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japonaisComment obtenir l’astaxanthine synthétique?
l’astaxanthine (C40H52O4) is A aketo-type caroténoïdeavecLe conseil des ministresProduits chimiquesname 3,3' dihydroxy-4,4' -dione-bêta, bêtA a' -carotène. SA astructure chimique est illustrée à lA aFigure 1: quatre unités d’isoprène sont reliées par De/endoubles liaisons conjuguées, avec deux unités d’isoprène à chaque extrémité pour former un anneau à six membrures.
AstaxanthdanshEn tant quethree optical isomers. Le conseil des ministresdifference between Le conseil des ministresthree optical isomers is that among Le conseil des ministresAll-trans astaxanthine stereoisomers, Le conseil des ministresantioxidant Activité:De laLe conseil des ministresracemic l’astaxanthineis the lowest, the dextrorotatorY YyastaxanthdanshEn tant quethe strongest ability À propos descavenge free radicals, Et en plusthe levorotatory astaxanthdanshEn tant quea stronger inhibitory effect Sur lelipid peroxidatiSur leEt en plusimmune activity [1-2]. Astaxanthdanshas a variety De laeffects dansadditISur leionÀ propos deits antioxidant activity, including anticancer, anti-inflammatory, Et en plusanti-diabetic effects [3]. In addition, l’astaxanthineis the only caroténoïdethat cunpenetrate the blood-bradansEt en plusblood-retina barriers Et en plushas a positive effect Sur lethe central nervous system Et en plusbradansfunction. Therefore, l’astaxanthineis widely used dansfood, healthcare, cosmetics, Et en plusfeed additives [4].
Astaxanthine naturelle is mainly found dansthe marineenvironment dansthe form De lafree Et en plusesterified astaxanthin. Free l’astaxanthineis unstable Et en pluseasily oxidized. Due À propos dethe presence De lahydroxyl groups dansthe terminal cyclic structure, l’astaxanthineis easily combined with grasacidesÀ propos deform l’astaxanthineLes estersEt en plusexist stably. About 95% De lathe l’astaxanthinemolecules dansHaematococcus pluvialis are esterified with grasacids Et en plusstored in cytoplasmic lipid bodies rich in triacylglycerols [5].
L’astaxanthine estérifiée est divisée en monoesters d’astaxanthine Et etdiesters d’astaxanthine selon les acides gras auxquels ils sont liés. H. :: pluvialis peut accumuler jusqu’à 4% d’astaxanthine (poids sec), Et etHOLTIN Et etAl., Et etal.[6] ont constaté que 95% De/enl’astaxanthine accumulée sous un fort stress léger était estérifiée avec des acides gras. Bien que le mécanisme De/enl’interaction entre l’astaxanthine Et etles acides gras dans les organismes ne soit pas encore clair, la stœchiométrie de l’astaxanthine Et etla biosynthèse des acides gras a été observée chez H. pluvialis. Chen Et etAl., Et etal.[7] ont analysé le mécanisme de coordination entre les deux voies de biosynthèse de l’astaxanthine Et etdes acides gras chez H. pluvialis. Le mécanisme de coordination entre les deux voies de biosynthèse de l’astaxanthine Et etdes acides gras, eta révélé que cette interaction se produit au niveau des métabolites plutôt qu’au niveau transcriptionnel. Des expériences In En directEt etIn vitro ont montré que l’estérification de l’astaxanthine favorise sa formation Et etson accumulation.
Actuellement, les méthodes de préparation de l’astaxanthine au pays et à l’étranger peuvent être divisées en deux catégories principales: la synthèse chimique et la biosynthèse. L’astaxanthine synthétisée chimiquement est un mélange de trois structures [5,8] (l-: racémique: d-1:2:1), et est principalement utilisé comme colorant industriel. Cependant, il n’est pas autorisé à être utilisé dans les domaines alimentaire et pharmaceutique. L’astaxanthine biosynthétisée peut être utilisée dans les domaines alimentaire et pharmaceutique. Certaines microalgues, champignons, bactéries et espèces végétales spécifiques ont la capacité de synthétiser l’astaxanthine dans la nature.
H. Pluvialis est considéré comme l’un des plus prometteursProducteurs d’astaxanthine in nature. In recent years, it has been found that many strains De lathe genus Thraustochytrium also have the ability to synthesize l’astaxanthine[9], Et en plusthe synthetic levo-astaxanthin accounts pourmore thun90% De lathe total astaxanthin. Previous researchers have reviewed the Produits chimiquessynthèsemethods Et en plusLes voies d’accèsDe laastaxanthin [10] Et en plusoutlined the current La productionlevels De lanatural astaxanthin producers [11]. This review will focus on astaxanthin biosynthèseEt en plusthe anabolic pathways De laastaxanthin in different organisms, based on a review De lachemical synthèseroutes, with a focus on chemical synthesis Et en plusbiosynthesis. This article aims to provide readers with a macro-level overview De laastaxanthin biosynthèseEt en plushelp them quickly understEt en plusthe research Progrès réalisésin Synthèse d’astaxanthinemethods.
1 synthèse chimique de l’astaxanthine
La synthèse chimique de l’astaxanthine peut être divisée en synthèse totale et semi-synthèse. La synthèse totale de l’astaxanthine utilise des matières premières chimiques comme matière première pour obtenir l’astaxanthine par des réactions de synthèse chimique. La semi-synthèse utilise des caroténoïdes tels que la canthaxanthine, la lutéine et la zéaxanthine comme matière première pour préparer l’astaxanthine.
1.1 synthèse chimique totale de l’astaxanthine
Tant au pays qu’à l’étranger, une série d’études ont été effectuées sur le total chimiqueVoie de synthèse de l’astaxanthine....... Les deux principales entreprises de synthèse chimique de l’astaxanthine sont Hoffmann-La Roche et BASF. Les deux sociétés utilisent des voies synthétiques similaires pour produire l’astaxanthine par synthèse chimique, en utilisant la voie C9 + C6 → C15, 2C15 + C10 → C40. Hoffmann-La Roche utilise le 6-oxo-isophthalone comme matière première [12]. Tout d’abord, l’acétone et le formaldéhyde sont utilisés pour produire de la butérone insaturée α-β par hydroformylation, condensation et déshydratation dans des conditions alcalines faibles. Ensuite, ajout de 1,2-nucléophile pour former un alcool tertiaire à six carbones, qui est réarrangé sous l’action de l’acide sulfurique. Le groupe hydroxyle du produit est protégé pour réagir avec 6-oxoisophthalone, et enfin une réaction Wittig bilatérale se produit sous l’action d’une base forte pour synthétiser l’astaxanthine.
Dans la voie synthétique du BASF [13-14], le 6-carbone-1-yne-3-ol intermédiaire n’est pas d’abord acidifié et réarrangé, mais le groupe hydroxyle est protégé et subit une série de transformations avec la 6-oxoisophthalone, et le réarrangement se produit pendant la transformation, et le produit cible final astaxanthine est obtenu. La voie synthétique de l’astaxanthine utilisée par le chercheur chinois Pi PiQing, etc. [10] est différente de la voie synthétique étrangère. Il utilise la voie synthétique C13 + C2 → C15, 2C15 + C10 → C40 pour préparer l’astaxanthine. Il utilise l’α-ionone comme matière première, qui est traitée avec l’acide m-chloroperoxybenzoïque, subit une série de transformations intermédiaires, est acidifiée et réagencée sous l’action de l’acide bromhydrique, puis réagit avec la triphénylphosphine pour former un sel de pentadécyl triphénylphosphonium, et finalement subit une réaction Wittig bidirectionnelle pour former l’astaxanthine. La caractéristique unique de la voie synthétique de Pi Qingping et Al., et al.[10] est l’utilisation d’une nouvelle méthode pour synthétiser le composé C15 intermédiaire clé. Le matériau de départ de cette méthode est facile à obtenir, la réaction a une sélectivité élevée et le rendement global est élevé.
La réaction d’esprit est une réaction caractéristique de la voie de synthèse totale de l’astaxanthine. Ce type de voie de synthèse présente les avantages d’une technologie simple et à faible coût. Bien que les processus des deux voies Hoffmann-La Roche et BASF soient très complexes, le processus de La productionest long, le contrôle du processus intermédiaire est difficile et strict, mais le coût de synthèse est faible, le prix est bon marché, et la production industrielle a été réalisée. C’est la principale source industrielle d’approvisionnement en astaxanthine sur le marché (Figure 2).
1.2 semi-synthèse chimique de l’astaxanthine
Semi-synthesis is a method that uses caroténoïdes such as canthaxanthin, lutein and zéaxanthine as raw materials to prepare astaxanthin [15]. Le conseil des ministresclassic method uses lutein as the starting material, and lutein is catalysed Par:an alkali to undergo an isomerisation reaction to Les produitszeaxanthin. Using 1,2-propanediol as a solvent and potassium hydroxide as a catalyst, the reaction was carried out at 110 °C CCpour168 h. Zeaxanthin was directly oxidized to astaxanthin under the action De laiodine and sodium bromate.
Lorsque la canthaxanthine est utilisée comme matière première, l’astaxanthine est synthétisée par quatre processus: l’alkalisation, la silylation, l’époxydation et l’hydrolyse. Il se caractérise par une synthèse rapide et un rendement élevé (rendement d’environ 60%). En raison du coût élevé de la canthaxanthine et de certains dangers dans le processus de production, il est actuellement difficile de réaliser une production industrielle à grande échelle. Par rapport à la méthode de synthèse totale, la méthode de semi-synthèse a une activité biologique élevée, mais un rendement faible, et il est difficile d’obtenir une production à grande échelle (Figure 3).
2 biosynthèse de l’astaxanthine
2.1 voie métabolique de l’astaxanthine
L’astaxanthine est le produit final du métabolisme des caroténoïdes C40. La synthèse des caroténoïdes dans les organismes vivants peut être divisée en trois étapes: la première est le métabolisme central du carbone, la seconde est la synthèse des précurseurs des caroténoïdes diphosphated’isopentenyl(IPP) et dimethylallyl diphosphate (DAMPP), et la troisième est la synthèse des caroténoïdes.
La première étape est le cycle central du métabolisme du carbone. Les organismes utilisent le glucose, le fructose et d’autres Sources d’informationde carbone pour synthétiser des substances telles que le glycérol-3-phosphate (G3P), le pyruvate et l’acétyl-coa par la voie glycolytique. Le glycérol-3-phosphate, le pyruvate et l’acétyl-coa passent à l’étape suivante en tant que précurseurs de la ppi et du DAMPP. 1 et 2.En même temps, une partie de l’acétyl-coa entre dans le cycle de l’acide tricarboxylique (TCA). Le cycle de l’acide tricarboxylique est la voie métabolique finale pour les trois principaux nutriments (les sucres, les lipides et les acides aminés) et est également le centre qui relie le métabolisme des sucres, des lipides et des acides aminés. Le cycle de l’acide tricarboxylique synthétise une variété de métabolites qui circulent dans toutes les directions du métabolisme cellulaire. En même temps, le cycle de l’acide tricarboxylique produit également une grande quantité d’adénosine triphosphate (ATP) et de coenzyme II Iréduite (NADPH), qui fournissent l’énergie et la puissance réductrice pour la transformation des substances dans les deux derniers stades.
The second stage is the synthesis De laIPP and DAMPP,the precursors De lacarotenoids. There are two natural synthetic pathways pourthe synthesis De laIPP and DAMPP: the methyl-D-erythritol-4-phosphate (MEP) parcoursand the mevalonate (MVA) pathway. The MVAApathway is mainly found in eukaryotes and archaea, and is the only pathway for IPP formation in archaea, yeast and some gram-positive bacteria [16]. The Membre du parlement européenpathway is found in plants, algae and most bacteria. These plants and algae can produce IPP through the MVA AApathway in the cytoplasm and the MEP pathway in the plastids [17-18]. Until the end De la20th century, MVA was considered to be the only source De laisopentenyl diphosphate precursors for the synthesis of terpenoids, including carotenoids. In the MVA pathway, acyl-CoA is converted to hydroxymethyl-trimethyl-pentanoyl-coenzyme coenzyme (HMG-CoA). HMG-CoA is converted to methyl-D-malonyl-D-glutaronate Par:HMG-CoA reductase, and methyl-D-malonyl-D-glutaronate is converted to IPP through a series of phosphorylation reactions.
Dans la voie MEP,les molécules de glycérol triphosphate et pyruvate subissent des réactions de condensation et d’isomérisation pour former MEP. Après que MEP est couplé avec le triphosphate de cytidine, une série de réactions de phosphorylation sont effectuées pour former IPP,qui isomérise pour produire l’isomérisation de DAMPP d’isomère pour générer le DAMPP d’isomère. Les premières études ont montré que la voie MVA a été perdue chez de nombreuses algues vertes et rouges, et la voie MEP est la seule voie pour la synthèse de la pip chez Haematococcus pluvialis [19]. À mesure que la recherche continue de s’approfondir, de multiples résultats indiquent que le phénomène selon lequel la voie du peo est la seule voie de synthèse de la pip peut être courant dans les cellules d’algues vertes [20].
Cependant, la plupart des gènes de la voie MEP n’ont pas été trouvés dans les données du transcriptome d’aurantiochytrium Sp.SK4, et la voie du mévalonate (MVA) a été impliquée dans la formation de la pi dans les cellules d’aurantiochytrium Sp.SK4 [21]. De plus, Henry et Al., et al.[22] ont découvert chez les plantes une troisième voie catalysée par l’isopentenyl phosphate kinase cytosolique. Cette voie MVA est la même que l’autre voie MVA trouvée dans certains archaea et le phylum Chlorophyta des bactéries en train de former MVAP. La différence est que le MVAP dans les bactéries est converti par le phosphométhylpenténate décarboxylase (MPD) en isopentenyl phosphate (IP), qui est ensuite phosphorylé en IPP par l’isopentenyl monophosphate kinase (IPK). Bien que les voies MVA et MEP soient présentes dans les plantes, la voie MEP est la principale source de précurseurs caroténoïdes dans les plantes [23].
La troisième étape est la synthèse des substances de type caroténoïde. DAMPP et IPP sont synthétisés dans un rapport de 1:3 par l’action de la pyrophosphate synthase (CrtE) pour former le diphosphate de farnesyl (FPP). La FPP est ensuite convertie par pyrophosphate synthase pour former du géranylgéranyl pyrophosphate (GGPP). Le GGPP est condensé par l’octahydro-lycopène synthase (CrtB) et la phytoène dénaturase (CrtI) pour former du lycopène, qui est synthétisé en β-carotène par le lycopène cyclase (CrtY). La troisième étape, la synthèse de l’astaxanthine, diffère dans la voie de synthèse dans différents organismes, mais est principalement produite par l’hydroxylation et la formation de cétone du β-carotène.
Chez Phaffiarhodozyma, l’astaxanthine est synthétiquée à partir de la zéaxanthine par les enzymes du cytochrome P450 [24]. Dans les bactéries et les algues, il est principalement synthétisé par β-carotène hydroxylase (CrtZ) etβ-carotèneKetolase (CrtL Llou BKT). La xanthophylle de maïs est convertie de la β-cryptoxanthine par l’action de l’enzyme spécifique β-carotène hydroxylase. Les corps kétène et 4-cétone de β-carotène sont convertis en canthaxanthine par β-carotène kéttolase, et canthaxanthine est converti en astaxanthine par la phycoerythrine (astaxanthinamide).
Dans différentes espèces, l’ordre d’action de la β-carotène hydroxylase et de la β-carotène ktolase dans la conversion catalytique du β-carotène en astaxanthine est différent. LIU et Al., et al.[25] ont utilisé la β-carotène ketolase d’haematococcus pluvialis exprimée hétérologue dans les cellules de Synechocystis Sp.PCC 6803), LIU et Al., et al.Ont constaté que l’astaxanthine était d’abord synthétisée dans les cellules de Synechocystis et atteindait une teneur de (4,81 ± 0,06) mg/g de poids cellulaire sec (DCW). Des expériences In vitro [26-27] ont également confirmé que la voie optimale pour la synthèse de l’astaxanthine chez Haematococcus pluvialis est la réaction catalytique de l’enzyme kétolase, suivie de la réaction d’hydroxylation de l’enzyme hydroxylase (Figure 4).
2.2 les bactéries synthétisent l’astaxanthine
L’astaxanthine a été trouvée dans plusieurs types de bactéries, y compris la bactérie à gram-positif Brevundimonas sp. et les bactéries à gram-négatif Sphingomonas sp., Par acoccus haeundaensis), méthylomonassp. et Altererythrobacter ishigakiensis (tableau 1).
La présence de précurseurs de la biosynthèse de l’astaxanthine dans certaines bactéries et l’identification d’un certain nombre de gènes clés dans la voie de biosynthèse de l’astaxanthine ont permis de construire des souches à haut rendement produisant de l’astaxanthine. Il a été constaté qu’en transférant les gènes caroténoïdes crtL, l,crtZ,crtY,crtI, crtB et crtE de la bactérie marinePseudoalteromonas luteoviolacea dans E.coli, une souche d’e. Les colimodifiée qui produit de l’astaxanthine a été construite avec succès, et le rendement a atteint 400 μg/g de DCW [36]. Chez E.coli, la surExpression:des deux principales enzymes limitant le taux, DXP synthase (DXP) et IPP isomérase (IDI), augmente l’offre de IPP et de DMAPP.
En augmentant le flux métabolique des précurseurs de isopentenyl diphosphate, la production de caroténoïdes tels que le lycopène ou le β-carotène peut être considérablement augmentée. Cependant, pour la biosynthèse hétérologue de l’astaxanthine dans E.coli, la conversion du β-carotène en astaxanthine est l’étape la plus critique pour atteindre la biosynthèse efficace de l’astaxanthine. À l’aide de la technologie de recombinaison λ-Red, un E. coli sans plasme a été construit, et les gènes de biosynthèse xanthophylles de Pantoea ananatis et de Phaffiaont été intégrés dans le chromosome d’e. coli BW-CARO Opour obtenir la souche modifiée E. coli BW-ASTA. Cette souche produit 1,4 mg/g de DCW d’astaxanthine après expression hétérologue. Dans Corynebactérieglutamicum, Corynebactérieglutamicum a réussi à synthétiser l’astaxanthine après avoir exprimé les gènes codants du lycopène cyclase CrtY,de la β-carotène ketolase CrtW et de la β-carotène hydroxylase CrtZ Zde Fulvimarina pelagi, et le rendement pourrait atteindre 0,4 mg/L/h [32].
Bien que le niveau de synthèse de l’astaxanthine par les bactéries elles-mêmes soit très différent de celui des algues, la synthèse de l’astaxanthine dans les bactéries est d’une grande importance et fournit les séquences de gènes correspondantes pour la construction de souches modifiées ultérieures.
2.3 synthèse de l’astaxanthine par la levure
Actuellement, Rhodotorula glutinis est la principale source de levure d’astaxanthine naturelle et a été appliquée dans l’industrie aquacole. La recherche sur la synthèse de l’astaxanthine par Rhodotorula glutinis s’est concentrée sur l’isolement des souches, la mutagenèse et le génie génétique pour obtenirAstaxanthine à haut rendement-production de souches. La levure rouge est un champignon basidiomycète qui aime facultativement le froid et une levure à basse température.
L’astaxanthine qu’il synthétise a une structure dextrorotatoire et est le caroténoïde principal synthétisé par la levure rouge comme métabolite secondaire. La concentration de synthèse de l’astaxanthine de la levure rouge de type sauvage est d’environ 200-400 μg/g DCL, l,et la mutation de souche peut obtenir des souches mutantes avec une production élevée d’astaxanthine. La souche sauvage de Phaffia rhodozymaa été mutagénée à l’aide de réactifs chimiques tels que l’antimycine, la nitroguanylin (NTG) et la méthylnitro-nitroguanidine, ainsi que de la lumière ultraviolette et de la technologie de faisceau ionique à faible énergie. Une souche d’astaxanthine à haut rendement A été obtenue par dépistage (pour un résumé des souches mutantes, voir le tableau 2). Le rendement de la souche E5042, qui A été induit par l’implantation de faisceaux ioniques à faible énergie dans la souche mutante Phaffia rhodozymaZJB00010, peut atteindre 2512 μg/g [37]. Les avantages de la levure de riz rouge, tels que sa capacité à utiliser une variété de sources de carbone, le cycle de fermentation court, la culture à haute densité dans les fermenteurs, et la vitesse de production rapide, en ont fait une excellente souche pour la production industrielle d’astaxanthine.
En outre, les souches modifiées par levure ont de bonnes perspectives d’applicationdans la production d’astaxanthine (tableau 2). Yarrowia lipolytiquea une production élevée de pi et de DMAPP. Des études ont révélé que le CrtZ est l’enzyme clé qui catalyse la conversion du β-carotène en astaxanthine. Le gène codant la β-carotène hydroxylase CrtZ de Pantoea ananatis et le gène codant la β-carotène kétolase CrtW de Paracoccus sp. N81106 ont été introduits dans le génome de Yarrowia lipolytica. Gène codant CrtZ d’enzyme et gène codant CrtW de la β-carotène kétolase de Paracoccus sp. N81106. La souche modifiée ST7403 a obtenu un rendement élevé d’astaxanthine de 3,5 mg/g de DCW (54,6 mg/L) [40]. L’introduction des gènes crtZ et BKT d’haematococcus pluvialis dans SaccharomycesLes cerevisiaepar génie génétique peut augmenter l’efficacité de conversion du β-carotène en astaxanthine et réaliser l’accumulation d’astaxanthine dans les cellules. Chez un mutant positif de GGPP synthase, tHMG1 a été surexprimé, et les gènes codants des trois enzymes limitant la vitesse CrtI CrtY et CrtB ont été surexprimés. Chez une souche diploïde optimisée, les gènes codants du CrtZ et du BKT ont été surexprimés, et l’accumulation d’astaxanthine a atteint 8,10 mg/g de DCW [42]. Il est à noter que l’astaxanthine synthétisée est de la structure lévorotative.
2.4 synthèse de l’astaxanthine par microalgues
Microalgae generally refers to the collective term for microorganisms that containchlorophylle a and can photosynthesize. Most microalguescan not only synthesize various bioactifingredients such as polyunsaturated grasacids and microalguespolysaccharides, but can also accumulate a large amount of carotenoids. Some microalgae have their own complete astaxanthin synthesis pathway. Among them, freshwater unicellular microalgae such as Haematococcus pluvialis and Chlorella vulgaris are the main sources of astaxanthin biosynthesis. In addition, euglena (Halamidomonas), euglena (Euglena), and Aceta- bularin also contain astaxanthin.
Lorsqu’elles sont exposées au stress environnemental, les cellules de microalgues peuvent passer de la forme verte photosynthétique à la forme rouge kystique. En effet, les cellules de microalgues ont synthétisé de grandes quantités d’astaxanthine pour contrer l’environnement défavorable à leur croissance. La biosynthèse de l’astaxanthine dans les microalgues Chlorella pyrenoidosa commence tôt dans la phase de croissance exponentielle. Les cellules poussent généralement dans des conditions optimales sous la forme verte et photosynthétique. Les conditions stressantes induisent l’accumulation d’astaxanthine et les cellules prennent une forme rouge et kystique. Contrairement aux caroténoïdes primaires, qui constituent les composants structurels et fonctionnels de la photosynthèse (par exemple, le β-carotène, la zéaxanthine et la lutéine), l’astaxanthine peut s’accumuler en grandes quantités dans des conditions de stress telles qu’une lumière élevée, une salinité élevée et une carence en nutriments. Dans des conditions de stress environnemental telles qu’une faible nutrition et une lumière élevée, la formation de capsules commence et une grande quantité d’astaxanthine est accumulée. La lumière, la température, la salinité et les réactifs chimiques affectent tous la synthèse de l’astaxanthine au niveau moléculaire.
L’oxygène de faible activité excessif produit dans les cellules dans des conditions à haute température affaiblit le métabolisme des caroténoïdes. La lumière élevée [44] et l’acétate [45], le jasmonate de méthyle [46] et la gibberelline [46] ont tous pour fonction de favoriser l’expression de gènes clés liés à la voie de biosynthèse des caroténoïdes. L’acétate, le jasmonate de méthyle et l’acide gibbérellique favorisent la biosynthèse de l’astaxanthine en améliorant l’expression du gène crtZ et en inhibant l’expression du gène lcyE. Par rapport aux conditions d’induction telles que l’acétate, l’intensité lumineuse élevée affecte l’expression des gènes PDS,crtISO, lcyB,lut1, lut5 et zep, ce qui favorise la biosynthèse des caroténoïdes dans une plus grande mesure et est le principal moteur derrière les changements dans l’expression des gènes liés à la synthèse des caroténoïdes. Des études ont montré que dans des conditions de lumière élevée, le cycle de Calvin et le cycle de l’acide tricarboxylique fournissent plus de précurseurs pour d’autres métabolismes. La β-carotène hydroxylase, l’hexahydro-lycopène synthase et l’octahydro-lycopène dénaturase sont toutes surrégulées, ce qui augmente l’accumulation d’astaxanthine intracellulaire.
La production industrielle d’astaxanthine extraite d’haematococcus pluvialis a commencé à grande échelle à la fin des années 1990. En tant que type d’organisme photosynthétique unicellulaire, la cellule d’haematococcus pluvialis de type sauvage peut contenir jusqu’à 4% d’astaxanthine en poids sec. Il a également les caractéristiques de l’utilisation élevée de l’énergie légère et de la croissance rapide, et a été reconnu comme une souche sûre de production en Chine.
Cependant, l’industrialisation d’haematococcus pluvialis nécessite l’utilisation d’un photoréacteur pour assurer la photosynthèse, ce qui augmente considérablement les coûts de production. Par conséquent, le développement de nouvelles ressources et technologies pour réduire les coûts de production est devenu le centre de la recherche actuelle.
2.5 des microorganismes eucaryotes marins synthétisent l’astaxanthine
Thraustochytrium est un type de micro-organisme eucaryote semblable à une microalgue mais manquant de chloroplastes et donc pas photosynthétisant. Les cellules peuvent accumuler une grande quantité de substances actives bénéfiques pour le corps humain, telles que les lipides, les pigments et le squalène. En outre, Thraustochytrium, Schizochytrium, et Aurantiochytriumpeuvent également accumuler des caroténoïdes tels que le β-carotène et l’astaxanthine. Des études ont révélé que les métabolites du Thraustochytrium, du Schizochytriumet de l’aurantiochytrium diffèrent selon les conditions de la source de carbone. Des études métaboliques connexes sont actuellement en cours (tableau 3). Pendant la fermentation du glycérol comme source de carbone par le Schizochytrium, le glycérol favorise principalement la biosynthèse des métabolites secondaires du Schizochytriumen améliorant l’activité glycolytique et en produisant du NADPH. En utilisant des sous-produits de brassage et des déchets de mélasse comme source de carbone pour Thraustochy- triidae sp. et Aurantiochytrium sp., la production d’astaxanthine a été augmentée avec succès tout en réduisant les coûts de production, ce qui a amélioré la possibilité de commercialiser la biosynthèse de l’astaxanthine chez Thraustochy- triidae sp.
En outre, la production d’astaxanthine dans les cellules peut être encore renforcée par le stress environnemental, la mutagénèse, le génie génétique et d’autres moyens. L’astaxanthine a une forte capacité antioxydante. Lorsque les cellules sont sous stress, le métabolisme des caroténoïdes dans les cellules est amélioré, ce qui augmente considérablement la production d’astaxanthine et aide les cellules à résister aux environnements défavorables. Des études ont montré que le butanol et le méthanol à certaines concentrations ont pour effet d’induire la synthèse d’astaxanthine chez Schizochytrium limacinumB4D1. Lorsque 5,6 % de méthanol a été ajouté au milieu de culture, la teneur totale en astaxanthine a augmenté à environ 3300 μg/g, et l’astaxanthine synthétisée était principalement 3S-3'L lstructure [47].
Une fois la voie métabolique clarifiée, des souches d’astaxanthine à haut rendement ont également été obtenues dans l’aurantiochytrium par des techniques de génie génétique. Chez la souche d’aurantiochytrium sp. SK4, le gène codant pour l’hémoglobine de la diatomée Vitreoscillastercoraria (VHB) a été surexprimé, et la production d’astaxanthine a augmenté de 9 fois pour atteindre 131,09 μg/g [21]. En outre, des souches d’astaxanthine à haut rendement peuvent être obtenues par mutagénèse de souches sauvages à l’aide de rayons γ, de produits chimiques NTG et d’autres méthodes. Le rendement en astaxanthine de la souche à haut rendement Schizochytrium SH104 obtenue à l’aide des rayons v était trois fois supérieur à celui de la souche originale, atteignant 3,689 mg/L [51]. Schizochytrium a également la caractéristique de ne pas nécessiter de lumière, en plus d’être une souche sûre pour la production de DHA, A,A,A,A,ce qui en fait une souche potentielle pour la production industrielle d’astaxanthine.
2.6 les plantes synthétisent l’astaxanthine
A few species of marigold are the only terrestrial plants that can produce astaxanthin [56]. The petals of Adonis aestivalis and Adonis annua in the genus Adonis show a bright blood-red color due to the accumulation of astaxanthin. However, due to the small size of the marigold flowers, it is limited in the industrial production of astaxanthin. However, it is a good carrier De l’astaxanthinesynthesis pathway in higher plants and provides a reference for the development of astaxanthin bioreactors. Astaxanthin is the final product of carotenoid metabolism. Although many plants do not have the ability to accumulate astaxanthin, they contain high levels of carotenoids.
Les gènes pertinents dans la voie métabolique du β-carotène à l’astaxanthine sont manquants dans ces cellules végétales, ce qui provoque la dégradation du métabolisme au stade de la synthèse du β-carotène. Les chercheurs ont obtenu des souches de plantes génétiquement modifiées produisant de l’astaxanthine à haut rendement grâce au génie génétique. Chez les tomates, la co-expression de la β-carotène kétolase de Chlamydomonas reinhardtii et de la β-carotène hydroxylase d’haematococcus pluvialis a entraîné la régularisation de la plupart des gènes caroténoïdes originaux dans les tomates, orientant efficacement le flux de carbone vers les caroténoïdes et accumulant de grandes quantités d’astaxanthine libre dans les feuilles. L’expression des gènes de Brevundimonas sp. SD212 codant pour le crtW et le crtZ dans le tabac a produit de l’astaxanthine dans les feuilles de tabac à 0,5% de DCW (plus de 70% du total des caroténoïdes) [57].
3 Conclusion et perspectives
L’astaxanthine a de fortes propriétés antioxydantes. Comme l’intérêt du marché pour l’astaxanthine augmente et la demande augmente, l’astaxanthine a une grande valeur d’application et le potentiel de développement dans les exhausteurs de nutrition alimentaire, la santé, l’alimentation animale et d’autres domaines. L’astaxanthine synthétisée chimiquement et biologiquement a différents espaces d’application dans différents domaines. L’astaxanthine synthétisée chimiquement est peu coûteuse et peu coûteuse, a été industrialisée et est la principale source industrielle d’approvisionnement en astaxanthine sur le marché. Avec la montée de l’astaxanthine biosynthétique, les pays sont devenus de plus en plus stricts dans leur gestion de l’astaxanthine synthétisée chimiquement. La La nourritureand Drug Administration (FDA) des États-Unis a interdit l’astaxanthine synthétisée chimiquement d’entrer sur les marchés des aliments, des produits de santé et d’autres.
L’astaxanthine naturelle biosynthétique a une activité biologique plus élevée et une source plus sûre, répondant aux besoins du marché, en particulier pour les pigments naturels destinés à la consommation humaine, qui est devenu un point critique de la recherche. Cette demande du marché a également suscité une attention accrue sur l’astaxanthine biosynthétique. Cependant, la faible production actuelle d’astaxanthine naturelle entraîne des prix élevés et ne peut pas répondre à la demande générale du marché. En réponse au marché&#La demande croissante d’astaxanthine, la régulation précise de la biosynthèse de l’astaxanthine dans les plantes ou les micro-organismes par la biologie synthétique, l’ingénierie métabolique, l’ingénierie de fermentation, et d’autres moyens est un moyen efficace de réaliser la production industrielle à grande échelle d’astaxanthine naturelle. Les organismes connus qui ont la capacité de synthétiser l’astaxanthine à partir de zéro sont limités à plusieurs types de bactéries, de levures, de microalgues et de plantes [19], de sorte que l’obtention de souches microbiennes produisant l’astaxanthine avec des rendements élevés est une orientation de recherche importante pour la production à grande échelle d’astaxanthine.
En outre, il existe également des défis importants dans le traitement en aval de la biosynthèse, en particulier dans l’extraction et la purification efficaces de l’astaxanthine. Le potentiel de production de l’astaxanthine biosynthétisée est énorme, et les principaux défis qui restent à surmonter nécessitent encore une meilleure ingénierie et innovation pour rendre le procédé plus compétitif en termes de coûts. En bref, la biosynthèse de l’astaxanthine est un domaine attrayant et peut se développer rapidement. On s’attend à ce que la biotechnologie ouvre de nouvelles possibilités pour la production industrielle d’astaxanthine bio-dérivée.
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