Самотьос Н.В.

Національний університет харчових технологій

Аналіз застосування амінокислоти проліну у складі біологічно активних добавок та особливості отримання мікробних продуцентів

Однією з найбільш вживаних замінних амінокислот є пролін, який синтезується організмом людини за допомогою розщеплення про-колагенових білків, але з урахування факторів впливу навколишнього середовища на організм людини його часто не вистачає.

В Україні біля 10-15% дорослого населення страждає на захворювання суглобів і змушені обмежувати свою активність руху і спілкування з навколишнім світом. Такі захворювання, як артрити, артрози, остеопорози, остеохондрози пов'язані саме з руйнуванням колагену – структурного білка всієї сполучної тканини. Саме пролін – головний помічник у зміцненні суглобів, кісток, шкіри, волосся і нігтів. При нестачі цієї амінокислоти в організмі людини спостерігається: ламкість нігтів, випадіння волосся, болі в суглобах, кровоточивість ясен, крововиливи в шкірі. Пролін використовують для зміцнення суглобових сполук та зв'язок; поліпшення структури шкіри; прискорення реабілітації після перенесених травм; має позитивний вплив на лікування хвороби Педжета; як допоміжна біологічно активна добавка (БАД) при лікуванні цирозу печінки; як допоміжна БАД при лікуванні дисплазії сполучних тканин; загоєння пошкоджень слизових оболонок, що виникли механічним шляхом та профілактика хвороб пов’язаних зі склером ока [1]. Характеристика БАД, у складі яких є пролін наведена у таблиці.

Можливі три способи промислового отримання незамінних амінокислот: гідролізом сировини природного походження, що містить білок, хімічним синтезом, мікробіологічним синтезом, біотрансформацією попередників амінокислот за допомогою мікроорганізмів або виділених з них ферментів (хіміко-мікробіологічний метод) [2].

Таблиця

Характеристика біологічно активних добавок на основі проліну

№	Назва	Країна-виробник	Кількість L-проліну	Рекомендації щодо застосування
Таблетки
1	Proline	США	500 мг у таблетці	Для рухливості суглобів, міцних кісток, гладкої шкіри.
2	Мілайф	Росія	3 мг у таблетці	При синдромі хронічної втоми та імунної дисфункції, як комплексна терапія для лікування вірусних і токсичних уражень печінки; імунодефіцит і імунодепресія; комплексна терапія при лікуванні аутоімунних захворювань.
3	Solgar Vitamin and Herb Hair, skin and nails	США	25 мг у таблетці	Покращення загального стану шкіри, нігтів, волосся.
Розчин для інфузій
4	Гепасол-Нео	Сербія і Чорногорія	5,73 г/л	Часткове або повне парентеральне харчування пацієнтів, які страждають печінковою недостатністю.
5	Аміноплазмаль Б. Браун Е10	Німеччина	1,4 г /л	Профілактика і лікування станів білкової нестачі внаслідок підвищеної втрати білків (травми середнього та тяжкого ступеня, опіки, перитоніт, сепсис). Запальні захворювання кишечника.
6	Інфезол 100	Німеччина	7,5 г/л	При втраті рідини різного генезу (непрохідність кишечника, інтоксикація, захворювання органів травного тракту з порушенням всмоктування протеїнів, опікова хвороба і ін.). Стан після оперативних втручань на стравоході, шлунку тощо. Порушення білкового обміну.
7	Аміновен	Німеччина	9,71 г/л	Часткове парентеральне харчування недоношених, немовлят та дітей раннього віку.
8	АміносолНео	Сербія	11,2 г/л	Профілактика та лікування станів, спричинених дефіцитом білків; при парентеральному харчуванні (в післяопераційний період, після травм, опіків, тяжких інфекцій, надлишкове виділення білка з калом і сечею, кровотеча тощо).
9	Нефротек	Австрія	3 г/л	Парентеральне харчування пацієнтів з порушеннями функцій нирок.
10	Церебролізат	Австрія	0,7-1,7 г/л	Порушення корових функцій головного мозку, викликані недостатністю мозкового кровообігу.
11	Хаймикс	Росія	6,4 г/л	Парентеральне харчування при гіпопротеїнемії різного походження, гнійних процесах, при функціональній недостатності печінки.
Емульсія для інфузій
12	Олікліномель	Бельгія	2,72 г/л	Парентеральне харчування у дорослих і дітей старше 2 років у випадках, коли ентеральне харчування неможливе, недостатнє або протипоказане.
13	Кабівен центральний	Австрія	10 г/л
14	Смоф Кабивен	Швеція	3,5 г/л
15	Нутрифлекс	Швейцарія	4,08 г/л	Для покращення стану після складних оперативних втручань, запально-деструктивні захворювання кишечника, онкологічні хвороби, сепсис, перитоніт.

Більше 70% усіх вироблених промисловістю чистих препаратів амінокислот отримують шляхом мікробіологічного синтезу, бо за своєю хімічною структурою амінокислоти існують 2 форм (L та D форми). В процесі хімічного синтезу переважно утворюється рацемат – суміш D- і L-форм амінокислот. D-форма не має фізіологічної цінності для людини і тварини: вона не включається в обмін речовин і не засвоюється, тому виробництво амінокислот мікробним синтезом, де є можливість утворення амінокислоти тільки потрібної нам L-форми, доцільніше, як з економічної точки зору так і з практичної [1, 2].

Звичайні мікроорганізми не здатні синтезувати необхідні амінокислоти в потрібній кількості, тому використовують мутанти мікроорганізмів, отримані за допомогою хімічних і фізичних мутагенів. Досить часто для мікробіологічного синтезу амінокислот використовують ауксотрофні мутантні штами, які одержують методами звичайної селекції або генної інженерії [3]. За допомогою мутагенних факторів у таких ауксотрофних штамів індукується мутація, в результаті якої припиняється або інгібується синтез одного з продуктів, що регулюють ферментні системи, каталізують утворення даної амінокислоти в клітинах мутанта і в культуральній рідині. Безпосередніми лідерами серед яких, для виробництва амінокислот, є бактерії родів Сorynebacterium та Brevibacterium [4, 5].

Для створення ефективної промислової технології виробництва амінокислот з максимальним накопиченням кінцевого продукту потрібно мати високопродуктивні штами-продуценти, знайти оптимальні умови культивування і використовувати дешеві субстрати. Окрім цих чинників, накопичення незамінних амінокислот можна також збільшити, змінивши метаболічні шляхи синтезу. Надати необхідні властивості продуцентам можна також шляхом змін їх геномів трансформацією та підсиленням експресії генів, що відповідають за синтез цільового продукту [6].

Для прикладу впливу зміни контрольного механізму синтезу амінокислот, направленого на підвищення синтезу амінокислот у мікроорганізмів, розглянемо ауксотрофний штам Corynebacterium glutamicum ATCC 19223. Цей штамм було отримано за допомогою УФ-опромінення штаму «дикого типу» KY-10025 [7]. Ауксотроф – це мікроорганізм, який в результаті мутації втратив здатність самостійно синтезувати речовину необхідну для власного росту, тобто він не може рости на мінімальному поживному середовищі. Для повноцінного росту та продукування проліну, у середовище вносять деяку фіксовану кількість ізолейцину. Отже, цей мікроорганізм є ауксотрофом за ізолейцином.

Таким чином, сучасна біотехнологія має різні методи підвищення продуктивності штамів-продуцентів амінокислот. Мікроорганізми-продуценти амінокислот залишаються об’єктом уваги біотехнологів та генетиків, а мікробіологічний спосіб отримання амінокислот є найбільш вживаним, тому засоби традиційної селекції та генної інженерії успішно використовуються і матимуть успіх у майбутньому.

Література:

1. Гонський Я.І., Максимчук Т.П. Біохімія людини. – Тернопіль: Укрмедкнига, 2001. – 736 с.

2. Васильківська М.К., Пенчук Ю.М. Сучасний стан та перспективи біотехнологічних методів виробництва амінокислот // Ukrainian food journal. – 2012. – № 2. – С. 51-54.

3. Haleem A.S., Hameed S.R., Hamid J.A. Nutrishional and mutational aspects of lysine production by Corynebacterium glutamicum аuxotrophs // Pakistan J. Zool. – 2012. – V. 44, №1 – P. 141-149.

4. Hermann T. Industrial production of amino acids by coryneform bacteria //J. Biotechnol. – 2003. – V. 104, N 1–3. – P. 155–172.

5. Leuchtenberger W., Huthmacher K., Drauz K. Biotechnological production of amino acids and derivatives: current status and prospects // Appl. Microbiol. Biotechnol. – 2005. – V. 69, N 1. – P. 1–8.

6. Пирог Т.П. Загальна мікробіологія. – К.: НУХТ, 2004. – 470 с.

7. Araki K., Takasawa Y., Nakajim J. Fermentative production of L-Proline with Auxotrophs of Corynebacteriunt glutamicum // Agr. Biol. Chem. – 1975. – V. 39, № 6. – P. 1193-1200.