¿Cómo obtener astaxantina sintética?

Astaxantinun(C40H52O4) es un carotendetipo ceacelel nombre químico 3,3' dihidroxy-4,4'-dione-beta,beta' -caroteno. Su estructurunquímicunse muestrunen la figura 1: cuatro unidades deisopreno están conectadasporenlaces dobles conjug, celdos unidades deisoprenen en cada extremo para formar un anillo de seis miembros.

La astaxantina tiene tres isómeros ópticos. La diferencia entre los tres isómeros ópticos es que entre los estereoisóde todo-trans astaxantina, la actividad antioxidante de la astaxantina racémica es la más baja, la astaxantina dextrorotatoria tiene la capacidad más fuerte para eliminar los radicales libres, yla astaxantina levorotatoria tiene un efecainhibitmás fuerte sobre la peroxidlipíy la actividad inmune [1-2]. La astaxantina tiene una variedad de efectos además de su actividad antioxidante, incluyendo efectos contra el cáncer, antiinflamatorios y antidiabéticos [3]. Además, la astaxantina es el único carotenoide que puede penetrar en lasbarrerashematoencefálica y hematoretina y tiene un efecapositivo en el sistema nervioso central y la función cerebrAl.Por lo tanto, astaxantina es ampliamente utilizada en alimentos, cuidado de la salud, cosméticos y aditivos alimentarios [4].

La astaxantina Natural se encuentra principalmente en el medio marino en forma de astaxantina libre y esterificada.La astaxantina libre es inestable y se oxifácilmente. Debido a la presencia de grupos hidroxilo en la estructura cíclica terminal, la astaxantina se combina fácilmente celácidos grasos para formar ésteres de astaxantina y existe de forma estable. Alrededor del 95% de las moléculas de astaxantina en Haematococcus pluvialis están esterificadas celácidos grasos y almacenados en cuerpos lipícitoplasricos en triacilgliceroles [5].

La astaxantina esterificada se divide en monoésteres de astaxantina y diésteres de astaxantina de acuerdo con los ácidos grasos a los que están Unidos. H.pluvialis puede acumular hasta 4% de astaxantina (peso seco), y HOLTIN etAl.[6] encontraron que 95% de la astaxantina acumulada bajoestrésligero fuerte se esterificó con ácidos grasos. Aunque el mecanismo de la interacción entre astaxantina y ácidos grasos en los organismos aún no está claro, la estequiometría de astaxantina y la biosíntesis de ácidos grasos se ha observado en H. pluvialis. Chen etAl.[7] analizaron el mecanismo de coordinación entre las dos vías de biosíntesis de astaxantina y ácidos grasos en H. pluvialis El mecanismo de coordinación entre las dos vías de biosíntesis de astaxantina y los ácidos grasos, y reveló que esta interacción se produccióna nivel de metaboliaen lugar de la transcripcional nivel. Experimentos In Vivo vivoe In vitro handemostrado que la esterificación de astaxantina promueve su formación y acumulación.

En la actualidad, los métodos para preparar astaxantina en el país y en el extranjero se pueden dividir en dos categorías principales: síntesis química y biosíntesis. La astaxantina sintetizquímicamente es una mezcla de tres estructuras [5,8] (l-: racemic: d-1:2:1), y se utiliza principalmente como un tinte industriAl.Senembargo, no está permitido su uso en los campos alimentario y farmacéutico. Astaxantina biosintetizse permite que se utilice en los campos de alimentos y farmacéuticos. Algunas microalgas, hongos, bacterias y especies de plantas específicas tienen la capacidad de sintetizar astaxantina en la naturaleza.

H. Pluvialis es considerado uno de los productores de astaxantina más prometeen la naturaleza. En los últimos años, se ha encontrado que muchas cepas del género Thraustochytrium también tienen la capacidad de sintetizar astaxantina [9], y la levoastaxantina sintética representa más del 90% de la astaxantina totAl.Investigadores anteriores hanrevisado los métodos de síntesis química y las vías de astaxantina [10] y se describen los niveles actuales de producción de los productores naturales de astaxantina [11]. Esta revisión se centrará en la biosíntesis de astaxantina y las vías anabólicas de astaxantina en diferentes organismos, sobre la base de una revisión de las rutas de síntesis química, con un enfoque en la síntesis química y la biosíntesis. Este artículo tiene como objetivo proporcionar a los lectores una visión general a nivel macro de la biosíntesis de astaxantina y ayudarles a entender rápidamente el progreso de la investigación en los métodos de síntesis de astaxantina.

1 síntesis química de astaxantina

Síntesis química de astaxantina se puede dividir en síntesis total y semi-síntesis. La síntesis Total de astaxantina utiliza materias primas químicas como material de partida para obtener astaxantina a través de reacciones de síntesis química. La semisíntesis utiliza carotenoides como cantaxantina, luteína y zeaxantina como material de partida para preparar astaxantina.

1.1 síntesis química total de astaxantina

Tanto en el país como en el extranjero, se han llevado a cabo una serie de estudios sobre el total químicoRuta de síntesis de astaxantina. Las dos empresas principales en la síntesis química de la astaxantina son Hoffmann-La Roche y BASF. Las dos compañías utilizan rutas sintéticas similares para producir astaxantina por síntesis química, utilizando la ruta C9 + C6 − C15, 2C15 + C10 − C40. Hoffmann-La Roche utiliza 6-oxo-isoftalona como materia prima [12]. En primer lugar, acetona y formaldehído se utilizan para generar butenona insaturpor condensde hidroformilación y deshidratbajo El casoalcaldébiles. Luego, la adición de 1,2-nucleofílica forma un alcohol tercide seis carbon, que se reorganiza bajo la acción del ácido sulfúrico. El grupo hidroxilo del producto está protegido para reaccionar con 6-oxoisoftalona, y finalmente se produce una reacción de Wittig bilateral bajo la acción de una base fuerte para sintetizar astaxantina.

En la ruta sintética de BASF [13-14], el intermediario 6-carbon-1-yne-3-ol no es primero acidiy reorganizado, pero el grupo hidroxilo está protegido y sufre una serie de transformaciones con 6-oxoisoftalona, y el rearreglo se produce durante la transformación, y el producto final objetivo astaxantina se obtiene. La ruta sintética para la astaxantina utilizada por el investigador chino PiQing, etc. [10] es diferente de la ruta sintética extranjera. Utiliza la ruta sintética C13 + C2 − C15, 2C15 + C10 − C40 para preparar astaxantina. Utiliza la -ionona como materia prima, que es tratada con ácido m-cloroperoxibenzoico, se somete a una serie de transformaciones intermedias, se acidiy se reorganiza bajo la acción del ácido hidrobromico, y luego reacciona con trifenilfosfina para formar una sal de pentadecil trifenilfosfonio, y finalmente se somete a una reacción de Wittig de dos vías para formar astaxantina. La característica única de la ruta sintética de Pi Qingping etAl.[10] es el uso de un nuevo método para sintetizar el compuesto intermediario clave C15. El material de partida de este método es fácil de obtener, la reacción tiene altaselectividad, y el rendimiento total es alto.

La reacción de Witting es una reacción característica de la ruta de síntesis total de astaxantina. Este tipo de ruta de síntesis tiene las ventajas de una tecnología simple y bajo costo. Aunque los procesos de las dos rutas de Hoffmann-La Roche y BASF son muy complejos, el proceso de producción es largo, el control del proceso intermedio es difícil y estricto, pero el coste de síntesis es bajo, el precio es barato, y se ha realizado la producción industriAl.Es la principal fuente industrial de suministro de astaxantina en el mercado (figura 2).

1.2 semisíntesis química de astaxantina

La semisíntesis es un método que utiliza carotenoides como cantaxantina, luteína y zeaxantina como materias primas para preparar astaxantina [15]. El método clásico utiliza luteína como material de partida, y la luteína es catalizada por un álcali para someterse a una reacción de isomeripara producir zeaxantina.

Cuando cantaxantina se utiliza como materia prima, astaxantina se sintea a través de cuatro procesos: alcalinización, sililación, epoxidación e hidróli. Se caracteriza por una síntesis rápida y un alto rendimiento (aproximadamente 60% de rendimiento). Debido al alto costo de cantaxantina y los ciertos peligros en el proceso de producción, es difícil lograr la producción industrial a gran escala en la actualidad. Comparado con el método de síntesis total, el método de semisíntesis tiene alta actividad biológica, pero bajo rendimiento, y es difícil lograr una producción a gran escala (figura 3).

2 biosíntesis de astaxantina

2.1 ruta metabólica de astaxantina

La astaxantina es el producto final del metabolismo de los carotenoides C40. La síntesis de carotenoides en los organismos vivos se puede dividir en tres etapas: la primera es el metabolismo central del carbono, la segunda es la síntesis de precursores carotenoides difosfato isopentenilo (IPP) y dimetilalil difosfato (DAMPP), yla tercera es la síntesis de carotenoides.

La primera etapa es el ciclo central del metabolismo del carbono. Los organismos utilizan glucosa, fructosa y otras fuentes de carbono para sintetizar sustancias como glicerol-3-fosfato (G3P), piruvato y acetil-Couna través de la vía glucolítica. Glicerol-3-fosfato, piruvato y acetil-Counfluen en la siguiente etapa como precursores de la IPP y DAMPP.Al mismo tiempo, algunos acetil-Counentran en el ciclo del ácido tricarboxílico (TCA). El ciclo del ácido tricarboxílico es la ruta metabólica final para los tres nutrientes principales (azúcares, lípidos y aminoácidos) y es también el centro que conecta el metabolismo de azúcares, lípidos y aminoácidos. El ciclo del ácido tricarboxílico sinteuna variedad de metabolique fluen en todas las direcciones del metabolismo celular. Al mismo tiempo, el ciclo del ácido tricarboxílico también produce una gran cantidad de trifosfato de adenosina (ATP) y coenzima IIreducida (NADPH), que proporcionan energía y poder reducpara la transformación de sustancias en las dos últimas etapas.

La segunda etapa es la síntesis de IPP y DAMPP,los precursores de los carotenoides. Hay dos vías sintéticas naturales para la síntesis de IPP y DAMPP: la vía metil-d-eritritol-4-fosfato (MEP) y la vía del mevalon(MVA). La vía MVAse encuentra principalmente en eucariotas y arqueas, y es la única vía para la formación de IPP en arqueas, Levy algunas bacterias grampositivas [16]. La vía eurodiputadose encuentra en plantas, algas y la mayoría de las bacterias. Estas plantas y algas pueden producir IPP a través de la vía MVA en el citoplasma y la vía MEP en los plástidos [17-18]. Hasta finales del siglo XX,el MVA fue considerado como la única fuente de precursores de difosfato de isopentenilo para la síntesis de terpenoides, incluyendo carotenoides. En la vía MVA,el acil-coa se convierte en hidroximetil-trimetil-pentanoil-coenzima coenzima (HMG-CoA). HMG-CoA se convierte en metil-d-malonil-d-glutaronato por HMG-CoA reductasa, y metil-d-malonil-d-glutaronse se convierte en IPP a través de una serie de reacciones de fosforilación.

En la vía MEP,las moléculas de trifosfato de glicery piruvato sufren condense isomeripara formar MEP. Después de que la MEP se acopla con trifosfato de citidina, una serie de reacciones de fosforilación se llevan a cabo para formar IPP,que se isomeripara producir la isomeridel isómero DAMPP para generar el isómero DAMPP. Los primeros estudios mostraron que la vía MVA se ha perdido en muchas algas verdes y algas rojas, y la vía MEP es la única vía para la síntesis de IPP en Haematococcus pluvialis [19]. A medida que la investigación continúa profundizándose, múltiples resultados indican que el fenómeno de que la vía MEP es la única vía para la síntesis de IPP puede ser común en células de algas verdes [20].

Senembargo, la mayoría de los genesde la vía MEP no fueron encontrados en los datos del transcriptoma de AurantiochytriumSp.SK4, y la vía del mevalon(MVA) estuvo involucrada en la formación de IPP en las células de Aurantiochytrium Sp.SK4 [21]. Además, Henry etAl.[22] descubrieron una tercera vía en plantas que es catalizada por isopentenil fosfato quinasa citosólica. Esta vía de MVA es la misma que la otra vía de MVA que se encuentra en algunas arqueas y el phychlorophyde bacterias en el proceso de formación de MVAP. La diferencia es que MVAP en bacterias es convertido por fosfometilpentenato descarboxilasa (MPD) en isopentenil fosfato (IP), que luego es fosforila IPP por isopentenil monofosfato quinasa (IPK). Aunque tanto la vía MVA como la MEP están presentes en las plantas, la ruta MEP es la principal fuente de precursores carotenoides en las plantas [23].

La tercera etapa es la síntesis de sustancias similares a los carotenos. DAMPP e IPP son sintetizen una proporción de 1:3 por la acción de la pirofosfato sintasa (CrtE) para formar difosfato de farnesil (FPP). FPP es luego convertido por la pirofosfato sintasa para formar pirofosfato de gerangeranilo (GGPP). La GGPP es condensada por la octahidrolicopeno sintasa (CrtB) y fitoene desaturasa (CrtI) para formar licopen, que se sintetiza en − -caroteno por licopeno ciclas(CrtY). La tercera etapa, la síntesis de astaxantina, difiere en la vía de síntesis en diferentes organismos, pero se produce principalmente por la hidroxilación yla formación de cetona de − -caroteno.

En Phaffiarhodozyma, astaxantina es sintetiza partir de zeaxantina por citocromo P450 enzimas [24]. En bacterias y algas, es sintetizprincipalmente por -caroteno hidroxilasa (CrtZ) y -caroteno cetolasa (CrtWo BKT). La xantifila de maíz se convierte a partir de -criptoxantina por la acción de la enzima específica -caroteno hidroxilasa. La ceteny los cuerpos 4-cetona de − -caroteno se convierten en cantaxantina por − -caroteno cetolasa, y cantaxantina se convierte en astaxantina a través de ficoeritrina (astaxanthinamide).

En diferentes especies, el orden de acción de la − -caroteno hidroxilasa yla − -caroteno cetolasa en la conversión catalítica de − -caroteno a astaxantina es diferente. LIU etAl.[25] usaron Haematococcus pluvialis expresado heter-carotencetolasa en Synechocystis Sp.PCC6803), LIU etal. encontraron que astaxantina fue sintetizpor primera vez en células Synechocystis y alcanzó un contenido de (4,81 ± 0,06) mg/g de peso de células secas (DCW). Los experimentos In vitro [26-27] también han confirmado que la vía óptima para la síntesis de astaxantina en Haematococcus pluvialis es la reacción catalítica de la enzima cetolasa, seguida por la reacción de hidroxilación de la enzima hidroxilasa (figura 4).

2.2 las bacterias sintetizan astaxantina

Astaxantina se ha encontrado en varios tipos de bacterias, incluyendo la bacteria gram-positiva Brevundimonas sp. y las bacterias gram-negativas Sphingomonas sp., Par acoccus haeundaensis), metilomonassp. y Altererythrobacter ishigakiensis (tabla 1).

La presencia de precursores para la biosíntesis de astaxantina en algunas bacterias y la identificación de un número de genes clave en la vía de la biosíntesis de astaxantina han hecho posible la construcción de alta producción de astaxantina. Se encontró que mediante la transferencia de los genes carotenoides crtW,crtZ,crtY,crtI, crtB y crtE de la bacteria marina Pseudoalteromonas luteoviolacea en E.coli, una cepa de E.El coli:que produce astaxantina fue construida con éxito, y el rendimiento fue tan alto como 400 μg/g DCW [36]. En E.coli, la sobreexpresión de las dos principales enzimas limitadoras de la velocidad, la DXP sintasa (DXP) y la IPP isomerasa (IDI), aumenta el suministro de IPP y DMAPP.

Al aumentar el flujo metabólico de los precursores del difosfato de isopentenilo, la producción de carotenoides como licopeno o − -carotenpuede aumentar significativamente. Senembargo, para la biosíntesis heteróloga de astaxantina en E. coli, la conversión de − -caroteno a astaxantina es el paso más crítico para lograr una eficiente biosíntesis de astaxantina. Usando la tecnología de recombinación λ-Red, se construyó una E. coli libre de plasodo, y los genes de biosíntesis xantifila de Pantoea ananatis y Phaffiase integraron en el cromosoma de E. coli BW-CAROpara obtener la cepa de ingeniería de E. coli BW-ASTA. Esta cepa produjo 1,4 mg/g DCW de astaxantina después de la expresión heteróloga. En CoryneBacteria bacteria bacterianaglutamicum CoryneBacteria bacteria bacterianaglutamicum sintetizcon éxito astaxantina después de expresar los genes codide la licopeno ciclascrty, − -caroteno cetolasa CrtW y − -caroteno hidroxilcrtz de Fulvimarina pelagi, y el rendimiento podría alcanzar 0,4 mg/L/h [32].

Aunque el nivel de astaxantina síntesis por las bacterias en sí es muy diferente de la de las algas, la síntesis de astaxantina en las bacterias es de gran importancia y proporciona las secuencias de genes correspondientes para la construcción de cepas de ingeniería posterior.

2.3 síntesis de astaxantina por levadura

Actualmente, Rhodotorula glutinis es la principal fuente de levadura de astaxantina natural y se ha aplicado en la industria acuafeed. La investigación sobre la síntesis de astaxantina por Rhodotorula glutinis se ha centrado en el aislamiento de cepas, mutagenesis e ingeniería genética para obtener cepas productoras de astaxantina de alto rendimiento. La levadura roja es un hongo basidiomiceto que es facultativamente amante del frío y una levadura de baja temperatura.

La astaxantina que sintetiene una estructura dextrorotatoria y es el principal carotenoide sintetizpor la levadura roja como metabolisecundario. La concentración de síntesis de astaxantina de la levadura roja de tipo salvaje es de aproximadamente 200-400 μg/g DCW,y la mutación de la cepa puede obtener cepas mutantes con alta producción de astaxantina. La cepa silvestre de Phaffia rhodozymafue mutagenizada usando reactivos químicos tales como antimicina, nitroguanil(NTG), y metilnitro-nitroguanidina, así como luz ultravioleta y tecnología de haz de iones de baja energía. A través del screening se obtuvo una cepa de astaxantina de alto rendimiento (para un resumen de las cepas mutantes, ver tabla 2); el rendimiento de la cepa E5042, inducida por la implantación de haz iónico de baja energía en la cepa mutante Phaffia rhodozymaZJB00010, puede alcanzar 2512 μg/g [37]. Las ventajas del arroz de levadura roja, tales como su capacidad de utilizar una variedad de fuentes de carbono, ciclo de fermentación corto, cultivo de alta densidad en fermentadores, y la velocidad de producción rápida, lo han hecho una cepa excelente para la producción industrial de astaxantina.

Además, las cepas de levadura modificadas tienen buenas perspectivas de aplicación en la producción de astaxantina (tabla 2) Yarrowia lipolyticatiene una alta producción de IPP y DMAPP. Estudios han encontrado que el CrtZes la enzima clave que cataliza la conversión de − -caroteno a astaxantina. El gen codificador CrtZ de Pantoea ananatis y el gen codicodicrtw de Paracoccus sp. N81106 fueron introducidos en el genoma de Yarrowia lipolytica. Gen codificador de la enzima CrtZ y el gen codicodificador de la enzima -caroteno cetolasa CrtW de Paracoccus sp. N81106. La cepa de ingeniería ST7403 obtuvo un alto rendimiento de astaxantina de 3.5 mg/g DCW (54.6 mg/L) [40]. La introducción de los genes crtZ y BKT de Haematococcus pluvialis en Saccharomycescerevisiaea través de la ingeniería genética puede aumentar la eficiencia de conversión del beta-carotenen astaxantina y lograr la acumulación de astaxantina en las células. En un mutante positivo de GGPP sintasa, tHMG1 fue sobreexpresado, y los genes que codifican de las tres enzimas limitadoras de la tasa CrtI CrtYy CrtB fueron sobreexpresados. En una cepa diploide optimizada, los genes codificadores de CrtZ y BKT fueron sobreexpresados, y la acumulación de astaxantina alcanzó 8.10 mg/g DCW [42]. Vale la pena señalar que la astaxantina sintetizes de la estructura levorotaria.

2.4 microalgas síntesis de astaxantina

Microalgas generalmente se refiere al término colectivo para los microorganismos que contienen clorofila a y puede fotosintetizar. La mayoría de las microalgas no sólo pueden sintetizar diversos ingredientes bioactivos como los ácidos grasos poliinsaturados y los polisacáridos microalgales, sino que también pueden acumular una gran cantidad de carotenoides. Algunas microalgas tienen su propia vía de síntesis completa de astaxantina. Entre ellos, las microalgas unicelulares de agua dulce como Haematococcus pluvialis y Chlorella vulgaris son las principales fuentes de la biosíntesis de astaxantina. Además, euglena (Halamidomonas), euglena (euglena), y aceta-bularentambién contienen astaxantina.

Cuando se exponen a la tensión ambiental, las células de microalgas pueden cambiar de la verde, forma fotosintética a la roja, forma quística. Esto se debe a que las células de microalgas han sintetizgrandes cantidades de astaxantina para contrarrestar el medio ambiente desfavorable para su crecimiento. La biosíntesis de astaxantina en la microalga Chlorella pyrenoidosa comienza temprano en la fase de crecimiento exponencial. Las células generalmente crecen en condiciones óptimas en la forma verde, fotosintética. Las condiciones estresinducir astaxantina acumulación y las células adquieren una forma roja, quística. A diferencia de los carotenoides primarios, que forman los componentes estructurales y funcionales de la fotosíntesis (por ejemplo, beta-caroten, zeaxantina y luteína), astaxantina puede acumularse en grandes cantidades bajo condiciones de estrés tales como alta luz, alta salinidad y deficienciade nutrientes. Bajo condiciones de estrés ambiental tales como baja nutrición y alta luz, la formación de cápsulas comienza y una gran cantidad de astaxantina se acumula. La luz, la temperatura, la salinidad y los reactivos químicos afectan a la síntesis de astaxantina a nivel molecular.

El exceso de oxígeno de baja actividad producido en las células bajo condiciones de alta temperatura debilita el metabolismo de los carotenoides. High light[44] y acetato [45], metiljasmonato [46] y gibberellin[46] tienen la función de promover la expresión de genes clave relacionados con la vía de biosíntesis de carotenoides. El acetato, el jasmonato de metilo y el ácido giberélico promueven la biosíntesis de astaxantina mediante la mejora de la expresión del gen crtZ y la inhibición de la expresión del gen lcyE. En comparación con las condiciones de inducción como el acetato, la alta intensidad de la luz afecta a la expresión de los genes PDS,crtISO, lcyB,lut1, lut5 y zep, que promueve la biosíntesis de carotenoides en mayor medida y es la principal fuerza impuldetrás de los cambios en la expresión de genes relacionados con la síntesis de carotenoides. Los estudios han demostrado que bajo condiciones de alta luz, el ciclo de Calveny el ciclo del ácido tricarboxílico proporcionan más precursores para otro metabolismo. La − -caroteno hidroxilasa, hexahidrolicopensintasa, y octahidrolicopendesaturasa son todos upregulated, lo que aumenta la astaxantina intracacumulación.

La producción industrial de astaxantina extrade Haematococcus pluvialis comenzó a gran escala a finales de 1990. Como un tipo de organismo fotosintético unicelular, la célula salvaje de Haematococcus pluvialis puede contener hasta un 4% de astaxantina por peso seco. También tiene las características de alta utilización de energía ligera y rápido crecimiento, y ha sido reconocido como una cepa de producción segura en China.

Senembargo, la industrialización de Haematococcus pluvialis requiere el uso de un fotorreactor para asegurar la fotosíntesis, lo que aumenta significativamente los costos de producción. Por lo tanto, el desarrollo de nuevos recursos y tecnologías para reducir los costes de producción se ha convertido en el foco de la investigación actual.

2.5 microorganismos eucarióticos marinos sintetizan astaxantina

Thraustochytrium es un tipo de microorganismo eucariótico similar a un microalga pero carente de cloroplasty por lo tanto no fotosintetiz. Las células pueden acumular una gran cantidad de sustancias activas beneficiosas para el cuerpo humano, tales como lípidos, pigmentos y escualeno. Además, el Thraustochytrium, Schizochytriumy Aurantiochytrium también pueden acumular carotenoides como el -caroteno y la astaxantina. Estudios han encontrado que los metabolide Thraustochytrium, Schizochytrium, y Aurantiochytrium difieren bajo diferentes condiciones de fuente de carbono. Durante la fermentación del glicercomo fuente de carbono por Schizochytrium, el glicerpromueve principalmente la biosíntesis de metabolisecundarios en Schizochytriumal aumentar la actividad glicolítica y producir NADPH. Usando subproductos de la cervecy melaza de desechos como fuente de carbono para Thraustochy- triidae sp. y Aurantiochytrium sp., la producción de astaxantina se incrementó con éxito reduciendo los costos de producción, aumentando aún más la posibilidad de comercializar la biosíntesis de astaxantina en Thraustochy- triidae sp.

Además, la producción de astaxantina en las células se puede mejorar aún más a través de la tensión ambiental, mutagenesis, ingeniería genética y otros medios. Astaxantina tiene una fuerte capacidad antioxidante. Cuando las células están bajo estrés, el metabolismo de los carotenoides en las células se mejora, lo que aumenta en gran medida la producción de astaxantina y ayuda a las células a resistir entornos adversos. Los estudios han encontrado que el butanol y metana ciertas concentraciones tienen el efecto de inducir la síntesis de astaxantina en Schizochytrium limacoB4D1. Cuando se añadió 5,6% de metanmetanal al medio de cultivo, el contenido total de astaxantina aumentó a cerca de 3300 μg/g, y la astaxantina sintetizfue principalmente 3S-3'Sestructura [47].

Con la vía metabólica aclar, las cepas de astaxantina de alto rendimiento también se han obtenido en Aurantiochytrium a través de técnicas de ingeniería genética. En la cepa Aurantiochytrium sp. SK4, el gen que codifica la hemoglobina del diátomo Vitreoscillastercoraria (VHB) fue sobreexpresado, y la producción de astaxantina aumentó 9 veces a 131,09 μg/g [21]. Además, las cepas de astaxantina de alto rendimiento se pueden obtener por mutagénesis de las cepas silvestres utilizando γ-rays, productos químicos NTG, y otros métodos. El rendimiento de astaxantina de la cepa de alto rendimiento Schizochytrium SH104 obtenida con rayos − fue 3 veces mayor que el de la cepa original, alcanzando 3.689 mg/L[51]. Schizochytrium también tiene la característica de no requerir luz, además de ser una cepa segura para la producción de DHA,por lo que es una cepa potencial para la producción industrial de astaxantina.

2.6 plantas sintetizan astaxantina

Unas pocas especies de caléndula son las únicas plantas terrestres que pueden producir astaxantina [56]. Los pétalos de Adonis aestivalis y Adonis annua en el género Adonis muestran un color rojo sangre brillante debido a la acumulación de astaxantina. Senembargo, debido al pequeño tamaño de las flores de caléndula, está limitado en la producción industrial de astaxantina. Senembargo, es un buen portador de la vía de síntesis de astaxantina en plantas superiores y proporciona una referencia para el desarrollo de biorreactores de astaxantina. La astaxantina es el producto final del metabolismo de los carotenoides. Aunque muchas plantas no tienen la capacidad de acumular astaxantina, contienen altos niveles de carotenoides.

Los genes relevantes en la ruta metabólica de − -caroteno a astaxantina faltan en estas células de plantas, lo que hace que el metabolismo se descomponen en la etapa de síntesis de − -caroteno. Los investigadores han obtenido alto rendimiento astaxantina producción de variedades de plantas de ingeniería genética a través de la ingeniería genética. En los tomates, la coexpresión de Chlamydomonas reinhardtii − -caroteno cetolasa y Haematococcus pluvialis − -carotene hidroxilasa resultó en la regulación positiva de la mayoría de los genes originales de los carotenoides en los tomates, dirigiendo efectivamente el flujo de carbono hacia los carotenoides y acumulando grandes cantidades de astaxantina libre en las hojas. La expresión de Brevundimonas sp. SD212 genes que codifican crtW y crtZ en tabaco astaxantina producido en las hojas de tabaco en 0,5% DCW (más del 70% de los carotenoides totales) [57].

3 conclusión y perspectivas

Astaxantina tiene fuertes propiedades antioxidantes. Como el interés del mercado en astaxantina aumenta y aumenta la demanda, astaxantina tiene un gran valor de aplicación y el potencial de desarrollo en potenciadores de nutrición alimentaria, salud, piensos y otros campos. Química y biolastaxantina sintetiztiene diferentes espacios de aplicación en diferentes campos. Astaxantina sintetizquímicamente es bajo en costo y bajo costo, se ha industrializado, y es la principal fuente industrial de astaxantina en el mercado. Con el aumento de la astaxantina biosintética, los países se han vuelto cada vez más estrictos en su gestión de astaxantina sintetizquímicamente. Los EE.UU. La comidayDrug AdministratIon ion(FDA) ha prohibido astaxantina sintetizquímicamente de entrar en los alimentos, productos de salud y otros mercados.

La astaxantina natural biosintética tiene una mayor actividad biológica y una fuente más segura, cumpliendo con las necesidades del mercado, especialmente para los pigmentos naturales para el consumo humano, que se ha convertido en un hotspot de investigación. Esta demanda del mercado también ha llevado a una creciente atención en la astaxantina biosintética. Senembargo, la baja producción actual de astaxantina natural conduce a altos precios y no puede satisfacer la demanda general del mercado. En respuesta al mercado#39;s creciente demanda de astaxantina, la regulación precisa de astaxantina biosíntesis en plantas o microorganismos a través de la biología sintética, ingeniería metabólica, ingeniería de fermentación, y otros medios es una manera eficaz para lograr la producción industrial a gran escala de astaxantina natural. Los organismos conocidos con la capacidad de sintetizar astaxantina desde cero se limitan a varios tipos de bacterias, levadura, microalgas y plantas [19], por lo que la obtención de astaxantina productoras de cepas microbicon altos rendimientos es una importante dirección de investigación para la producción a gran escala de astaxantina.

Además, también hay desafíos significativos en el procesamiento posterior de la biosíntesis, especialmente en la extracción eficiente y purificación de astaxantina. El potencial de producción de astaxantina biosintetizes enorme, y los principales desafíos que quedan por superar todavía requieren una mejor ingeniería y la innovación para hacer el proceso más competitivo en costos. En resumen, la biosíntesis de astaxantina es un campo atractivo y puede desarrollarse rápidamente. Se espera que la biotecnología abra nuevas posibilidades para la producción industrial de astaxantina bioderivada.

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