktiviteten til tyrosinase, nøkkelenzymet i melanogenese hos planter og dyr, eller ved å hemme transporten av melanosomer fra melanocytter til omkringliggende keratinocytter [139–141].

4.1. Pyroner

Kojic acid (15) er en billig vannløselig sekundær soppmetabolitt (figur 4). Den har to OH-grupper, den primære ved C-7 og den sekundære ved C-5, som er essensiell for radikalfjerning og tyrosinaseinterferensaktivitet (IC50: 14 µM) [142,143]. Den huddepigmenterende aktiviteten til kojinsyre er et resultat av hemming av krøll- og katekolaseaktivitetene til tyrosinase. Det forhindrer omdannelsen av O-kinonet til DL-DOPA og dopamin til dets tilsvarende melanin. Redusert melanininnhold er påvist i melanocytter etter deres behandling med kojinsyre [143]. Denne forbindelsen har blitt mye brukt til huddepigmentering (og følgelig som et kosmetisk middel) med en utmerket blekende effekt, på grunn av dens evne til å hemme tyrosinaseaktivitet.

Hovedsakelig produsert av Penicillium sp. og Acetobacter sp., har kojinsyre også blitt isolert fra andre terrestriske mikroorganismer, som Aspergillus flavus, en endofytisk sopp av Vigna unguiculata [81]. For å produsere denne forbindelsen, er fermentering av Aspergillus sp., mye brukt. Andre stammer er også ofte brukt, slik som A. oryzae (0,26 g kojinsyre/g glukose), A. parasiticus (0.089 g/g glukose), og A. candidus (0,3 g/g sukrose). Et høyt utbytte på 0,453 g/g glukose ble oppnådd med kulturen av A. flavus [82,83,144] (tabell 1).

4.2. Fenoliske laktoner

Ellaginsyre (16) er en antioksidant polyfenol som har skapt kommersiell interesse på grunn av anbefalinger for lokal bruk som hudblekende middel (Figur 4). Denne forbindelsen hemmer melanogenese via kjemisk reduksjon av O-kinoner (O-dopakinon) og semikinoner [145].

Ellaginsyre kan produseres fra plantetanniner via fermentering ved bruk av forskjellige A. niger-stammer[146,147]. Et utbytte på 6,3 og 4,6 mg ellaginsyre/g tørket granatepleskall ble oppnådd ved å konvertere granatepleellagitanniner til ellaginsyre i en faststoffgjæring[85](tabell 1).

4.3. Karboksylsyrer

Azelainsyre (17) er en mettet dikarboksylsyre som produseres av Malassezia furfur (også kjent som Pityrosporum ovale), en gjær som lever på normal hud [91] (Figur 4) (tabell 1). Det er effektivt i behandling av flere hudsykdommer, som akne, betennelse og hyperpigmentering. Som en konkurrerende hemmer av tyrosinase in vitro, har den blitt brukt til å behandle melasma, Lentigo maligna og postinflammatorisk hyperpigmentering. Minimumskonsentrasjonen der azelainsyre viser sin anti-enzymatiske aktivitet er 10−3 mol/L og den er omtrent lik 20 prosent innhold av azelainsyre i en krem ​​som påføres lokalt [148,149]. Videre er effekten av en 20 prosent azelainsyrekrem overlegen en 2 prosent hydrokinon (HQ) krem ​​mens alvorlige bivirkninger ikke ble rapportert [90 150]. Kliniske studier viste at denne kremen også var effektiv mot melasma når den ble brukt parallelt med en bredspektret solkrem. Azelainsyres evne til å redusere mengden melanin i et spesifikt område av hudvevet, samt mangelen på bivirkninger, gjør det derfor mye brukt i kosmetiske formuleringer.

Melkesyre brukes også som hudblekemiddel (tabell 1). Ved en dose på 500 µg/mL, hemmer det melanindannelse på en doseavhengig måte uten å påvirke celleveksten [151]. Nyere studier har vist at arter av Rhizopus kan tilby en verdifull alternativ kilde for melkesyreproduksjon [152]. Trådsoppen R. oryzae omdanner både glukose og xylose under aerobe forhold til l( pluss )-melkesyre med avlinger som varierer mellom 0,55 og 0,8 g/g [87].

Poly-glutaminsyre (-PGA) er en naturlig polymer produsert av forskjellige arter av Bacillus (utbytte varierer fra 10 til 50 g/L avhengig av arten) [88] (tabell 1). Studier relatert til den hemmende effekten mot sopptyrosinase og tyrosinase i B16 melanomceller rapporterte en doseavhengig aktivitet. -PGAer, og spesielt polymerene med lav molekylvekt, har tiltrukket seg mye oppmerksomhet på grunn av deres store potensial i kosmetikk som hudblekende midler [153].

4.4. Enzymer og avledede produkter

Muligheten for å bruke melanocytiske enzymer i hudlys ble undersøkt ved å screene den potensielle melanocytiske aktiviteten til ville soppisolater. Blant dem var Sporotrichum pruinose den mest lovende blant det svært begrensede antallet sopp som avfarger syntetisk melanin [154]. Som beskrevet i US 20030077236 patentet, var sammensetninger inneholdende melanin-nedbrytende enzymer avledet fra Aspergillus fumigatus eller S. cerevisiae dobbelt så effektive som kojinsyre til å produsere en blekende effekt på huden.

Et stort utvalg av forbindelser med potensielle hudbeskyttende anvendelser kan oppnås gjennom bioteknologiske prosesser ved å bruke enzymer isolert fra terrestriske mikroorganismer. Dette er tilfellet med retinol, den mest aktive formen av vitamin A, et hudblekende middel som har blitt syntetisert ved forestring av palmitinsyre ved bruk av en modifisert lipase B fra Candida antarctica (CALB) og en modifisert lipase fra Pseudomonas fluorescerende, til maksimerer løseligheten i vann og minimerer hudirritasjon. Andre vitamin A-modifikasjoner inkluderer forestring med oljesyre, melkesyre, ravsyre eller metylravsyre, katalysert av CALB eller av Rhizomucor miehei lipase [155].

Bedre dermal absorpsjon og en 10 prosent høyere hudblekende aktivitet, sammenlignet med den velkjente tyrosinasehemmeren arbutin, ble demonstrert av dens derivat arbutin undecylenic acid ester som har blitt enzymatisk syntetisert ved bruk av en alkalisk protease fra Bacillus subtilis [94,155]. I tillegg ble -arbutinglykosider syntetisert ved transglykosyleringsreaksjonen av cyklomaltodekstringlukanotransferase fra Bacillus macarons. Syntetiserte glukosider viste høyere hemming på human tyrosinase enn -arbutin [156].

For mer informasjon: david.deng@wecistanche.com WhatApp:86 13632399501