Những khám phá mới về Trehalose

TREHALOSE Trehalose loại đường mang nhiều đặc tính sinh học đáng q, có nhiều cơng dụng sống người, sử dụng nhiều việc sản xuất sữa, bánh kẹo, thực phẩm chức cho người bệnh…thậm chí coi loại dược phẩm nhiều trường hợp Trehalase enzyme sử dụng để sản xuất Trehalose Trên thị trường Việt Nam chủ yếu nhập chế phẩm từ nước ngồi nên giá thành tương đối cao Vì vậy, việc nghiên cứu sản xuất enzyme Trehalase khơng có ý nghĩa khoa học mà có giá trị kinh tế xã hội Đặc điểm a Cấu trúc - Trehalose có đồng phân ( cơng nhận) α, α-Trehalose; α,β-trehalose; β,β-trehalose Trong báo cáo này, (α,α-Trehalose) đối tượng đề cập nhắc đến trehahalose Đây đối tượng nghiên cứu đề tài nghiên cứu trehalose α,α-trehalose đồng phân trehalose chứng minh sinh tổng hợp nhiều loại sinh vật khác nhau, nên mang nhiều giá trị ứng dụng thực tế Trehalose, gọi mycose tremalose, disaccharide liên kết alpha tự nhiên hình thành liên kết α, α-1,1-glucoside hai đơn vị α-glucose, hai phân tử glucose liên kết với liên kết 1,1-glycosidic Về bản, Trehalose có cấu trúc giống Sucrose Maltose disaccharide - Cấu trúc phân tử trehalose b Tính chất vật lý - Trehalose đường tự nhiên với chức tương tự đường sucrose ổn định có vị nhẹ Trehalose đường đa chức năng, vị nhẹ (45% sucrose) Biểu đồ hàm lượng đường trehalose, maltose, glucose, sucrose Xét tính tan, trehalose có độ tan thấp sucrose nhiệt độ thấp lại tan mạnh nhiệt độ cao ( lớn 80oC) Sơ đồ so sánh tính tan trehalose sucrose Trehalose có khả giữ nước cao, sử dụng thực phẩm mỹ phẩm Đường cho tạo thành pha gel tế bào nước, ngăn ngừa gián đoạn tế bào tế bào Sự nước sau cho phép hoạt động tế bào tiếp tục mà khơng có thiệt hại nghiêm trọng, gây chết người c Tính chất hóa học Trehalose loại đường có cấu trúc bền vững, khơng phản ứng hóa học với axit amin protein trình chế biến v bảo quản Nhờ có cấu trúc hóa học độc đáo,Trehalose bền vững điều kiện pH thấp, chí nhiệt độ cao Khơng giống đường đôi khác, Trehalose không bị thủy phân thành thành phần phản ứng với axit amin protein Trong sản phẩm thực phẩm đồ uống, tính trơ Trehalose giúp giữ ổn định tính chất ban đầu sản phẩm, chí sau chế biến nhiệt độ cao thời gian bảo quản lâu dài d Phân bố tự nhiên Trehalose nguồn cacbonhydrete quan trọng xuất hầu hết loại sinh vật, trừ lớp sinh vật có vú d Enzyme thủy phân trehalase: Trehalase Trehalase loại enzyme glycoside hydrolase có tác dụng xúc tác cho q trình chuyển đổi trehalose thành glucose Nó tìm thấy hầu hết động vật thủy phân vào phân tử glucose enzyme Trehalase Có loại Trehalase tìm thấy Saccharomyces cerevisiae (nấm men), Trehalase trung tính (NT)và Trehalase axit (AT) phân loại dựa vào độ pH chúng [4] NT có độ pH 7.0 AT 4.5 *Trong vi khuẩn Trehalose tìm thấy tích lũy carbonhydrate Pseudomonas, Bacillus, Rhizobium nhiều khuẩn tia nguyên nhân khả kháng khuẩn Hầu hết enzyme Trehalase tách biệt với vi khuẩn có độ pH từ 6.5 đến 7.5 * Trehalase thực vật Trehalose tìm thấy từ nhiều lồi khơng hoa bao gồm Selaginella lepidophylla Botrychium lunaria; đường có mạch tìm thấy chín loại thuộc Apiaceae thực vật hạt kín có khả chịu khơ hạn Myrothamnus flabellifolius Tuy nhiên enzyme Trehalase lại phổ biến loại Điều khó hiểu thiếu chất Trehalase lại có mặt loại thực vật bậc cao Khơng có chứng minh rõ ràng vai trò hoạt động Trehalase thực vật Trehalases đóng vai trò cấu kháng khuẩn enzyme đóng vai trò việc giảm lượng Trehalose có nguồn gốc từ vi sinh thực vật * Trehalase nấm men Trong S.cerevisiae có enzyme Trehalase khác biệt tìm thấy Một loại điều hòa cAMP-phụ thuộc phosphorylation Hoạt động loại enzyme tìm thấy dịch bào tương Loại enzyme hoạt động thứ hai tìm thấy không bào 12 vi sinh vật tương ứng Nồng độ pH Trehalase dịch bào tương vào khoảng 7.0 cho vào loại với Trehalase trung tính Trong đó, enzyme Trehalase khơng bào cho có khả hoạt động tốt độ pH khoảng 4.5 coi Trehalase axit Hai loại enzyme mã hóa hai loại gen khác NTH1 ATH1 Chức trehalose thể sinh vật a Dự trữ lượng carbohydrate Ở côn trùng, trehalose loại đường bắp ngực tiêu thụ suốt chuyến bay Do trình cần nguồn lượng lớn liên tục, phân tử trehalose giải phóng hai phân tử glucose nên tăng gấp đôi hiệu so với việc sử dụng glucose từ tinh bột polyme lưu trữ Trehalose thành phần quan trọng bào tử nấm, thủy phân trehalose điều kiện quan trọng trình nảy mầm sớm sử dụng nguồn carbohydrate glucose b Bảo vệ tế bào nhiều điều kiện khác Một số sinh vật tồn thể tới 99% lượng nước thể Chúng đợi tới gặp điều kiện thuận lợi, thể chúng hấp thu nước từ môi trường tieepsp tục chu trình sống Các sinh vật gọi anhydrobiosis thường chứa nồng độ trehalose cao thể Một số thực vật tăng khả chống chịu thời tiết khắc nghiệt, đặc biệt hạn hán tăng hàm lượng treholose nội bào chúng Ví dụ, thuốc chuyển gen thiết kế để tạo lượng đáng kể trehalose cách đưa gen E coli otsA otsB vào tổng hợp trehalose Các cá thể trì trạng thái khô ngày, tăng hiệu suất sinh trưởng điều kiện hạn hán Nghiên cứu Singer.MA Lindquist, S (1998) chứng minh trehalose bảo vệ tế bào khỏi nhiệt cách ổn định protein nhiệt độ cao Sử dụng hai protein nhạy cảm với nhiệt độ khác nhau, nhà nghiên cứu enzyme có khả trì hoạt động tốt trình sốc nhiệt tế bào có sản xuất trehalose Ngồi khơng thể không nhắc tới khả bảo vệ khỏi lạnh trehalose Một chủng đột biến vi khuẩn E coli sản xuất trehalose chết nhanh nhiều so với chủng loại hoang dã ° C Các nghiên cứu khác cho thấy tế bào xuống từ 37 ° C đến 16 ° C làm tăng gấp tám lần mức trehalose tăng đáng kể nồng độ mRNA otsA otsB Nguyên nhân trehalose ngăn chặn biến tính tập hợp protein cụ thể nhiệt độ lạnh Trehalose ổn định màng tế bào có tính lưu động giảm giảm nhiệt độ Do đó, trehalose ngoại sinh chứng minh bảo vệ loạt sinh vật chống đóng băng, với bảo vệ tối đa thấy trehalose có mặt hai bên màng tế bào c Là thành phần cấu trúc thành tế bào vi khuẩn Trong mycobacteria corynebacteria, trehalose thành phần thành tế bào glycolipid Thành tế bào M tuberculosis có chứa axit béo mycolic bị este hóa thành nhóm 6-hydroxyl kết hợp với glucose để tạo trehalosedimycolate Lipid chịu trách nhiệm tính thấm thấp thành tế bào mycobacteria, tạo sức kháng thuốc đáng kể cho sinh vật Ứng dụng trehalose sản xuất a Trong thực phẩm Giống loại đường khác, Trehalose dùng khô ng hạn chế nhiều loại thực phẩm, bao gồm đồ uống, k ẹo sôcôla kẹo đường, bánh ngọt, thực phẩm đông lạnh, ngũ cốc ăn sáng sản phẩm sữa + Bánh ngọt: điều chỉnh độ loại bánh bánh quy, kem, bánh kem bánh hoa giữ nguyên hương vị sản phẩm không ảnh hưởng đến thời hạn bảo quản Trehalose đồng thời làm giảm độ béo loại bánh quy ngọt, bánh kem lớp phủ kem, đường bánh Trong loại bánh quy thức ăn nhanh thơm ngon, sử dụng đường tảo để tạo hương vị Nó làm cho người tiêu dùng thích thưởng thức khả thay đổi độ sản phẩm có hàm lượng calo cao, chứa nhiều mỡ đường Trehalose làm giảm độ ẩm sản phẩm bánh đa thành phần cách tối ưu hóa độ giữ nguyên thời hạn bảo quản + Kẹo Sôcôla: Trehalose dùng để điều chỉnh độ kẹo sôcôla Trehalose đặc biệt hữu ích sử dụng sản phẩm bổ sung bao gồm loại váng sữa, kẹo mềm hoa Đồng thời, đường tảo làm giảm độ ẩm sản phẩm đa thành phần Trong sản phẩm tạo khuôn, khả điều chỉnh độ đường tảo tạo hương vị sơcơla Trehalose gây sâu nên sử dụng tạo sản phẩm “có lợi cho răng” kết hợp với loại đường thông thường Trehalose phối hợp với rượu cơng nghệ chế biến sơcơla + Thực phẩm đơng lạnh: Trehalose có tác dụng làm giảm nhiệt độ đông lạnh kem thực phẩm đơng lạnh khác Nhờ có độ thấp đường sacharose nên đường tảo dùng sản xuất loại kẹo thực phẩm đông lạnh thơm ngon lạ + Kẹo ngọt: Khi kết hợp với loại đường khác, trehalose sử dụng sản xuất kẹo ngọt, đặc biệt sản phẩm có chứa hàm lượng nước trái thảo mộc cao, để điều chỉnh độ mang lại đầy đủ mùi vị Quá trình đặc biệt quan trọng sản phẩm hướng tới người tiêu dùng trẻ tuổi Đường tảo bền vững không bị thủy phân q trình chế biến Nó sử dụng để tráng bên loại kẹo để tạo lớp vỏ bền, khơng hút ẩm Tính chất bền vững cao trình chế biến đường tảo giúp cho dịch đường giữ nguyên màu không bị thủy phân nhiệt độ cao + Sản phẩm lượng: Trehalose chuyển hóa thành đường gluco, tạo lượng đường gluco máu cân so với loại đường khác Tính chất độc đáo trehalose, kết hợp với tính gây sâu không gây nhuận tràng, giúp cho loại đường đặc biệt thích hợp với loại đồ uống cung cấp lượng vừa đủ, tránh mệt mỏi căng thẳng b Trong y-sinh học Trehalose mang nhiều đặc tính y-sinh quan trọng chứng minh nhiều công bố khoa học Nhưng việc ứng dụng cơng bố vào thực tiễn tương đối hạn chế +Trehalose dùng chất ổn định protein nghiên cứu Đặc biệt hiệu kết hợp với ion phosphate Trehalose sử dụng công thức số kháng thể đơn dòng: trastuzumab bevacizumab (tên thương mại Herceptin Avastin tương ứng), Genntech Ranibizumab (tên thương mại Lucentis Novartis) +Mỹ phẩm: Tận dụng khả giữ ẩm trehalose, s dụng loại kem dưỡng ẩm nhiều sản phẩm vệ sinh dầu tắm thuốc mọc tóc + Dược phẩm: Sử dụng chất trehalose bảo vệ tế bào p rotein,nó sử dụng giải pháp bảo vệ nội tạng để cấy ghép nội tạng +Ngoài ra, Trehalose sử dụng loại dược phẩ m dùng nhiều cho đối tượng người già trẻ em, người bệnh thời kỳ phục hồi sức khỏe để tăng cường hoạt động tiêu hóa, giúp nhuận tràng, ăn tốt Sinh tổng hợp Trehalose Có đường sinh tổng hợp trehalose kiểm chứng công nhận Các đường đặc trưng phức hệ enzyme/phức hệ emzyme sau: 4.1 Trehalose-6-phosphate / trehalose-6-phosphate phosphatase (TPS/TPP) 4.2 Trehalose synthase (TreS) ( có vi khuẩn: Trehalose tổng hợp trực tiếp từ maltose qua trehalose synthase) 4.3 Maltooligosyltrehalose synthase / hydrolase (TreY/TreZ) 4.4 Trehalose glycosyltransferring synthase (TreT) (chủ yếu vi khuẩn hyperthermophilic archaea) 4.5 Trehalose-6-phosphate ( TPS: chủ yếu có trùng) 4.6 Trehalose 6- phosphate synthase / trehalose 6- phosphate phosphatase (TPS1/TPS2) ( nấm men Trong sinh vật, trình sinh tổng hợp trehalose diễn khơng có đường Một sinh vật có nhiều đường tổng hợp trehalose khác nhau: mycobacteria corynebacteria có ba đường để tổng hợp trehalose; Corynebacterium glutamicum sử dụng TreS kết hợp TreY/TreZ Tiêu biểu Rubrobacter xylanophilus có đường a TPS/TPP Trong tất đường trên, đường chiếm ưu chứng minh cách sinh tổng hợp trehalose hầu hết sinh vật, nghiên cứu sử dụng rộng Con đường sinh tổng hợp trehalose Glucose từ UDP-glucoza đường glucotide khác biến đổi thành glucose-6-phosphate để tạo thành trehalose-6-phosphate trehalose-P synthase (TPS) sau khử phosphoryl hóa trehalose-P trehalose-P phosphatase (TPP) Q trình tổng hợp trehaose bao gồm phản ứng sau: - UDP-glucose + glucose 6-phosphate → trehalose phosphate + UDP - Trehalose- phosphat → trehalose + Pi b TreY/TreZ Tuy nhiên, có đường khơng phổ biến TPS/TPP có giá trị nghiên cứu lớn làTreY/TreZ Trong trình, tiền chất polysaccharide (tức glycogen) thay đổi đầu cuối α 1,1 đường bị ràng buộc maltooligosyltrehalose synthase (TreY), sau trehaloseđược tách maltooligosyltrehalose trehalohydrolase (TreZ): - (TreY) α-1,4-polyglucose → α-1,1-maltooligosyltrehalose - (TreZ) α-1,1-maltooligosyltrehalose → trehalose + α-1,4 polyglucose (n-2) Phân tích phân tử tổng hợp trehalose vi khuẩn lam cho thấy đường TreY/TreZ sử dụng chủ yếu Sự xuất đường TreY/TreZ vi khuẩn lam lần kiểm chứng trình nghiên cứu cụm gen điều chỉnh khô hạn ( Higo, Katoh, Ohmori, Ikeuchi, & Ohmori, 2006 ) Ngồi gen mã hóa TreY TreZ, operon mã hóa cho trehalase e TPS1/TPS2 Đây đường tổng hợp đặc trưng nấm men Trehalose tổng hợp thành hai bước (mũi tên dày hơn) đường uridine-diphospho-glucose (UDP-glucose) glucose 6-P Các enzym xúc tác tổng hợp, trehalose 6-P synthase (TPS1) trehalose 6-P phosphatase (TPS2) Sự tổng hợp bắt đầu với việc chuyển lượng glucosyl từ uridine-diphospho-glucose thành glucose 6-P để cung cấp cho T6P sau dephosphoryl hóa để tạo trehalose Trong Saccharomyces cerevisiae , enzym xúc tác phản ứng sinh tổng hợp trehalose, tổng hợp T6P (TPS1) T6P phosphatase (TPS2), phần phức hợp hai protein khác, Tsl1 Tps3 Khi đem giải trình tự, Tsl1 Tps3 tương đồng trình tự cao Việc xóa tiểu đơn vị gây thay đổi tác dụng phosphate hoạt động tổng hợp T6P: kích hoạt phosphate thay ức chế Gen mã hóa emzym tổng hợp trehalose a Gen mã hóa TPS TPP Chính tầm quan trọng phổ biến TPS TPP việc sinh tổng hợp trehalose hầu hết sinh vật nên việc tách dòng gen mã hóa emzym đóng vai trò quan trọng việc nghiên cứu trehalose ứng dụng - Gen mã hóa TPS ostA, b Gen mã hóa TPS1 TPS2 Các cơng bố khoa học việc phân lập emzym tổng hợp trehalose Công bố Ngày xuất Ghi Analysis and DNA sequence of the 1989 osmoregulatedtreAgene encoding the periplasmic trehalase ofEscherichia coli K12 Link: https://link.springer.com/article/10.1007/BF02464 903 Trehalose transport and metabolism in Escherichia 1990 coli https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC20 9157/ Cloning and characterization of genes encoding 2003 trehalose-6-phosphate synthase (TPS1) and trehalose-6-phosphate phosphatase (TPS2) from Zygosaccharomyces rouxii Giải trình tự gen mã hóa treA Có giải trình tự gen mã hóa enzyme tổng hợp trehalose vi khuẩn Tách dòng nấm men, có khả áp dụng cao Link: https://academic.oup.com/femsyr/article/3/4/433/ 682044#89586987 The importance of a functional trehalose biosynthetic pathway for the life of yeasts and fungi Link: 2004 Có giá trị tham khảo lớn tách dòng nấm men (TPS1/TPS2) https://academic.oup.com/femsyr/article/4/45/351/519334?searchresult=1 Distribution of Genes for Synthesis of Trehalose 2005 and Mannosylglycerate in Thermus spp and Direct Correlation of These Genes with Halotolerance Link: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC10 87547/#r1 Tách dòng vi khuẩn (TPS/TPP) A Unique Combination of Genetic Systems for the Synthesis of Trehalose in Rubrobacter xylanophilus: Properties of a Rare Actinobacterial TreT 2008 Link: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC25 93226/ Expression Analysis of Two Genes Coding for Trehalose-6-Phosphate Synthase (TPS), in Sugarcane (Saccharum spp.) under Water Stress Hệ thống sinh tổng hợp trehalose qua đường Rubrobacter xylanophilus 2013 Link: https://www.researchgate.net/publication/2 74080239_Expression_Analysis_of_Two_Gen es_Coding_for_Trehalose-6Phosphate_Synthase_TPS_in_Sugarcane_Sac charum_spp_under_Water_Stress Invertebrate Trehalose-6-Phosphate Synthase 2018 Gene: Kiến trúc di truyền, Hóa sinh, Chức sinh lý ứng dụng tiềm Link: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC57 97772/ Mới,nói chi tiết TPS, gen mã hóa TPS, q trình sinh tổng hợp chỉnh sửa côn trùng ... maltooligosyltrehalose synthase (TreY), sau trehalose ược tách maltooligosyltrehalose trehalohydrolase (TreZ): - (TreY) α-1,4-polyglucose → α-1,1-maltooligosyltrehalose - (TreZ) α-1,1-maltooligosyltrehalose... sinh tổng hợp trehalose kiểm chứng công nhận Các đường đặc trưng phức hệ enzyme/phức hệ emzyme sau: 4.1 Trehalose- 6-phosphate / trehalose- 6-phosphate phosphatase (TPS/TPP) 4.2 Trehalose synthase... synthase (TreS) ( có vi khuẩn: Trehalose tổng hợp trực tiếp từ maltose qua trehalose synthase) 4.3 Maltooligosyltrehalose synthase / hydrolase (TreY/TreZ) 4.4 Trehalose glycosyltransferring