Применение процесса зеленой ферментации для производства жирорастворимых витаминов
DOI:
https://doi.org/10.24866/2311-2271/2023-4/76-88Ключевые слова:
жирорастворимые витамины, микробная ферментация, заводы по производству микробных клеток, ферментативное производство витаминов, экологическая устойчивость, экономической устойчивость, зеленая ферментацияАннотация
Витамины представляют собой группу основных питательных веществ, необходимых для поддержания нормального обмена веществ и оптимального здоровья человека и животных. Они находят широкое применение в пищевой, косметической, кормовой, химической и фармацевтической промышленности. В последнее время мировой спрос на витамины значительно увеличился, что привело к растущему интересу к поиску новых производственных стратегий. Традиционные методы химического синтеза витаминов включают высокие температуры, реакторы под давлением и использование невозобновляемых химикатов или токсичных растворителей, что вызывает обеспокоенность по поводу безопасности продукции, загрязнения окружающей среды и образования опасных отходов. В ответ на эти вызовы появляются инновационные подходы. Фабрики по производству микробных клеток для производства витаминов предлагают экологически чистую и устойчивую альтернативу как с экологической, так и с экономической точки зрения. Достижения в области биотехнологии и метаболической инженерии проложили путь к разработке эффективных и экологически чистых процессов. Жирорастворимые витамины, такие как витамины А и D, потенциально могут производиться с использованием фабрик микробных клеток или уже производятся в коммерческих процессах ферментации. В этом обзоре представлен краткий обзор жирорастворимых витаминов, также подробно рассмотрены конкретные примеры и достижения в этой области. Кроме того, в обзоре исследуется метаболическая инженерия как основа для создания фабрик по производству витаминов из микробных клеток, подчеркивая их потенциал конкурировать с традиционными химическими методами. Также подробно обсуждаются современное состояние и проблемы, возникающие при ферментативном производстве витаминов, что проливает свет на текущие усилия по удовлетворению растущего глобального спроса, уделяя при этом приоритетное внимание устойчивости и безопасности.
Библиографические ссылки
Wang Y., Liu L., Jin Z. [et al]. Microbial Cell Factories for Green Production of Vitamins // Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. 2021. Vol. 9: 661562. — DOI 10.3389/fbioe.2021.661562.
Vandamme E.J., Revuelta J.L. Comprehensive summary of the history, discovery, natural sources, physiological role and deficiency of vitamins including the B group // Current Opinion in Biotechnology. 2019. Vol. 56. P. 18–29.
Acevedo-Rocha C.G., Gronenberg L.S., Mack M. [et al]. Microbial cell factories for the sustainable manufacturing of B vitamins // Current Opinion in Biotechnology. 2019. Vol. 56. P. 18–29. — DOI 10.1016/j.copbio.2018.07.006.
Fang H., Li D., Kang J. [et al]. Metabolic engineering of Escherichia coli for de novo biosynthesis of vitamin B12 // Nature Communications. 2018. Vol. 9: 4917. — DOI 10.1038/s41467-018-07412-6.
Wise L.A., Wesselink A.K., Bethea T.N. [et al]. Intake of lycopene and other carotenoids and incidence of uterine leiomyomata: a prospective ultrasound study // Journal of the Academy of Nutrition and Dietetics. 2021. Vol. 121. P. 92–104. — DOI 10.1016/j.jand.2020.08.013.
Yang Y., Li R., Hui J. [et al]. -Carotene attenuates LPS-induced rat intestinal inflammation via modulating autophagy and regulating the JAK2/STAT3 and JNK/p38 MAPK signaling pathways // Journal of Food Biochemistry. 2021. Vol. 45: e13544. — DOI 10.1111/jfbc.13544.
Kawata A., Murakami Y., Suzuki S. [et al]. Anti-inflammatory activity of -carotene, lycopene and tri-n-butylborane, a scavenger of reactive oxygen species // In Vivo. 2018. Vol. 32. Р. 255–264. — DOI 10.21873/invivo.11232.
Yoon S.H., Lee S.H., Das A. [et al]. Combinatorial expression of bacterial whole mevalonate pathway for the production of -carotene in E. coli // Journal of Biotechnology. 2009. Vol. 140. P. 218–226. — DOI: 10.1016/j.jbiotec.2009.01.008.
Zhao J., Li Q., Sun T. [et al]. Engineering central metabolic modules of Escherichia coli for improving -carotene production // Metabolic Engineering. 2013. Vol. 17. P. 42–50. — DOI 10.1016/j.ymben.2013.02.002.
Yoon S.H., Lee Y.M., Kim J.E. [et al]. Enhanced lycopene production in Escherichia coli engineered to synthesize isopentenyl diphosphate and dimethylallyl diphosphate from mevalonate // Biotechnology and Bioengineering. 2006. Vol. 94. P. 1025–1032.
Yoon S.H., Park H.M., Kim J.E. [et al]. Increased beta-carotene production in recombinant Escherichia coli harboring an engineered isoprenoid precursor pathway with mevalonate addition // Biotechnology Progress. 2007. Vol. 23. P. 599–605. — DOI 10.1021/bp070012p.
Larroude M., Celinska E., Back A. [et al]. A synthetic biology approach to transform Yarrowia lipolytica into a competitive biotechnological producer of -carotene // Biotechnology and Bioengineering. 2018. Vol. 115. P. 464–472. — DOI 10.1002/bit.26473.
Yuan P., Cui S., Liu Y. [et al]. Metabolic engineering for the production of fat-soluble vitamins: advances and perspectives // Applied Microbiology and Biotechnology. 2020. Vol. 104. P. 935–951. — DOI 10.1007/s00253-019-10157-x.
Tan T., Zhang M., Gao H. Ergosterol production by fed-batch fermentation of Saccharomyces cerevisiae // Enzyme and Microbial Technology. 2003. Vol. 33. P. 366–370. — DOI 10.1016/s0141-0229(03)00132-7.
Yasutake Y., Nishioka T., Imoto N. [et al]. A single mutation at the ferredoxin binding site of P450 Vdh enables efficient biocatalytic production of 25-hydroxyvitamin D3 // Chembiochem. 2013. Vol. 14. P. 2284–2291. — DOI 10.1002/cbic.201300386.
