Аннотация

Введение. Дрожжи – быстрорастущие одноклеточные организмы, а также недорогой источник различных биологически активных веществ, включая глутатион (GSH) – один из важных антиоксидантов. Антиоксидантные свойства обуславливаются наличием сульфгидрильной группы. Мировая потребность в глутатионе по оценкам экспертов в 2019 году превысит 9 млрд. долларов США за счет продажи не только чистого кристаллизованного глутатиона, но и дрожжевых экстрактов, обогащенных глутатионом. В статье проведен анализ отечественных и зарубежных исследований по содержанию глутатиона в дрожжах, способах его биосинтеза и антиоксидантных свойствах. Результаты и их обсуждение. В диких штаммах дрожжей содержание глутатиона колеблется от 0,1 до 1 % на абсолютно сухую биомассу (АСБ). В основе ферментативного способа накопления глутатиона лежат оптимизация питательной среды и использование прекурсоров глутатиона (цистеина, глутаминовой кислоты и глицина). Применение данного способа в определенных условиях культивирования позволяет двукратно увеличить содержание внутриклеточного глутатиона. Использование методов ненаправленного мутагенеза способно увеличить синтез глутатиона до 5 % в отдельных мутантных штаммах, хотя механизм синтеза в таких условиях не всегда полностью понятен. Однако при направленном изменении генома образуется, например, 2,27 % глутатиона на АСБ. Кроме того, уровень глутатиона в клетках возрастает под действием некоторых физических факторов. Например, при воздействии на дрожжи магнитного поля наблюдается повышение биосинтеза глутатиона на 39 %. Выводы. В результате проведенного обзора литературы в статье продемонстрировано влияние технологических характеристик культивирования, а также биотехнологических свойств дрожжей Saccharomyces cerevisiae на процесс накопления глутатиона.

Ключевые слова

Грибы, Saccharomyces cerevisiae, олигопептиды, культивирование, антиоксидантная активность

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. The stimulatory effects of Tryptophan and yeast on yield and nutrient status of Wheat plants (Triticum aestivum) grown in newly reclaimed soil / F. M. Manal, A. T. Thalooth, R. E. Y. Essa [et al.] // Middle East Journal of Agriculture Research. – 2018. – Vol. 7, № 1. – P. 27–33.
2. Chang, C.-L. Antiobesity effect of brewer’s yeast biomass in animal model / C.-L. Chang, T.-H. Kao // Journal of Functional Foods. – 2019. – Vol. 55. – P. 255–262. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jff.2019.02.027.
3. Wu, G. Amino Acids: Biochemistry and Nutrition / G. Wu. – New York : CRC Press, 2013. – P. 140–150.
4. Alanazi, A. M. Chapter two – glutathione / A. M. Alanazi, G. A. E. Mostafa, A. A. Al-Badr // Profiles of Drug Substances, Excipients and Related Methodology. – 2015. – Vol. 40. – P. 43–158. DOI: https://doi.org/10.1016/bs.podrm.2015.02.001.
5. Enrichment of cookies with glutathione by inactive yeast cells (Saccharomyces cerevisiae): Physicochemical and functional properties / S. Oztürk, I. Cerit, S. Mutlu [et al.] // Journal of Cereal Science. – 2017. – Vol. 78. – P. 19–24. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jcs.2017.06.019.
6. Penninckx, M. J. An overview on glutathione in Saccharomyces versus non-conventional yeasts / M. J. Penninckx // FEMS Yeast Research. – 2002. – Vol. 2, № 3. – P. 295–305. DOI: https://doi.org/10.1016/S1567-1356(02)00081-8.
7. Drying effects on the antioxidant properties of tomatoes and ginger / O. A. Gümüsay, A. A. Borazan, N. Ercal [et al.] // Food Chemistry. – 2015. – Vol. 173. – P. 156–162. DOI: https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2014.09.162.
8. Identification and characterization of genes involved in glutathione production in yeast / T. Suzuki, A. Yokoyama, T. Tsuji [et al.] // Journal of Bioscience and Bioengineering. – 2011. – Vol. 112, № 2. – P. 107–113. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jbiosc.2011.04.007.
9. Кулаева, О. А. Анализ изменения экспрессии генов, кодирующих ключевые ферменты детоксикации кадмия в симбиотических клубеньках гороха / О. А. Кулаева, В. Е. Цыганов // Экологическая генетика. – 2014. – Т. 12, № 2. – С. 13–22.
10. Lu, S. C. Regulation of glutathione synthesis / S. C. Lu // Molecular Aspects of Medicine. – 2009. – Vol. 30, № 1–2. – P. 42–59. DOI: https://doi.org/10.1016/j.mam.2008.05.005.
11. Никитин, А. В. Роль ферментативной активности в формировании окислительного стресса у больных бронхиальной астмой. (обзор литературы) / А. В. Никитин, М. А. Золотарева // Вестник новых медицинских технологий. – 2013. – Т. 20, № 2. – C. 165–169.
12. Lu, S. C. Glutathione synthesis / S. C. Lu // Biochimica et Biophysica Acta (BBA) – General Subjects. – 2013. – Vol. 1830, № 5. – P. 3143–3153. DOI: https://doi.org/10.1016/j.bbagen.2012.09.008.
13. Li, Y. Glutathione: a review on biotechnological production / Y. Li, G. Wei, J. Chen // Applied Microbiology and Biotechnology. – 2004. – Vol. 66, № 3. – P. 233–242. DOI: https://doi.org/10.1007/s00253-004-1751-y.
14. Li, W. Enzymatic synthesis of glutathione using yeast cells in two-stage reaction / W. Li, Z. Li, Q. Ye // Bioprocess and Biosystems Engineering. – 2010. – Vol. 33, № 6. – P. 675–682. DOI: https://doi.org/10.1007/s00449-009-0361-6.
15. Annemüller, G. The yeast in the brewery. Management. Pure yeast cultures. Propagation / G. Annemüller, H.-J. Manger, P. Lietz // Berlin : VLB Berlin, 2011. – 440 p.
16. Engineering glutathione biosynthesis of Saccharomyces cerevisiae increases robustness to inhibitors in pretreated lignocellulosic materials / M. Ask, V. Mapelli, H. Höck [et al.] // Microbial Cell Factories. – 2013. – Vol. 12, № 1. DOI: https://doi.org/10.1186/1475-2859-12-87.
17. Enhancement of the glutathione production by mutated yeast strains and its potential as food supplement and preservative / G. M. Hamad, T. H. Taha, A. M. Alshehri [et al.] // 2018. – Vol. 13, № 1. – P. 28–36. DOI: https://doi.org/10.3923/jm.2018.28.36.
18. Construction of self-cloning industrial brewing yeast with high-glutathione and low-diacetyl production / Z.-Y. Wang, X.-P. He, N. Liu [et al.] // International Journal of Food Science and Technology. – 2008. – Vol. 4, № 6. – P. 989–994. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1365-2621.2007.01546.x.
19. Nanofiltration concentration of extracellular glutathione produced by engineered Saccharomyces cerevisiae / K. Sasaki, K. Y. Hara, H. Kawaguchi [et al.] // Journal of Bioscience and Bioengineering. – 2016. – Vol. 121, № 1. – P. 96–100. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jbiosc.2015.05.013.
20. Glutathione production from mannan-based bioresource by mannanase/mannosidase expressing Saccharomyces cerevisiae / A. Prima, K. Y. Hara, A. C. Djohan [et al.] // Bioresource Technology. – 2017. – Vol. 245. – P. 1400–1406. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biortech.2017.05.190.
21. Anschau, A. A cost effective fermentative production of glutathione by Saccharomyces cerevisiae with cane molasses and glycerol / A. Anschau, L. O. dos Santos, R. M. Alegre // Brazilian Archives of Biology and Technology. – 2013. – Vol. 56, № 5. – P. 849–857. DOI: https://doi.org/10.1590/S1516-89132013000500017.
22. Optimal fermentation conditions for enhanced glutathione production by Saccharomyces cerevisiae FF-8 / J.-Y. Cha, J.-C. Park, B.-S. Jeon [et al.] // Journal of Microbiology. – 2004. – Vol. 42, № 1. – P. 51–55.
23. Medium optimization based on yeast’s elemental composition for glutathione production in Saccharomyces cerevisiae / M. Schmacht, E. Lorenz, U. Stahl [et al.] // Journal of Bioscience and Bioengineering. – 2017. – Vol. 123, № 5. – P. 555–561. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jbiosc.2016.12.011.
24. Musatti, A. Post-fermentative production of glutathione by baker’s yeast (S. cerevisiae) in compressed and dried forms / A. Musatti, M. Manzoni, M. Rollini // New Biotechnology. – 2013. – Vol. 30, № 2. – P. 219–226. DOI: https://doi.org/10.1016/j.nbt.2012.05.024.
25. Effects of magnetic fields on biomass and glutathione production by the yeast Saccharomyces cerevisiae / L. O. Santos, R. M. Alegre, C. Garcia-Diego [et al.] // Process Biochemistry. – 2010. – Vol. 45, № 8. – P. 1362–1367. DOI: https://doi.org/10.1016/j.procbio.2010.05.008.
26. Шарипов, К. О. Изучение содержания глутатиона в дрожжах Saccharomyces cerevisiae при хранении / К. О. Шарипов, Н. Н. Скворцова, А. Б. Арыкбаева // Вестник КазНМУ. – 2017. – № 3. – С. 217–219.
27. Скворцова, Н. Н. Влияние длительного замораживания на содержание тиоловых веществ и протеолитическую активность хлебопекарных дрожжей / Н. Н. Скворцова, А. Г. Шлейкин, А. Б. Арыкбаева // Вестник международной академии холода. – 2018. – № 3 – С. 62–66. DOI: https://doi.org/10.17586/1606-4313-2018-17-3-62-66.
28. Смирнов, Л. П. Роль глутатиона в функционировании систем антиоксидантной защиты и биотрансформации (обзор) / Л. П. Смирнов, И. В. Суховская // Ученые записки Петрозаводского государственного университета. – 2014. – Т. 143, № 6. – С. 34–40.
29. Couto, N. The role of glutathione reductase and related enzymes on cellular redox homoeostasis network / N. Couto, J. Wood, J. Barber // Free Radical Biology and Medicine. – 2016. – Vol. 95. – P. 27–42. DOI: https://doi.org/10.1016/j.freeradbiomed.2016.02.028.
30. Билан, Д. С. Генетически кодируемые флуоресцентные сенсоры окислительно-восстановительных процессов в живых системах: дис. ... канд. био. наук: 03.01.03 / Билан Дмитрий Сергеевич. – М., 2014. – 127 с.
31. Основные редокс-пары клетки / Д. С. Билан, А. Г. Шохина, С. А. Лукьянов [и др.] // Биоорганическая химия. – 2015. – Т. 41, № 4. – С. 385–402. DOI: https://doi.org/10.7868/S0132342315040041.
32. Kurylenko, O. O. Glutathione metabolism in yeasts and construction of the advanced producers of this tripeptide / O. O. Kurylenko, K. V. Dmytruk, A. Sibirny // Non-conventional yeasts: from basic research to application / A. Sibirny. – Cham : Springer, 2019. – P. 153–196. DOI: https://doi.org/https://doi.org/10.1007/978-3-030-21110-3_6.
33. Kumar, C. Utilization of glutathione as an exogenous sulfur source is independent of γ-glutamyl transpeptidase in the yeast Saccharomyces cerevisiae: evidence for an alternative gluathione degradation pathway / C. Kumar, R. Sharma, A. K. Bachhawat // FEMS Microbiology Letters. – 2003. – Vol. 219, № 2. – P. 187–194. DOI: https://doi.org/10.1016/S0378-1097(03)00059-4.
34. Schmacht, M. Microbial production of glutathione / M. Schmacht, E. Lorenz, M. Senz // World Journal of Microbiology and Biotechnology. – 2017. – Vol. 33, № 6. DOI: https://doi.org/10.1007/s11274-017-2277-7.
35. Wang, Z. Effect of amino acids addition and feedback control strategies on the high-cell-density cultivation of Saccharomyces cerevisiae for glutathione production / Z. Wang, T. Tan, J. Song // Process Biochemistry. – 2007. – Vol. 42, № 1. – P. 108–111. DOI: https://doi.org/10.1016/j.procbio.2006.07.008.
36. Wen, S. Maximizing production of glutathione by amino acid modulation and high-cell-density fed-batch culture of Saccharomyces cerevisiae / S. Wen, T. Zhang, T. Tan // Process Biochemistry. – 2006. – Vol. 41, № 12. – P. 2424–2428. DOI: https://doi.org/10.1016/j.procbio.2006.06.030.
37. Three-pathway combination for glutathione biosynthesis in Saccharomyces cerevisiae / L. Tang, W. Wang, W. Zhou [et al.] // Microbial Cell Factories. – 2015. – Vol. 14, № 1. DOI: https://doi.org/10.1186/s12934-015-0327-0.
38. Лущак, В. И. Окислительный стресс у дрожжей / В. И. Лущак // Биохимия. – 2010. – T. 75, № 3. – C. 346–364.
39. Kerti, O. Molecular mechanisms controlling intracellular glutathione levels in baker’s yeast Saccharomyces cerevisiae and a random mutagenized glutathione over-accumulating isolate / O. Kerti. – Tallinn : Tallinn University of Technology, 2012. – 108 p.