Descoperire enzimatică deschide o nouă cale către saclipine naturale cu absorbție UV
Cercetătorii au identificat o enzimă cheie implicată în producția de saclipine, compuși naturali cu absorbție UV, deschizând posibilitatea unor metode alternative de producție care nu depind exclusiv de extragerea din organismul sursă.
Saclipinele A și B sunt oxilipine atipice cu absorbție UV, produse de cianobacteria de apă dulce comestibilă Aphanothece sacrum, cunoscută în Japonia sub denumirea de Suizenji-nori. Deși acești compuși prezintă proprietăți promițătoare de absorbție UV și alte funcții, abundența lor naturală redusă și biosinteza insuficient înțeleasă au limitat utilizarea lor extinsă. Acumularea de saclipine este puternic stimulată de stresul de desicare, iar compușii au fost raportați și cu activități antioxidante și antiglicative, precum și cu stabilitate fotochimică și termochimică.
Pentru a aborda această provocare, profesorul Hakuto Kageyama și studenta la masterat Yoshie Uchida, de la Școala Superioară de Științe ale Mediului și Umane, Universitatea Meijo, Japonia, au condus o echipă de cercetare. Cercetătorii au căutat în genomul A. sacrum și au identificat două enzime lipoxigenază candidate, AsLOX1 și AsLOX2. Au produs versiuni recombinante ale ambelor enzime și au testat capacitatea acestora de a acționa asupra acidului α-linolenic (ALA), acidului linoleic și acidului arahidonic.
AsLOX2 a prezentat activitate clară față de toate cele trei substraturi, cu cea mai mare activitate față de ALA, în timp ce AsLOX1 nu a prezentat activitate detectabilă în condițiile testate. Rezultatele au fost publicate online în Journal of Natural Products.
Experimente suplimentare au relevat că AsLOX2 acționează asupra ALA într-un mod distinctiv, introducând oxigen în două poziții pentru a produce 9,16-diHPOTE, un intermediar cheie legat de formarea saclipinelor. Cercetătorii au confirmat identitatea acestui intermediar folosind analize cromatografice și spectrometrie de masă. În condiții optimizate, AsLOX2 a convertit peste 80% din acidul gras de plecare în 9,16-diHPOTE în câteva minute, evidențiind activitatea puternică a enzimei.
„Identificarea AsLOX2 ca enzimă de poartă ne oferă un punct de intrare biochimic important pentru înțelegerea modului în care este produs acest compus neobișnuit cu absorbție UV”, declară Kageyama.
Echipa a testat apoi dacă 9,16-diHPOTE ar putea fi convertit în saclipine printr-o serie de reacții chimice. Mai întâi, intermediarul a fost redus pentru a forma 9,16-diHOTE. Cercetătorii au folosit apoi o etapă de oxidare chimică pentru a genera compuși corespunzători saclipinelor A și B, confirmându-le identitățile prin comparare cu compuși autentici. Saclipina A a fost produsă în cantități mai mari decât saclipina B, cele două apărând într-un raport de aproximativ 9:1. Deși randamentul general a fost modest, rezultatele au demonstrat că etapele enzimatice și chimice pot fi combinate pentru a produce acești compuși cu absorbție UV.
„Combinația dintre o etapă enzimatică de poartă și conversia chimică demonstrează o rută practică către producția de saclipine, evidențiind în același timp reacțiile downstream care rămân de descoperit în calea naturală”, spune Kageyama.
În ansamblu, studiul stabilește că AsLOX2 efectuează o etapă cheie de dublă oxigenare care leagă ALA de calea biosintetică a saclipinelor și demonstrează că saclipinele A și B pot fi produse din intermediarul derivat enzimatic prin reacții chimice ulterioare. Rezultatele oferă o bază pentru investigarea sistemelor alternative de producție enzimatică, microbiană sau de alt tip, care ar putea reduce dependența de extragerea din A. sacrum.
Cu toate acestea, autorii notează că sunt necesare lucrări suplimentare pentru a identifica enzimele naturale downstream și pentru a evalua productivitatea, siguranța, stabilitatea și alte proprietăți înainte de a putea fi luate în considerare aplicații practice în cosmetică sau materiale funcționale. Aceste studii ar putea clarifica, de asemenea, modul în care metabolismul lipidic contribuie la adaptarea la stres.
