Carotenoids from Haloarchaea and Their Potential in Biotechnology
- 作者
- Montserrat Rodrigo-Baños, Inés Garbayo, Carlos Vilchez, María José Bonete, Rosa María Martínez-Espinosa
- 单位
- Biochemistry and Molecular Biology Division, Agrochemistry and Biochemistry Department, Faculty of Sciences, University of Alicante, Ap. 99, E-03080 Alicante, Spain; Algal Biotechnology Group, University of Huelva and Marine International Campus of Excellence (CEIMAR), CIDERTA and Faculty of Sciences, 21071 Huelva, Spain
- 杂志
- Marine Drugs（2015）
- DOI
- 10.3390/md13095508
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
卤古菌类胡萝卜素的代谢调控机制尚不明确，其在生物技术和生物医学中的应用潜力有待深入探索
研究策略
系统综述卤古菌类胡萝卜素的生物合成途径、培养条件影响、生物技术应用及专利现状
核心内容
这篇综述系统梳理了卤古菌类胡萝卜素的生物合成途径、培养条件影响、生物技术应用及专利现状，并提供了关于Haloferax mediterranei改进产量的新证据。研究汇总了多个物种的生产数据：Haloarcula japonica总类胡萝卜素含量达335 μg/g干重，而Halobacterium salinarum为89 μg/g；卤古菌最大胞内类胡萝卜素浓度可达20–25 mg/g干重。在色素组成方面，Haloarcula japonica中细菌红素占总类胡萝卜素的68.1%，单脱水细菌红素与双脱水细菌红素分别占22.5%和9.3%，Haloferax volcanii中(2S,2'S)-细菌红素占82%，显示出C50类胡萝卜素的多样性与独特性。培养条件研究表明，Halorubrum sp.在pH 10时生物量和总类胡萝卜素产量分别约为最优条件的93%和90%。尽管卤古菌平均生物量生产力仅约0.08 g/(L·day)，但其培养和下游处理经济快捷，具备规模化生产潜力。然而，商业上关注度最高的类胡萝卜素除β-胡萝卜素外并非卤古菌的主要产物，其代谢调控机制及对人类健康的益处仍需深入研究。
创新点
系统总结了卤古菌类胡萝卜素的生产潜力，并报道了关于Haloferax mediterranei改进类胡萝卜素产量的新证据；提出卤古菌作为类胡萝卜素天然来源的可行性，尤其在C50细菌红素等独特色素方面
研究对象（7）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Haloarcula japonica | 类胡萝卜素合成 | c0507 | CrtD | 催化 | 类胡萝卜素3,4-脱氢酶，催化番茄红素向细菌红素转化的第一步 |
| Haloarcula japonica | 类胡萝卜素合成 | c0506 | LyeJ | 催化 | 双功能番茄红素延伸酶和1,2-水合酶 |
| Haloarcula japonica | 类胡萝卜素合成 | c0505 | CruF | 催化 | C50类胡萝卜素2'',3''-水合酶 |
| Halobacterium salinarum | 类胡萝卜素合成 | OE3983R | Lycopene cyclase | 催化 | 将番茄红素转化为β-胡萝卜素 |
| Haloferax volcanii | 甲羟戊酸途径 | — | HMG-CoA reductase | 催化 | 催化HMG-CoA还原为甲羟戊酸，转录受盐度调控 |
| Halorubrum sp. | 视紫红质复合体 | — | Archaeorhodopsin-2 (aR2) | 能量供给 | 光驱动质子泵，与细菌红素形成复合物 |
| Natronomonas pharaonis | 视紫红质复合体 | — | Halorhodopsin | 转运 | 光驱动Cl(-)内向泵 |
关键发现
- Haloarcula japonica总类胡萝卜素含量为335 μg/g干重，Halobacterium salinarum为89 μg/g，Halococcus morrhua为45 μg/g
- 卤古菌最大细胞内类胡萝卜素浓度可达20-25 mg/g干重，最大体积产量约10 mg/L
- Halorubrum sp.在pH 10时生物量和总类胡萝卜素产量分别约为最优条件的93%和90%
- 卤古菌平均生物量生产力约0.08 g/(L·day)，最大类胡萝卜素生产力约2 mg/(L·day)
- Haloarcula japonica中细菌红素占总类胡萝卜素68.1%，单脱水细菌红素22.5%，双脱水细菌红素9.3%
- Haloferax volcanii中(2S,2'S)-细菌红素占82%
研究结论
卤古菌在类胡萝卜素产量和多样性方面显示出作为大规模生产来源的潜力，其培养和下游处理较为经济快捷；但商业上最关注的类胡萝卜素（除β-胡萝卜素外）并非其主要产物，仍需深入研究其代谢调控及对人类健康的潜在益处