Etude de la méthode de synthèse du ginsénoside

Ginsenosides are Le conseil des ministresmadansactive ingredients De laprecious médicinalherbs such as Le ginsengEt en plusaméricainginseng. Modern pharmacological Études de cashave shown that ginsénosideshave good pharmacological activities such as anti-tumor,,,,,anti-inflammatory, anti-oxidatiSur leEt en plusinhibition De laapoptosis [1]. Ginsenosides belong À propos deLe conseil des ministrestriterpenoid class Et en plusare glycoside compounds formed Par:Le conseil des ministresconnection De laa glycoside precursor Et en plusa sugar. According to Le conseil des ministresaglycone, ginsénosidescan be divided into three types: one is Le conseil des ministresoleanane-type pentacyclic triterpènesapondansRo, whose aglycone is oleanolic acid; the other two are ginsénosidesDe laginsenol type (such as Rb1, Rb2, Rc, Rd, F2, Rg3, Rh2, etc.) Et en plusginsénosidesDe lathe triterpene type (e.g. Re, Rg1, Rg2, Rf, Rh1, etc.). Both types belong to the dammarane-type tetracyclicSaponines triterpéniquesEt en plusaccount pourthe majority De laginsenosides, making them the madansactive ingredients. So far, more than 60 ginsénosideshave been isolated Et en plustheir structures determined. Most De lathe ginsénosidemonomers have significant pharmacological Les effetsEt en plusshow good Les perspectivesfor new drug development. For example, 1, rue de la loiEt en plusRb1 have anti-aging activity, Et en plusRg3 - lesEt en plusRh2 have anti-tumor activity [2].

Le contenu de ginsénosidesdansLe ginsengEt en plusAmerican ginsengEst relativement faible. Les ressources naturelles limitées ne peuvent guère répondre à la demande sans cesse croissante de médicaments Et etde recherche Et etdéveloppement. En outre, la dépendance à long terme des ressources sauvages en tant que source de médicaments entraînera inévitablement l’épuisement des ressources naturelles Et etnuira gravement à l’équilibre écologique. La Culture Et etcultureartificielle du Le ginsengEt etdu Le ginsengaméricadansnécessite un cycle de croissance Et etde culture de 4 à 15 ans Et etfait face à des problèmes tels que les résidus de pesticides, la pollution par les métaux lourds Et etla dégradation des espèces. Toutes ces contraintes pèsent sur les cultures à grande échelle. Afdansde se débarrasser du dilemme des ressources médicinales rares Et eten même temps de protéger les précieuses ressources naturelles, ces dernières années, des chercheurs nationaux Et etétrangers ont exploré la biosynthèse des ginsénosides par la culture tissulaire, la bioLa transformationEt etla biologie synthétique, Et etont obtenu certains résultats. CEt etarticle passe en revue ces développements Et etenvisage les perspectives de biosynthèse des ginsénosides.

1 recherche utilisant la culture tissulaire pour résoudre la pénurie de ressources en ginseng

Since the mid-20th century, many researchers have been devoted to the étudeDe latissue culture De laginseng Et en plusAmerican ginseng, attempting to solve the problem De laresource supply of these precious medicinal materials through tissue Et en pluscelluleculture, or to make rapid propagation possible through the obtainment of test tube seedlings. Regarding the étudeof tissue culture of ginseng and American ginseng, there have been many review articles dansrecent years [3, 4]. plantetissue and celluleculture must ultimately establish large-scale culture methods – reactor culture – dansorder to achieve industrial production. Japan has successfully carried out ginseng cell culture on a 20 000 L bioreactor at a rate of 100 kg per month for the La productionof food additives, and the composition of the ginsenosides Dans leculture is almost exactly the same as that of cultivated ginseng roots [5]. South Korea has also made great Progrès réalisésdansthe fermentation culture of ginseng adventitious roots and fibrous roots, and the scale of the reactor has reached 10,000 L [6]. La Chinehas developed the Ding Jiayi series of cosmetics through ginseng callus culture [7].

Bien que la recherche sur la culture des tissus Et etdes cellules du ginseng Et etdu ginseng américadansait été relativement approfondie Et etque des progrès aient été réalisés dans la culture cellulaire, la culture des tumeurs de la racine fibreuse Et etde la couronne biliaire Et etla culture des réacteurs, Cependant, certains problèmes subsistent, tels que les lignées cellulaires instables, les difficultés de culture à grande échelle, la faible teneur du produit cible Et etles coûts élevés dus aux conditions de culture complexes. Par conséquent, il est nécessaire de trouver des conditions de culture plus appropriées Et etdes méthodes techniques qui sont faciles à industrialiser afdansde rencontrer les gens et#39; S besoins pharmaceutiques Et etde recherche Et etdéveloppement pour le ginseng, le ginseng américadansEt etles ginsénosides.

2 recherche sur l’obtention de ginsénosides Et etaglycones rares par biotransformation

Divers ginsénosides sont présents en différentes quantités dans les plantes Panax Et etont des fonctions pharmacologiques différentes. Certains ginsénosides, tels que Rb1 et Rg1, sont très abondants, tandis que d’autres, tels que Rh1, Rh2, Rh3 et Rg3, sont des ginsénosides rares qui sont présents en très petites quantités [2]. De nombreuses études pharmacologiques ont montré que les ginsénosides rares ont généralement une meilleure activité pharmacologique. Le ginsénoside protopanaxadiol a l’activité anti-tumorale la plus forte, et que le nombre de bases de sucre augmente, l’activité anti-tumorale des ginsénosides diminue à son tour, c’est-à-dire, protopanaxadiol > Glycosides monosaccharidiques > Glycosides disaccharidiques > Trisaccharide glycosides > Les glycosides tétrasaccharidiques [8]. En étudiant les profils métaboliques des ginsénosides dans le corps, on a également constaté que la plupart des ginsénosides sont mal absorbés dans le tractus gastro-intestinal, et que les ginsénosides secondaires et les ginsénosides déglycosylés ont une activité pharmacologique plus forte et une biodisponibilité plus élevée que les ginsénosides [9-11].

Rare ginsenosides and aglycones are present in very small amounts in the raw ginseng plant, cell cultures, adventitious roots and fibrous roots. dansthe past, they were mainly obtained Par:physically and chemically hydrolyzing the glycosidic bonds of ginsenosides, but the hydrolysis conditions were harsh, not easy to control, and produced many reaction by-products. In addition, a large amount of pollutants such as organic solvents, acids and alkalis were emitted, causing great harm to the environment. In order to avoid damaging the ecological environment and to obtain resources for sustainable use, many researchers have used bioLa transformationpathways to modify the sugar chain structure of ginsenosides in order to obtain rare ginsenosides and aglycones [12].

La Bioconversion est un processus qui utilise un organisme (cellules, organites) ou une enzyme comme catalyseur pour réaliser la conversion chimique. C’est une réaction chimique dans laquelle un système biologique (y compris des bactéries, des champignons, des tissus végétaux, etc.) modifie la structure d’un substrat exogène. Fils filsessence est la réaction catalytique d’un substrat exogène utilisant une enzyme produite par l’organisme lui-même. La transFormation des formateursbiologique présente les avantages d’être très sélective, d’utiliser des conditions de réaction légères, de produire peu de sous-produits, d’être facile à traiter et de respecter l’environnement. Ces dernières années, il y a eu une quantité croissante de recherche sur la biotransformation des ginsénosides, avec de nombreux résultats significatifs. La biotransformation des ginsénosides implique principalement l’utilisation de microorganismes ou d’Les enzymespour modifier les structures glycoliques aux positions C3 et C20 des ginsénosides de type ginsénosides et aux positions C6 et C20 des ginsénosides de type triol, de sorte que la teneur plus élevée en ginsénosides puisse être hydrolysée et orientée convertie en ginsénosides et aglycones rares [13]. Les principales méthodes de biotransformation sont la transformation microbienne et la transformation enzymatique.

2.1 transformation microbienne

La méthode de transformation microbienne est peu coûteuse, comporte peu de sous-produsonet est largement utilisée. De nombreux chercheurs ont simulé le métabolisme in vivo des ginsénosides et ont constaté que le véritable ingrédient actif qui exerce l’effet des ginsénosides est aglycone en convertissant les ginsénosides dans une certaine flore intestinale, ce qui jette les bases du développement de nouveaux médicaments [14]. Bae et Al., et Al., et al.[15] [traduction]ont isolé des bactéries lactiques de la flore intestinale qui peuvent convertir les ginsénosides en composé K, Et la conversion de Rg3 en Rh2 et PPD par les bactéries intestinales Bacteroides sp., Eubacterium sp. et Bifidobacterium sp. [16]. En plus des bactéries intestinales, les microorganismes qui biotransforment les ginsénosides comprennent également des champignons tels que Aspergillus, Penicillium, Rhizopus et des espèces Mucor. Dong Donget Al., et al.[18] [traduction]ont constaté que les petsonchampignons filamenteux Aspergillus Niger (3,1858) et Absidia coerulea (3,3538) avaient la capacité de convertir 1, rue de la loien Rh1, avec un taux de conversion de 80,9%.

Mon -Jianguo [19] [traduction]used a large medicinal-food dual-purpose fungus to co-culture with American ginseng and sonroot extract, and biotransformed ginsenosides using solid-state fermentation. Le conseil des ministresresults showed that the enzyme system secreted Par:the mycelium has the function of decomposing diol-type saponins,  Et a une fonction de décomposition très faible pour les saponines triterpènes, qui peuvent produire le composé K. Cheng et Al., et al.[20] [en]ont utilisé Caulobacter leidyia, qui produit la β-glucosidase, pour convertir le ginsénoside Rb1 en F2. Bao Haiying et Al., et al.[21] [en]ont utilisé Rhizopus sp. pour convertir ginsénosideRe en Rg1, Rg5 et Rk1, avec un taux de conversion allant jusqu’à 92,16%. Le CuiYu YuYuet Al., et al.[22] [en]ont isolé quatre souches du sol où le ginseng a été cultivé. En convertissant la saponine totale des fruits de ginseng (SFPG), une souche de Fusarium spp. qui peut convertir le composé K Ka été éliminée.  Cette souche a une grande spécificité et une efficacité de conversion élevée, fournissant un nouveau moyen pour la La productionindustrielle du composé K.

Dai DaiJun-gui et Al., et al.[23, 24] have also done a lot of work on the biotransformation of ginsenosides. Rg1 and Rb1 were converted Par:Fusarium oxysporum Z-001, and a Total totalof 9 Les métaboliteswere obtained, of which 6α,   12β-dihydroxydammar-3-one-20(S)-O-β-D-glucopyranoside et 3a-oxa-3a-homo-6α, 12β-dihydroxydammar-3-one-20(S)-O-β-D-glucopyranoside sont de nouveaux composés; Le Rg1 a été converti en cinq métabolites par Aspergillus sp. AS3.2462 de couleur bleue, dont le 3-oxo-7β-hydroxy-20(S)-protopanaxatriol et le 3-oxo-7β, 15α-dihydroxy-20(S)-protopanaxatriol sont de nouveaux composés.

2.2 conversion enzymatique

Par rapport à la transformation microbienne, la méthode de transformation enzymatique a un cycle de réaction court, moins de pollution, une grande pureté du produit obtenu, une forte contrôlabilité et un certain degré de spécificité. Des Enzymes de propriétés différentes agissent sur des liaisons glycosidiques de différentes conformations et compositions, permettant ainsi la formation ciblée du produit souhaité. Ko KoKoet Al., et al.[25] [traduction]ont étudié l’hydrolyse d’un mélange de glycosides triterpéniques par diverses hydrolases de glycoside. Le mélange de triterpene Les saponinesA été hydrolysée à l’aide de solutions enzymatiques brutes de galactosidase d’aspergillus oryzae et de lactase de Penicillium sp. Respectivement, a produit une grande quantité de Rg2 et de Rh1; L’hydrolyse du mélange de saponine de type triol à l’aide d’un extrait enzymatique brut de naringinase dérivant de Penicillium decumbens a produit le mmetabolite intestinaleF1 et une petite quantité de 20(S)-PPT. Il s’agit du premier rapport sur la préparation efficace de Rg2, Rh1:et F1 par hydrolyse enzymatique du mélange de saponine de type triol. Des études subséquentes sur la conversion du mélange diol glycoside par diverses enzymes glycosidases ont montré que des solutions enzymatiques brutes de lactase d’aspergillus oryzae, de β-galactosidase et de cellulase de Trichoderma viride pouvaient convertir F2, le composé K et Rd, respectivement; Une solution enzymatique brute de lactase du pénicillium peut convertir Rd, Rg3 et le composé K. ceci est le premier rapport de la préparation enzymatique de F2 et Rg3 en grandes quantités utilisant un mélange de saponines de type diol [26].

Liu LiuLiuLiuLiuLiuet Al., et al.[27] [traduction]ont utilisé la glycosidase brute d’aspergillus Niger pour convertir Rg3 (R) en PPD (S, R), avec un taux de conversion pouvant atteindre 100%; Et converti Rf en 20(S)-PPT avec un taux de conversion de 90,4% [28]. Le groupe de recherche de J J JJ JJ JjFengxie [29] [en]a beaucoup travaillé sur la production de la rare saponine Rh2 par conversion enzymatique. En utilisant la β-glucosidase de ginsénosidenouvellement découverte, le groupe glycosyl de type ginsénosidediol a été partiellement hydrolysé pour produire Rh2 et d’autres saponines. Ils ont examiné et développé des bactéries génétiquement modifiées produisant des enzymes, mis au point une technologie de séparation et de purification des saponines secondaires des produits de conversion enzymatique, Le Rh2 peut être produit industriellement par conversion enzymatique. Il a été démontré dans la pratique de production que cette méthode a un taux de conversion de plus de 60% pour la production de Rh2 à partir de ginsénoside diol, une pureté de Rh2 de 90%, et un rendement de Rh2 de plus de 0,5% de la matière première de ginseng, ce qui est 500 fois plus élevé que le rendement du ginseng rouge. Le taux de récupération de l’enzyme après la réaction est de 60%.

Avec le développement de la technologie du génie génétique, certains chercheurs ont commencé ces dernières années à tenter de transférer des gènes de la glycosidase à E. coli. Des progrès ont été réalisés dans la biotransformation des ginsénosides par les enzymes recombinantes obtenues par haute expression. N ° de catalogueet Al., et al.[30] [en]ont transféré le gène β-glycosidase cloné à partir de Sulfolobus solfataricus dans E. coli. L’enzyme recombinante obtenue a été capable de convertirExtrait de racine de ginsengDans le composé K, Avec un taux de conversion de 80,5%. À propos de nouset Al., et al.[31] [en]ont transféré le gène β-glycosidase cloné de Pyrococcus furiosus en E. coli, et l’enzyme recombinant qui en a résulté a d’abord converti l’extrait de racine de ginseng en composé K,avec un taux de conversion de 79,5%, puis en aglycone PPD,avec un taux de conversion de 100%, le rendement de ginsénosides peut atteindre 1,8 g·L-1. Les rendements du composé K et des ginsénosides dans cette étude sont les plus élevés rapportés dans la littérature, de sorte qu’il offre de bonnes perspectives d’industrialisation.

Bien que des progrès considérables aient été réalisés dans la biotransformation des ginsénosides, pour parvenir à l’industrialisation, il est nécessaire de rechercher des souches à haut rendement et des enzymes qui peuvent se transformer spécifiquement, ou obtenir des enzymes recombinantes à forte activité de transformation par génie génétique, puis d’établir des conditions de production industrielle appropriées. Ceci est d’une grande importance pour la production à grande échelle de dérivés du ginsénoside et la recherche de médicaments innovants.

3 Exploration de la recherche en biologie synthétique sur les ginsénosides

La biologie synthétique des médecines naturelles est basée sur la recherche génomique, qui consiste à découvrir et caractériser les composants impliqués dans la biosynthèse des médecines naturelles, à les concevoir et à les standardiser selon les principes de l’ingénierie, et à reconstruire les voies de biosynthèse et les réseaux métaboliques en les assemblant et en les intégrant dans des cellules châssis, Afin de réaliser la synthèse hétérologue ciblée et efficace d’ingrédients pharmaceutiques actifs et de résoudre une série de problèmes majeurs dans la recherche, le développement et la fabrication de médicaments naturels [32]. Dans le domaine de la conception et de la synthèse de médicaments naturels, l’application de la biologie synthétique permet un contrôle plus précis des voies métaboliques. La manipulation génétique des voies de biosynthèse de produits naturels peut être utilisée pour produire des molécules médicamenteuses novatrices à base de produits naturels. Des «super-producteurs» synthétiques qui peuvent produire des médicaments naturels importants peuvent également être conçus et construits. Les composés cibles souhaités peuvent être directement obtenus simplement par fermentation des "super-producteurs". Et devrait devenir l’une des technologies vertes les plus prometteuses pour la production de médicaments à l’avenir. Il peut résoudre efficacement les problèmes de ressources qui peuvent être causés par la recherche et le développement de médicaments naturels à partir de plantes. Actuellement, la biologie synthétique a fait de grands progrès dans la fabrication de certains médicaments naturels.

Wang WangWangWangWangWangWangWangWei et Al., et al.[33] [traduction]ont cloné pour la première fois le gène taxane Synthase:de l’if chinois, et ont construit une voie de biosynthèse du taxane en l’introduisant dans Saccharomyces cerevisiae. Les bactéries recombinantes peuvent produire directement le taxane, le précurseur du paclitaxel, jetant les bases de la recherche de biologie synthétique des composés de taxane. Ajikumar et Al., et al.[34] [traduction]ont utilisé Escherichia coli pour réaliser la production de fermentation de paclitax et#39; S précurseur clé, taxol. Le rendement peut atteindre 1 g·L-1 grâce à la culture en lots, ce qui signifie que l’on espère qu’en optimisant davantage d’autres étapes de la biosynthèse du paclitaxel, la préparation à grande échelle du paclitaxel par la biologie synthétique sera finalement réalisée.

Hong KongJianqiang et Al., et al.[35] [traduction]ont obtenu les précurseurs de l’artémisinine zhishuihuai-4,11-diène et l’acide artémisinique en transférant les gènes liés à la biosynthèse de l’artémisinine à Saccharomyces cerevisiae. En outre, la zhishuihuai-4, 11-diene Synthase:a été entièrement génétiquement optimisée, ce qui a considérablement amélioré l’efficacité catalytique de la zhishuihuai-4, 11-diene Synthase:et Ce qui améliore considérablement le rendement d’artémisinine-4,11-diene dans les bactéries modifiées. Westfallet Al., et al.[36] [traduction]ont construit une souche fabriquée par Saccharomyces cerevisiae pour la production d’artémisinine 4,11-diène, qui peut atteindre un rendement de 40 g·L-1 par la culture en lot de lots, et la synthétisent en acide dihydroartémisinique, un précurseur direct de l’artémisinine. Avec un rendement total de 48,4%. Cela permet de préparer les précurseurs de l’artémisinine en grandes quantités grâce à la biologie synthétique, ce qui simplifie la voie de synthèse de l’artémisinine et réduit ainsi considérablement le coût de production de l’artémisinine.

In recent years, research on the biosynthèsepathway of ginsenosides and its reaction mechanism has made some progress, laying the foundation for the production of ginsenosides through synthetic biology technology [37, 38].Le conseil des ministresginsénosidebiosynthèsepathway includes more than 20 consecutive enzymatic reactions (Figure 1). The key enzymes are 3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA reductase (HMGR), farnesyldiophosphate Synthase:(FPS), squalènesynthase (SS), squalene epoxidase (SE), and dammarenediol-II synthase (DDS). FPS), squalene synthase (SS), squalene epoxidase (SE), dammarenediol-II synthase (DS), AS), cytochrome Le P450(CYP450) and glycosyltransferase (GT), etc.

3.1 3-hydroxy-3-méthylglutaryl-coenzyme

 Une réductase (HMGR) HMGR est reconnue comme la première enzyme limitant le taux dans la voie de biosynthèse ginsénoside. C’est l’enzyme clé qui fonctionne d’abord dans le processus de synthèse des terpénoïdes, Influencer la biosynthèse des ginsénosides en influant sur la production de ppi et de DMAPP,les précurseurs des ginsénosides. A propos de nouset Al., et al.[39] [traduction]ont cloné le gène HMGR de racines de ginseng d’amérique de 4 ans. La protéine codée est composée de 589 acides aminés. L’analyse bioinformatique a montré que HMGR contient deux domaines transmembranaires et un domaine catalytique. Ce gène a une homologie élevée avec les gènes HMGR clonés à partir de nombreuses plantes, en particulier avec le gène HMGR de Camellia sinensis, qui a une homologie allant jusqu’à 83,8%. La biosynthèse de la camptothécine, un alcaloïde indole monoterpène chez Camellia sinensis, doit passer par la voie du mévalonate (MVA).  On peut en déduire que le gène HMGR est étroitement lié à la biosynthèse des ginsénosides.

3.2 pyrophosphate synthase de farnesyle (FPS)

Kimet Al., et al.[40] [traduction]ont cloné le gène codant pour les FPS des racines de ginseng, les PgFPS et la séquence d’acides aminés codés était respectivement de 77%, 84%, 87% et 95% homologues aux FPS d’arabidopsis, rubber, Artemisia annua et Centella asiatique. L’analyse Southern blot a montré qu’il y a plus de deux gènes codant FPS dans le ginseng. Il a été confirmé que la protéine recombinante avait l’activité du FPS en exprimant des PgFPS dans Escherichia coli. On a constaté que le traitement des racines poilues de ginseng avec du jasmonatede méthyle augmentait à la fois le taux d’arnm des PGFP et l’activité des FPS. On a déjà signalé que le jasmonate de méthyle induisait une accumulation de ginsénoside dans les cellules de suspension de la racine de ginseng [41], ce qui est très probablement lié à l’expression accrue des PgFPS.

Kimet Al., et al.[42] [traduction]also overexpressed PgFPS À partir deginseng in hairy roots of Centella asiatica and found that the mRNA level of the damaran synthase in Centella asiatica was significantly increased, and the production of the triterpene saponins madecassoside and asiaticoside increased transiently. The above Études de casshow that FPS plays an important role in the biosynthèseof triterpenoids and is an important component for improving ginsenoside production using synthetic biology techniques.

3.3 squalène synthase (SS)

SS est situé à un point de ramification de la voie de l’isoprénoïde et catalyse l’étape initiale de la synthèse des stérols et des triterpénoïdes. Son contenu et son activité jouent un rôle très important dans la production de ginsénosides. Lee Leeet Al., et al.[43] [traduction]ont cloné le gène SS PgSS1 à partir d’une bibliothèque d’adnc construite à partir de feuilles de ginseng. Ce gène est 84,1%, 75,78%, 81,45% et 71,33% homologues des gènes SS dans le soja, l’arabidopsis, le tabac et le riz, respectivement, avec 84,1%, 75,78%, 81,45% et 71,33% d’homologie. Un vecteur d’expression végétale pour le gène SS A été construit, et l’expression du gène A été régulée par la transformation du ginseng pour obtenir des racines fortuites. Les résultats ont montré que l’expression de tous les gènes en aval était régulée à la hausse, ce qui a entraîné une augmentation des stérols et des ginsénosides, ce qui indique que le SS joue un rôle régulateur dans la biosynthèse des stérols et des ginsénosides.

Kimet Al., et al.[44] [traduction]ont cloné deux autres gènes homologues PgSS1, PgSS2 et PgSS3, à partir d’une bibliothèque d’étiquettes de séquence exprimée (EST) construite en utilisant des racines fortuites comme matériau. L’analyse de complémentation fonctionnelle a montré que PgSS1, PgSS2 et PgSS3 peuvent tous restaurer le phénotype prototrophe ergostérol d’un mutant défectif du gène SS de Saccharomyces cerevisiae. L’analyse d’hybridation In situ a montré que les niveaux de transcription de ces trois gènes dans différents organes du ginseng étaient différents. Ces résultats indiquent que les trois gènes SS ont des profils d’expression différents mais sont tous impliqués dans la synthèse du squalène dans le ginseng. référencementet Al., et al.[45] [traduction]ont transféré le gène SS du ginseng dans le calle du ginseng sibérien par Agrobacterium tumefaciens pour exprimer les métabolites finaux. Les résultats ont montré que l’amélioration de l’activité du ginseng SS augmentait significativement la production de stérols et augmentait également la production de saponines triterpénoïdes. On en déduit donc que la SS est une enzyme clé dans la synthèse des saponines au ginseng. L’augmentation de l’expression de SS favorise non seulement la conversion de FPP en squalène, mais augmente également l’activité d’autres enzymes en aval, augmentant ainsi la production de stérols et de triterpénoïdes.

Jiang JiangJiangJiangShicui et Al., et al.[46] [traduction]ont conçu des primaires de fragments sensoriels et antisensoriels basés sur le gène SS du ginseng pour construire un vecteur d’expression d’interférence des gènes SS. Le vecteur a été transformé en tissu de callus de ginseng par une transformation médiée par l’agrobactérien. Le niveau d’expression du gène SS dans le tissu callus transformé a été réduit, et la teneur en saponine a également changé. On en déduit que la SS est une enzyme clé dans la voie de biosynthèse des ginsénosides, et que l’inhibition de l’expression du gène de la SS peut réguler la production de ginsénosides. Par conséquent, le SS est également un élément très important pour améliorer la production de ginsénosides en utilisant des techniques de biologie synthétique.

3.4 squalène époxidase (SE)

Le SE catalyse la première réaction oxydative de la biosynthèse du stérol et du triterpénoïde et est considéré comme l’une des enzymes limitant le taux dans sa synthèse. Ont.et Al., et al.[47] [traduction]ont cloné deux gènes SE, PgSQE1 et PgSQE2, à partir d’une bibliothèque d’adnc construite à partir de feuilles de ginseng et de racines adventices, respectivement. La technologie de l’interférence de l’arn PgSQE1 (RNAi) a été utilisée pour trouver que le fait de réduire le PgSQE1 dans les racines de ginseng transgéniques peut augmenter significativement l’expression de PgSQE2 et de cycloarténol synthase (CAS), entraînant une augmentation de la teneur en stérol. Ces résultats indiquent que PgSQE1 et PgSQE2 ont des mécanismes de régulation différents, PgSQE1 participant uniquement à la synthèse des ginsénosides et non impliqué dans la production de stérols. Jiang Shicui et Al., et al.[48] [traduction]ont étudié les différences dans la teneur totale en saponine et en saponine monomère dans différents tissus et organes du ginseng américain et la relation entre cette teneur et les niveaux d’expression des gènes SS et SE. Et a constaté que les niveaux d’expression des gènes SS et SE dans 14 tissus et organes étaient significativement différents, et il y avait une corrélation positive significative avec le contenu des ginsénosides Re, Rg1, Rb1, D det ginsénosides totaux. Cela montre que SS et SE jouent un rôle extrêmement important dans la voie de synthèse du ginsénoside.

3.5 dammarénediol-ii synthase (DS) et a-amyrin synthase (AS)

La cyclization du 2,3-oxidosqualène catalysée par l’oxidosqualene cyclase (OSC) est un site clé dans la biosynthèse des saponines et des stérols triterpénoïdes. La OSC forme une famille de multigènes, et la cyclization de l’oxidosqualene peut produire plus de 100 triterpénoïdes avec différents squelettes. Les gènes de la OSC ont été clonés à partir de diverses plantes. Deux gènes OSC liés à la synthèse du ginsénoside ont été clonés à partir du ginseng: les gènes DS et AS, qui sont les gènes d’enzymes clés pour la synthèse des ginsénosides des types damarane et oléanane, respectivement. Kushiroet al. [49] [traduction]ont utilisé des racines poilues de ginseng comme matériau pour préparer des microsomes, On a constaté qu’il pouvait cycliser le 2,3-oxo-squalène en dammarane-II in vitro. Tansakul et al. [50] [traduction]ont conçu des amorces dégénérées basées sur la séquence conservée du gène OSC et ont cloné le gène PNA de la racine de ginseng. Après avoir été transféré dans Saccharomyces cerevisiae, ce gène peut catalyser la production de dammarane-II.

Ont.et al. [51] [traduction]ont cloné un gène DDS d’une bibliothèque EST ESTconstruite à l’aide de fleurs de ginseng, ce qui EST conforme à la séquence génétique PNA mentionnée ci-dessus. Il a été constaté que la levure transformée avec le gène DDS peut produire de la damarene-II et de l’hydroxydamarenone; Le jasmonate de méthyle peut augmenter l’expression du gène DDS; Réduire au minimum le gène DDS par la technologie RNAi peut réduire la production de ginsénosides dans les racines de ginseng à 84,5% de l’original. Lee et al. [52] [traduction]ont transféré le gène DDS dans le tabac, qui produit des ginsénosides de type damarane, améliorant ainsi significativement la résistance du tabac au virus de la mosaïque du tabac. Ces résultats montrent que la DS joue un rôle très important dans la voie de biosynthèse des ginsénosides et est un composant important pour obtenir des ginsénosides de type dammarane à l’aide de techniques de biologie synthétique. Comme catalyse la cyclisation du 2,3-oxidosqualène pour former l’eudesmanolide, et est jusqu’à présent la seule enzyme clé trouvée dans la synthèse des ginsénosides de type oléanane.

Kushiroet al. [53] [traduction]ont cloné la séquence d’adnc de l’as à partir de racines poilues de ginseng, et ont transféré le PNY dans Saccharomyces cerevisiae pour catalyser la production de ginsénoside Rb1. Zhao auShoujing et al. [54] [traduction]ont également cloné le gène AS de la racine de ginseng, et ont réussi à construire un vecteur d’expression des plantes antisens pour le gène AS. En établissant un vecteur d’expression antisens pour le gène AS et en utilisant la technologie d’arn antisens pour inhiber l’expression du gène AS, le flux métabolique est principalement dirigé vers la saponine triterpène de type damarène, augmentant ainsi la teneur en ginsénosides.

3.6 CytochromeP450 (CYP450)

Le CYP450 est une enzyme clé dans la voie de biosynthèse du ginsénoside, car il effectue des modifications complexes telles que l’hydroxylation et l’oxydation du squelette carbone triterpène des ginsénosides. Ces dernières années, en utilisant la technologie de séquençage de nouvelle génération et l’analyse bioinformatique, Les CYP450s associés impliqués dans la biosynthèse du ginsénoside ont été examinés et les fonctions biologiques des gènes candidats ont été vérifiées, ce qui a permis d’éluder davantage la voie de biosynthèse du ginsénoside [55]. Ont.et al. [56] [traduction]ont effectué le séquençage des transcriptomes sur des racines fortuites de ginseng induites par le méthyljasmonate, et ont obtenu neuf gènes candidats du CYP450 de longueur entière par épissage, annotation et amplification. Parmi eux, le gène CYP716A47 a non seulement répondu à l’induction du jasmonate de méthyle en augmentant son expression, mais a également augmenté la production de ginsénosides dans les racines de ginseng après avoir été transféré à des plantes de ginseng transgéniques surexprimant le gène SS. En transformant le gène CYP716A47 en Saccharomyces cerevisiae, la protéine recombinante exprimée peut catalyser l’hydroxylation de la position C-12 du damarenediol-II pour le convertir en protoginsénol. Le DS et le CYP716A47 ont été transférés simultanément dans Saccharomyces cerevisiae, et la production de protopanaxadiol a été détectée dans la souche recombinante. Ce rapport est le premier à confirmer fonctionnellement le CYP450 impliqué dans la synthèse du ginseng saponine.

Mon - sunShilin's [57] [traduction]research group applied high-throughput 454GS FLX sequencing technology to conduct a transcriptome study of ginseng, American ginseng and Panax notoginseng, and mined CYP450 À partir dea large amount of transcriptome data, providing an important basis for further screening of CYP450 impliquésÀ ginsenosidesynthesis. Le soleilet al. [58] [traduction]performed high-throughput sequencing on American ginseng roots and  Et a obtenu 150 CYP450s par épissage et annotation. Les niveaux de transcription de 27 CYP450s présentant l’expression la plus élevée ont été choisis pour les expériences d’induction de méthyle jasmonate. Parmi les tissus des racines, des tiges, des feuilles et des fleurs, seul le transcrit contig00248 présentait le même profil d’expression que DS. La transcription de contig00248 est phylogétiquement proche de la famille Arabidopsis CYP88. L’article utilise la transcription contig00248 comme CYP450 candidat clé pour l’oxydation du damascenone-II ou du protopanaxadiol.

Mon compteet al. [59] [traduction]ont effectué un séquençage à haut débit sur des racines de Panax notoginseng, qui ont ensuite été assemblées, annotées et amplifiées à 15 cyp450 de longueur entière. Parmi eux, le transcrit Pn00158 présente un degré élevé de similarité avec le candidat de ginseng américain CYP450 contig00248, et est homologue à la séquence d’acides aminés de ginseng CYP716A47, confirmée fonctionnellement, avec un degré élevé d’homologie de 97,95%. Ce qui en déduit que Pn00158 est très probablement le CYP450 impliqué dans la biosynthèse du ginsénoside dans le Panax notoginseng. Ont.et al. [60] ont cloné le CYP716A53v2 à partir d’une bibliothèque de racine fortuite de ginseng induite par le méthyl jasmonate, et la protéine recombinante exprimée dans Saccharomyces cerevisiae peut catalyser l’hydroxylation C-6 du protoginsénolide pour le convertir en protoginsénolide. Les progrès de la recherche ci-dessus sur le CYP450 lié au ginsénoside ont grandement fait progresser l’étude de la voie de biosynthèse du ginsénoside et ont également fourni des éléments importants pour l’exploration de la production de ginsénoside par des techniques de biologie synthétique.

3.7 glycosyltransférase (GT)

La réaction de glycosylation catalysée par GT est l’étape finale de la biosynthèse des ginsénosides. Le processus principal est le transfert de la molécule de sucre actif du Le diphosphatenucléoside au substrat aglycone ginsénoside pour former une liaison glycoside. La Glycosylation peut augmenter la stabilité et la solubilité dans l’eau des ginsénosides, et ce processus détermine également leur diversité. Les GTs existent également chez les plantes sous forme de familles de gènes à haut degré de spécificité. Différents GTs sont nécessaires pour le transfert de différents groupes de sucre ou à différents accepteurs de sucre. Mon - sunet al. [61] [traduction]ont d’abord isolé un GT à partir de racines poilues de ginseng et ont déterminé que sa masse moléculaire était de 56,6 kD à l’aide de SDS-PAGE. Et ses caractéristiques enzymatiques ont été préalablement étudiées. Yue et al. [62] [traduction]ont isolé et purifié un GT à partir de cellules de suspension Panax notoginseng, qui peuvent convertir Rd en Rb-1. Cependant, il n’y a pas eu de rapport de clonage d’un gène GT de plantes Panax. La Glycosylation est l’étape la plus aval de la voie de biosynthèse du ginsénoside, et des recherches approfondies sont d’une grande importance pour obtenir sélectivement des ginsénosides de grande valeur.

En résumé, des progrès significatifs ont été réalisés dans l’étude du cadre de base de la voie de biosynthèse du ginsénoside et des enzymes connexes. Plus de 20 gènes codant des enzymes liées à la biosynthèse du ginsénoside ont été clonés à partir de ginseng et de ginseng américain et d’autres plantes du genre Panax et ont été vérifiés fonctionnellement, fournissant les composants biologiques de base pour la production de ginsénosides par des techniques de biologie synthétique et posant une bonne base pour cette recherche.

Saccharomyces cerevisiae est généralement utilisé comme cellule de châssis pour vérifier la fonction des gènes codant des enzymes clés impliquées dans la biosynthèse du ginsénoside. Cela est dû au fait que Saccharomyces cerevisiae possède les caractéristiques requises pour une cellule de châssis excellente, comme la capacité de croître dans un milieu de culture avec des nutriments simples, la facilité à augmenter la production en utilisant un bioréacteur, plusieurs types de carences nutritives à choisir, et plusieurs marqueurs sélectionnables à utiliser. En particulier, le 2,3-oxidosqualène, produit par Saccharomyces cerevisiae par sa propre voie MVA intrinsèque, est le précurseur des ginsénosides synthétiques. Ceci offre une grande commodité pour la constructionde la voie métabolique ginsénoside chez Saccharomyces cerevisiae. De plus, comme les groupes glycosyles de certains ginsénosides ne sont pas nécessaires pour des effets pharmacologiques, l’activité pharmacologique des aglycones ginsénosides déglycosylés est encore plus forte que celle des ginsénosides. Par conséquent, il est également d’une grande importance d’obtenir directement des aglycones de ginsenoside par la biologie synthétique.

4 Conclusion

Ginseng, American ginseng and their saponins have become a research hotspot due to the growing demand for medicine and research and development. Some progress has been made in these areas. In addition to the artificial cultivation of ginseng and American ginseng, several methods for obtaining ginseng saponins have been reported at home and abroad, including tissue culture, biotransformation and synthetic biology techniques. Tissue culture is currently an important way to solve the problem of drug sources. Given that the métaboliquepathway of ginsenosides has gradually become clear, the expression of key enzyme gènescan be increased through genetic ingénierietechniques to improve the synthesis of ginsenosides and obtain high-yield cell lines, thereby more effectively alleviating the growing demand for medicine and research and development. Biotransformation has outstanding advantages in obtaining rare ginsenosides and their aglycones, and it may also be possible to obtain ginsenoside derivatives that do not exist in natural plants. Synthetic biology research on ginsenosides is also a promising approach with broad development prospects.

La biosynthèse des ginsénosides est un processus complexe et dynamique régi par de multiples facteurs. Afin d’atteindre l’objectif de production de ginsénosides par la biologie synthétique, il est nécessaire non seulement de transférer les gènes clonés des enzymes clés pertinentes dans des cellules châssis appropriées, et de modifier artificiellement ces gènes pour permettre une expression hétérologue et efficace, mais aussi de procéder à une extraction en profondeur de certains gènes régulateurs qui régulent le réseau métabolique ginsénoside, afin de trouver le commutateur qui s’active sur l’ensemble du réseau métabolique, Améliorant ainsi le niveau global d’expression des gènes dans l’ensemble de la voie métabolique et augmentant plus efficacement la production de ginsénosides. Jusqu’à présent, sides avancées majeures ont été réalisées dans la recherche en biologie synthétique des ginsénosides en termes d’obtention de composants biologiques et de vérification de leurs fonctions, les recherches sur la modification des cellules du châssis et l’assemblage des voies métaboliques ne font que commencer. Par conséquent, les disciplines connexes devraient unir leurs forces pour promouvoir conjointement le développement de cette recherche.

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