Endofyyttisten sienten käyttö paklitakselin tuotannossa
751.59 KB
avoin
Julkaisu on tekijänoikeussäännösten alainen. Teosta voi lukea ja tulostaa henkilökohtaista käyttöä varten. Käyttö kaupallisiin tarkoituksiin on kielletty.
Lataukset1
Pysyvä osoite
Verkkojulkaisu
DOI
Tiivistelmä
Paklitakseli on yksi merkittävimmistä lääketieteessä käytettävistä luonnonyhdisteistä, ja sitä hyödynnetään muun muassa rinta-, keuhko- ja haimasyöpien hoidossa. Sen tuottaminen on kuitenkin edelleen ongelmallista. Perinteisesti paklitakselia on eristetty Taxus-sukuisten marjakuusten kaarnasta, jossa yhdisteen pitoisuus on vain 0,01–0,05 % sen kuivapainosta. Lisäksi kaarnan kuoriminen vahingoittaa puita. Tämän takia tarvitaan kasvikunnasta riippumaton menetelmä paklitakselin tuotannolle.
On kehitetty synteettisiä vaihtoehtoja paklitakselin tuotannolle, mutta totaalisynteesi ei sovi teolliseen tuotantoon monivaiheisen synteesireitin ja kalliiden reagenssien takia. Semisynteesiä puolestaan käytetään paljon teollisessa tuotannossa, mutta se on edelleen riippuvainen kasvimateriaalista, kuten marjakuusten neulasista.
Vuonna 1993 löydettiin ensimmäinen endofyyttinen sieni, Taxomyces andreanae, jonka havaittiin tuottavan paklitakselia biosynteettisesti. Myöhemmin yli 200 endofyyttisen sienilajin on havaittu pystyvän samaan. Biosynteesireitti on kuitenkin osin tuntematon, ja sen selvittäminen vaatii lisätutkimusta. Endofyyttisistä sienistä on kuitenkin löydetty kasvien biosynteesireitille keskeisiä geenejä, kuten taksadieenisyntaasi (TS)-, 10-deasetyylibakkatiini(III)-10-O-asetyylitransferaasi (DBAT)- ja bakkatiini(III): 3-amino-3-fenyylipropanoyylitransferaasi (BAPT)-entsyymejä koodaavat geenit.
Endofyyttisten sienten tuottaman paklitakselin määrä on edelleen pieni, eikä se siten sovellu teolliseen tuotantoon. Paklitakselin tuotantoa endofyyttisissä sienissä on kuitenkin pystytty tehostamaan fermentointiparametrejä optimoimalla sekä sopivilla kemiallisilla, biologisilla ja fysikaalisilla elisiittoreilla. Paklitakselin eristäminen endofyyttisistä sienistä vaatii hieman erilaisia lähestymistapoja riippuen käytetystä fermentointimenetelmästä. Paklitakselin tunnistamiseen ja määrittämiseen endofyyttisistä sieninäytteistä, voidaan käyttää useita analyyttisiä menetelmiä, kuten korkean erotuskyvyn nestekromatografiaa (HPLC), nestekromatografia-tandemmassaspektrometriaa (LC-MS/MS), ohutkerroskromatografiaa (TLC), ultraviolettispektroskopiaa (UV) ja 1H-ydinmagneettista resonanssispektroskopiaa (1H-NMR).
Kaiken kaikkiaan endofyyttiset sienet tarjoavat uuden ja lupaavan kasvikunnasta riippumattoman menetelmän paklitakselin tuotantoon. Menetelmän kehittämistä rajoittavat kuitenkin edelleen biosynteesireitin puutteellinen tuntemus, menetelmän skaalautuvuus bioreaktoreihin ja pienet saannot. Näihin haasteisiin voidaan kuitenkin löytää ratkaisut lisätutkimusten avulla.
Paclitaxel is one of the most remarkable natural compounds used in the medical field with applications in the treatment of breast, lung and pancreatic cancers. Unfortunately, the production of paclitaxel is still challenging. Traditionally, paclitaxel has been extracted from the bark of yew trees of the Taxus species. The yield of paclitaxel from yew trees is only 0.01-0.05 % of its dry weight. Additionally, peeling the bark of the yew trees is harmful to the trees. For this reason, a method to produce paclitaxel outside of the plant domain is needed.
Synthetic methods of producing paclitaxel have been developed, but total synthesis isn’t suitable for industrial production due to the complexity of the synthetic pathway and the cost of the reagents. Semisynthesis, however, is used in industrial production, but it’s still dependent on plant-material like the leaves of yew trees.
In 1993, the first paclitaxel producing endophytic fungus, Taxomyces andreanae, was found. Since then, over 200 species of paclitaxel producing endophytic fungi have been reported. The paclitaxel biosynthetic pathway in endophytic fungi is still partly unknown and needs additional research. Some plant biosynthetic genes required for paclitaxel production, like taxadiene synthase (TS), 10-deacetylbaccatin(III)-10-O-acetyltransferase (DBAT) and baccatin(III): 3-amino-3-phenylpropanoyltransferase (BAPT) genes, have been found in endophytic fungi.
The yield of paclitaxel produced by endophytic fungi is still quite low, making endophytic fungi not usable in the industrial scale production of paclitaxel. There are ways to enhance paclitaxel production, such as optimization of fermentation parameters and using different chemical, biological and physical elicitors. The extraction of paclitaxel varies according to the fermentation method used. Identifying and quantifying paclitaxel in samples of endophytic fungi can be done with methods such as high-performance liquid chromatography (HPLC), liquid chromatography-tandem mass spectrometry (LC-MS/MS), thin-layer chromatography (TLC), ultraviolet spectroscopy (UV) and 1H nuclear magnetic resonance spectroscopy (1H-NMR).
Overall, endophytic fungi offer a new and promising method of producing paclitaxel outside of the plant domain. The development of this method is still limited by the incomplete understanding of the biosynthetic pathway, challenges in scaling the process to bioreactors and low yields. These challenges can, however, be overcome through additional research.