SẢN XUẤT ECTOIN BẰNG CÔNG NGHỆ TÁI TỔ HỢP ỨNG DỤNG TRONG DƯỢC MỸ PHẨM
Từ khóa:
Ectoin, E. coli W3110, E. coli ΔOmpC, công nghệ tái tổ hợp, HPLC, FTIRTóm tắt
Ectoin là chất điều hòa thẩm thấu do vi sinh vật ưa mặn tổng hợp để chống lại áp lực thẩm thấu do nồng độ muối cao. Nhờ khả năng bảo vệ tế bào và duy trì độ ẩm, ectoin được ứng dụng rộng rãi trong dược mỹ phẩm. Quy trình sản xuất truyền thống từ Halomonas elongata theo phương pháp “bacterial milking” còn hạn chế do hiện tượng ăn mòn thiết bị và chi phí cao. Nghiên cứu này với mục tiêu sản xuất ectoin trong Escherichia coli bằng công nghệ tái tổ hợp và so sánh năng suất giữa chủng hoang dã và chủng đột biến. Plasmid chứa cụm gen ectABC được đưa vào 2 chủng E. coli W3110 (hoang dã) và E. coli ΔOmpC (mất protein porin OmpC). Vi khuẩn sau khi chuyển gen được nuôi trong môi trường LB bổ sung ampicillin trong 24 giờ. Cảm ứng biểu hiện gen bằng IPTG và nuôi ở 20–22 °C trong 20 giờ. Sau đó, tinh chế ectoin bằng nhựa trao đổi cation và cô quay ở 60 °C, thu sản phẩm dạng tinh thể. Phân tích kết quả bằng phương pháp HPLC ở 210 nm và FTIR để đánh giá chất lượng sản phẩm. Kết quả cho thấy hai chủng E. coli W3110 và E. coli ΔOmpC đều sản xuất ectoin sau 24 giờ nuôi cấy. Tuy nhiên, E. coli ΔOmpC thu được 8,0 g/L, cao hơn so với E.coli W3110 thu được 4,1 g/L. Kết quả phân tích HPLC và FTIR xác nhận sản phẩm là ectoin, với các đỉnh đặc trưng trong phổ. Nghiên cứu cho thấy công nghệ tái tổ hợp là phương pháp hiệu quả trong sản xuất ectoin từ E. coli. Đột biến mất OmpC giúp tăng năng suất, cải tiến chủng phục vụ ngành dược mỹ phẩm.
Tài liệu tham khảo
1. Galinski EA, Pfeiffer HP, Trüper HG. 1,4,5,6-Tetrahydro-2-methyl-4-pyrimidinecarboxylic acid. A novel cyclic amino acid from halophilic phototrophic bacteria of the genus Ectothiorhodospira. European Journal of Biochemistry. 1985;149(1):135-139. DOI:10.1111/j.1432-1033.1985.tb08903.x
2. Bethlehem L, van Echten-Deckert G. Ectoines as novel anti-inflammatory and tissue protective lead compounds with special focus on inflammatory bowel disease and lung inflammation. Pharmacological Research. 2021;164:105389. DOI:10.1016/j.phrs.2020.105389
3. Czech L, Hermann L, Stöveken N, et al. Role of the Extremolytes Ectoine and Hydroxyectoine as Stress Protectants and Nutrients: Genetics, Phylogenomics, Biochemistry, and Structural Analysis. Genes. 2018;9(4):177. DOI:10.3390/genes9040177
4. Jebbar M, Talibart R, Gloux K, Bernard T, Blanco C. Osmoprotection of Escherichia coli by ectoine: uptake and accumulation characteristics. Journal of Bacteriology. 1992;174(15):5027-5035. DOI:10.1128/jb.174.15.5027-5035.1992
5. Marini A, Reinelt K, Krutmann J, Bilstein A. Ectoine-containing cream in the treatment of mild to moderate atopic dermatitis: a randomised, comparator-controlled, intra-individual double-blind, multi-center trial. Skin Pharmacology and Physiology. 2014;27(2):57-65. DOI:10.1159/000351381
6. Werkhäuser N, Bilstein A, Mahlstedt K, Sonnemann U. Observational study investigating Ectoin® Rhinitis Nasal Spray as natural treatment option of acute rhinosinusitis compared to treatment with Xylometazoline. European Archives of Oto-Rhino-Laryngology: Official Journal of the European Federation of Oto-Rhino-Laryngological Societies (EUFOS): Affiliated With the German Society for Oto-Rhino-Laryngology - Head and Neck Surgery. 2022;279(3):1371-1381. DOI:10.1007/s00405-021-06916-0
7. Liu M, Liu H, Shi M, Jiang M, Li L, Zheng Y. Microbial production of ectoine and hydroxyectoine as high-value chemicals. Microbial Cell Factories. 2021;20(1):76. DOI:10.1186/s12934-021-01567-6
8. Kojima S, Nikaido H. High salt concentrations increase permeability through OmpC channels of Escherichia coli.
The Journal of Biological Chemistry. 2014;289(38):26464-26473. DOI:10.1074/jbc.M114.585869
9. Sassi H, Nguyen TM, Telek S, Gosset G, Grünberger A, Delvigne F. Segregostat: a novel concept to control phenotypic diversification dynamics on the example of Gram-negative bacteria. Microbial Biotechnology. 2019;12(5):1064-1075. DOI:10.1111/1751-7915.13442
10. Ning Y, Wu X, Zhang C, Xu Q, Chen N, Xie X. Pathway construction and metabolic engineering for fermentative production of ectoine in Escherichia coli. Metabolic Engineering. 2016;36:10-18. DOI:10.1016/j.ymben.2016.02.013
11. Parwata IP, Wahyuningrum D, Suhandono S, Hertadi R. Heterologous Ectoine Production in Escherichia coli: Optimization Using Response Surface Methodology. International Journal of Microbiology. 2019;2019:5475361. DOI:10.1155/2019/5475361
12. Orhan F, Akıncıoğlu A, Ceyran E. Ectoine production from a novel bacterial strain and high-purity purification with a cost-effective and single-step method. Journal of Biotechnology. 2024;388:24-34. DOI:10.1016/j.jbiotec.2024.04.003
13. Meyer S, Schröter MA, Hahn M, Solomun T, Sturm H. Ectoine can enhance structural changes in DNA in vitro. Scientific Reports. 2017;7: Article number: 7170. DOI:10.1038/s41598-017-07441-z
14. Li L, Li N, Wang X, et al. Metabolic engineering combined with enzyme engineering for overproduction of ectoine in Escherichia coli. Bioresource Technology. 2023;390:129862. DOI:10.1016/j.biortech.2023.129862
15. He YZ, Gong J, Yu HY, Tao Y, Zhang S, Dong ZY. High production of ectoine from aspartate and glycerol by use of whole-cell biocatalysis in recombinant Escherichia coli. Microbial Cell Factories. 2015;14:55. DOI:10.1186/s12934-015-0238-016
16. Xu S, Zhang B, Chen W, et al. Highly efficient production of ectoine via an optimized combination of precursor metabolic modules in Escherichia coli BL21. Bioresource Technology. 2023;390:129803. DOI:10.1016/j.biortech.2023.129803
Lượt tải xuống
Ngày Xuất bản
Số
Chuyên mục
Giấy phép
Bản quyền (c) 2026 Thị Minh Châu Trần, Minh Thái Nguyễn (Tác giả)
Tác phẩm này được cấp phép theo Giấy phép Creative Commons Ghi công 4.0 Quốc tế.
