Биотрансформация сапонинов
Сапонины — это класс гликозидов, агликоны которых представляют собой тритерпеновые или стерановые соединения. Они являются одним из эффективных ингредиентов многих китайских растительных лекарств, таких как женьшень, солодка и ямс (основная структура сапонинов показана на рисунке 1). Повышают иммунитет и другие функции. В литературе имеется множество сообщений о биотрансформации гинзенозидов. В настоящее время выделено и идентифицировано более 150 видов гинзенозидов. Содержание гинзенозидов Rb1, Rb2, Rc, Rd, Re и Rg1 достигает 80%, в то время как содержание гинзенозидов Rg3, Rh2, F2, соединения K (C-K) и других редких сапонинов незначительно или отсутствует. Исследования показали, что некоторые редкие сапонины обладают хорошей фармакологической активностью. Однако из-за низкого содержания заготовка и производство ограничены. Один и тот же тип гинзенозида имеет один и тот же агликон, но сахарная цепочка отличается. Редкие гинзенозиды и более высокое содержание одного и того же типа сапонинов часто отличаются только 2-3 сахарными группами. Поэтому один и тот же тип активного редкого сапонина может быть получен путем ферментативного гидролиза сапонина с высоким содержанием сахара.
Рисунок 1. Структура основных сапонинов
Различные гликозидные гидролазы обладают разной селективностью, и пути гидролиза гинзенозидов также различны. Как показано в таблице 1, различные гликозидные гидролазы могут быть использованы для получения различных редких гинзенозидов. Гинзенозид Rd может быть получен путем гидролиза внешней сахарной группы C-20 гинзенозидов Rb1, Rb2, Rb3 и Rc. β-глюкозидаза, выделенная и очищенная из китайской белой нефритовой улитки и Thermus caldophilus, может превращать гинзенозид Rb1 в Rd. Ким и др. получили ее из почвенных микроорганизмов с помощью технологии молекулярного клонирования для преобразования гинзенозида Rb1, который является рекомбинантной гликозид-гидролазой Rd. Впоследствии исследователи клонировали глюкозидазу из Thermotoga thermarum и Bifidobacterium longum H-1, что повысило эффективность трансформации и получения гинзенозида Rd. Глюкозидаза, полученная из Flavobacterium johnsoniae и Thermus thermophilus с помощью рекомбинантной технологии, способна не только превращать гинзенозид Rb1 в Rd, но и гидролизовать цепь сахара C-20 гипенозида XVII (G17) для получения гинзенозида F2. Помимо глюкозидазы, из корня женьшеня и Leuconostoc sp. были получены α-L-арабинофуранозид гидролаза, способная превращать женьшеневый Rc в Rd. Из Bifidobacterium breve и Bifidobacterium longum были получены Α-L-арабинофуранозид гидролаза и α-L-арабинопиранозид гидролаза, которые могут превращать женьшенозид Rc и Rb2 в Rd. В литературе сообщалось, что α-L-арабинофуранозид гидролаза из Caldicellulosiruptor saccharolyticus и Rhodanobacter ginsenosidimutans может не только гидролизовать гинзенозид Rc до Rd, но и превращать соединение Mc1 (C-Mc1) в F2. Гликозид-гидролаза, выделенная и очищенная из Aspergillus Ю и др., может превращать все гинзенозиды Rb1, Rb2, Rb3 и Rc в Rd. Некоторые гликозидные гидролазы могут полностью гидролизовать сахарные цепи в положении C-20 в молекулах, таких как гликолевые гинзенозиды Rb1, Rb2, Rb3, Rc и Rd, для получения гинзенозида Rg3, который позволяет производить Rg3 в больших масштабах и разрабатывается как противоопухолевый препарат. Глюкозидаза из Paecilomyces bainier и Microbacterium esteraromaticum может непосредственно гидролизовать гинзенозид Rb1 в Rg3, а глюкозидаза, выделенная и очищенная из Microbacterium esteraromaticum, может гидролизовать гинзенозид Rb2 в Rg3. Рекомбинантная гликозид-гидролаза, клонированная из Pseudonocardia с помощью технологии молекулярного клонирования, может трансформировать гинзенозиды Rb1, Rb3 и Rd для получения Rg3. Аналогично, серия активных редких гинзенозидов может быть получена путем гидролиза сахарной группы в положении C-3 в гинзенозидах. Рекомбинантная глюкозидаза, клонированная из Sphingomonas и Sphingopyxis alaskensis, может гидролизовать глюкозу вне сахарной цепи в положении C-3 в молекулах гинзенозидов Rb1, Rb2, Rc, Rd и Rg3 и приготовить G17, соединение O (CO), а также C-Mc1, F2 и Rh2. Некоторые гликозидазы могут непосредственно гидролизовать внутреннюю глюкозильную группу в положении C-3. Например, глюкозидаза из Terrabacter ginsenosidimutans и Esteya vermicola может гидролизовать сахарную цепь в положении C-3 молекул гинзенозида Rb1, Rb2, Rb3, Rc и Rd с получением соответствующих сапонинов LXXV (G75), соединения Y (C-Y), соединения Mx (C-Mx), соединения Mc (C-Mc) и C-K. Кроме того, некоторые гликозидные гидролазы могут одновременно гидролизовать группы сахара С-20 и С-3 в гликолевых гинзенозидах. Рекомбинантная глюкозидаза, клонированная из Arthrobacter chlorophenolicus, может превращать гинзенозиды Rb1, Rb2 и Rc в F2. Гликозид-гидролаза из Fusobacterium K60, эндофитных грибов GE 17-18, Sulfolobus acidocaldarius, Aspergillus niger и Microbacteriu esteraromaticum может гидролизовать гинзенозид Rb1 для получения C-K.
Таблица 1. Биотрансформация гинзенозидов гликозидазами
| Product | Substrate | Reaction | Organism |
| Rd | Rb1 | β-Glucosidase | China white jade snail |
| Rd | Rb1 | β-Glucosidase | Thermus caldophilus |
| Rd | Rb1 | β-Glucosidase | Uncultured bacteria |
| Rd | Rb1 | β-Glucosidase | Thermotoga thermarum |
| Rd | Rb1 | β-Glucosidase | Bifidobacterium longum H-1 |
| Rd | Rb1 | β-Glucosidase | Flavobacterium johnsoniae |
| Rd | Rb1 | β-Glucosidase | Thermus thermophilus |
| Rd | Rb1 | β-Glucosidase | Penicillium oxalicum |
| Rd | Rb1 | β-Glucosidase | Cladosporium fulvum |
| Rd | Rc | α-L-Arabinofuranosidase | Panax ginseng |
| Rd | Rc | α-L-Arabinofuranosidase | Leuconostoc |
| Rd | Rc | α-L-Arabinofuranosidase | Bifidobacterium breve |
| Rd | Rc | α-L-Arabinofuranosidase | Bifidobacterium longum |
| Rd | Rc | α-L-Arabinofuranosidase | Caldicellulosiruptor saccharolyticus |
| Rd | Rc | α-L-Arabinofuranosidase | Rhodanobacter ginsenosidimutans |
| Rd | Rb2 | α-L-Arabinopyranosidase | Bifidobacterium breve |
| Rd | Rb2 | α-L-Arabinopyranosidase | Bifidobacterium longum |
| Rd | Rb1/Rb2/Rb3/Rc | Glycosidase | Aspergillus |
| Rg3 | Rb1 | β-Glucosidase | Paecilomyces bainier |
| Rg3 | Rb1 | β-Glucosidase | Microbacterium esteraromaticum |
| Rg3 | Rb2 | β-Glucosidase | Microbacterium esteraromaticum |
| Rg3 | Rb1/Rb3/Rd | β-Glucosidase | Pseudonocardia |
| G17 | Rb1 | β-Glucosidase | Sphingomonas |
| G17 | Rb1 | β-Glucosidase | Sphingopyxis alaskensis |
| G17 | Rb1 | β-Glucosidase | Cellulosimicrobium cellulans |
| G75 | Rb1 | β-Glucosidase | Terrabacter ginsenosidimutans |
| G75 | Rb1 | β-Glucosidase | Esteya vermicola |
| F2 | G17 | β-Glucosidase | Flavobacterium johnsoniae |
| F2 | G17 | β-Glucosidase | Thermus thermophilus |
| F2 | C-Mc1 | α-L-Arabinofuranosidase | Caldicellulosiruptor saccharolyticus |
| F2 | C-Mc1 | α-L-Arabinofuranosidase | Rhodanobacter ginsenosidimutans |
| F2 | Rd | β-Glucosidase | Cellulosimicrobium cellulans |
| F2 | Rb1/Rb2/Rc | β-Glucosidase | Arthrobacter chlorophenolicus |
| Rh2 | Rg3 | β-Glucosidase | Sphingopyxis alaskensis |
| CK | Rd | β-Glucosidase | Terrabacter ginsenosidimutans |
| CK | Rd | β-Glucosidase | Esteya vermicola |
| CK | Rb1 | β-Glucosidase | Fusobacterium K-60 |
| CK | Rb1 | β-Glucosidase | endophytic fungi GE 17-18 |
| CK | Rb1/Rb2 | β-Glucosidase | Sulfolobus acidocaldarius |
| CK | Rb1/Rb2/Rb3/Rc | β-Glucosidase | Aspergillus niger |
| CK | Rb1/Rb2 | β-Glucosidase | Microbacteriu esteraromaticum |
| C-O | Rb2 | β-Glucosidase | Cellulosimicrobium cellulans |
| C-Y | Rb2 | β-Glucosidase | Terrabacter ginsenosidimutans |
| C-Mc | Rc | β-Glucosidase | Terrabacter ginsenosidimutans |
| C-Mc1 | Rc | β-Glucosidase | Cellulosimicrobium cellulans |
| C-Mx | Rb3 | β-Glucosidase | Terrabacter ginsenosidimutans |
| Rg2 | Re | β-Glucosidase | Microbacterium esteraromaticum |
| Rg2 | Re | β-Glucosidase | Mucilaginibacter |
| Rg2 | Re | β-Glucosidase | Pseudonocardia |
| Rh1 | Rg1 | β-Glucosidase | Microbacterium esteraromaticum |
| Rh1 | Rf | β-Glucosidase | Pyrococcus furiosus |
| Rh1 | Rf | β-Glucosidase | Aspergillus niger |
| Rh1 | Rg2 | α-L-Rhamnosidase | Absidia |
| Rh1 | R2 | β-Xylosidase | Thermoanaerobacterium |
| F1 | Rg1 | β-Glucosidase | Fusarium moniliforme |
| F1 | Rg1 | β-Glucosidase | Penicillium sclerotiorum |
| F1 | Rg1 | β-Glucosidase | Sanguibacter keddieii |
G17: гипенозид XVII; G75: гипенозид LXXV; C-O: соединение O; C-Y: соединение Y; C-Mc1: соединение Mc1; C-Mc: соединение Mc; C-Mx: соединение Mx; C-K: соединение K.
Сахарные группы C-6 и C-20 в триольных гинзенозидах также могут быть гидролизованы гликозидными гидролазами. Гинзенозид Rg2 может быть получен путем гидролиза С-20 глюкозы в молекуле Re с помощью гликозидазы. Рекомбинантная глюкозидаза, клонированная из Microbacterium esteraromaticum, Mucillaginibacter и Pseudonocardia, может не только превращать гинзенозид Re в Rg2, но и гинзенозид Rg1 превращать в Rh1. Глюкоза, рамноза и ксилоза вне положения C-6 гинзенозида Rf, Rg2 и R2 могут быть преобразованы для получения Rh1. В отличие от гинзенозида Rh1, гинзенозид F1 имеет только одну глюкозу, присоединенную к позиции C-20 его агликона. Глюкозидаза в Fusarium moniliforme, Penicillium sclerotiorum и Sanguibacter keddieii может специфически гидролизовать С-6 глюкозу гинзенозида Rg1 для получения гинзенозида F1.
Гликозид-гидролаза используется не только для трансформации и получения активных редких гинзенозидов, но и широко применяется для гидролиза и модификации сапонинов, таких как солодка, соя и ямс (табл. 2). Глюкуронидаза, выделенная и очищенная из Streptococcus LJ-22 и Penicillium purpurogenum Li-3, может гидролизовать глицирризин с получением моноглюкуроновой кислоты глицирризина, при этом побочный продукт глицирретиновая кислота не образуется. Морана и др. использовали глюкуронидазу, полученную из Aspergillus niger, для полного гидролиза глицирризина с получением глицирретиновой кислоты. Гидролаза соевого сапонина, выделенная и очищенная из Aspergillus oryzae, может гидролизовать соевый сапонин I с получением соевого сапонина В. Новая гидролаза соевого сапонина из Neocosmospora vasinfecta может превращать соевые сапонины I, II и III в соевый сапонин В, что обеспечивает эффективный инструмент для получения соевого сапонина с антиокислительными свойствами и регулированием липидов крови. Среди стероидных сапонинов систематически проводятся исследования и сравнение гидролизной модификации сахарной цепи диосцина. Inoue et al. выделили и очистили глюкозидазу из Costus speciosus, которая может гидролизовать исходный диосгенин с получением диосгенина. Liu et al. выделили, очистили и клонировали из Aspergillus oryzae рекомбинантную гидролазу диосцина, которая может гидролизовать глюкозильные и α-1,4-рамнозильные группы в диосцине с получением диосцина III. α-L-рамнозидаза, выделенная и очищенная Feng et al. из Curvularia lunata, может гидролизовать α-1,2 рамнозильную группу в диосцине с получением диосцина V. Qian et al. выделили и очистили α-L-рамнозидазу из свежей говяжьей печени, которая может гидролизовать α-1,2 и α-1,4 две рамнозильные группы в диосгенине с образованием группы глюкозы. -Диосгенин. Фу и др. выделили и очистили гидролазу диосгенина из Absidia, которая может полностью гидролизовать диосгенин в диосгенин.
Таблица 2. Биотрансформация других сапонинов с помощью гликозидаз
| Product | Substrate | Reaction | Organism |
| GAMG | Glycyrrhizin | β-Glucuronidase | Streptococcus |
| GAMG | Glycyrrhizin | β-Glucuronidase | Penicillium purpurogenum |
| Glycyrrhetinic acid | Glycyrrhizin | β-Glucuronidase | Aspergillus niger |
| Soyasapogenol B | Soyasaponin I | Soybean saponin hydrolase | Aspergillus oryzae |
| Soyasapogenol B | Soyasaponin | Soybean saponin hydrolase | Neocosmospora vasinfecta |
| Dioscin | Protodioscin | β-Glucosidase | Costus speciosus |
| Progenin III | Protodioscin | Protodioscin-glycosidase | Aspergillus oryzae |
| Progenin V | Dioscin | α-L-Rhamnosidase | Curvularia lunata |
| Diosgenyl-glucoside | Dioscin | α-L-Rhamnosidase | Bovine liver |
| Diosgenin | Dioscin | Dioscin-glycosidase | Absidia |