Astaksantin Mayası Nedir? Xanthophyllomyces dendrorhous ve Karotenoid Üretimi

Somon türü balıkların yetiştiriciliğinde yem pigmenti olarak kullanılan temel karotenoid astaksantindir ve yeme çoğunlukla kimyasal sentezle üretilmiş hâliyle katılır (Moretti ve ark., 2006). Endüstriyel ölçekte biyolojik üretim için bilinen iki temel mikroorganizmadan biri yeşil alg Haematococcus pluvialis, öteki bir heterobazidiomiset mayası olan Xanthophyllomyces dendrorhous'tur (Rodríguez-Sáiz ve ark., 2010). Bu yazı mayanın molekülü hangi yoldan kurduğunu, verimi artırmak için suşların nasıl geliştirildiğini ve yem tarafındaki kullanımını anlatıyor; astaksantinle ilgili insan sağlığı iddiaları kapsam dışında.

Mevalonattan astaksantine: biyosentez yolu

Bazı çalışmalarda Phaffia rhodozyma adıyla geçen bu bazidiomiset mayasında karotenoidler ve steroller aynı mevalonat yolundan türeyen öncülleri kullanır (Gómez ve ark., 2021). Önerilen yol izopentenil pirofosfattan geranilgeranil pirofosfata, oradan fitoen, likopen ve β-karotene, son adımda da astaksantine uzanır (Alcaíno ve ark., 2008). Aynı sterol ailesinin mantar zarındaki üyesini ergosterol nedir yazısında ele aldık.

Son adım tek bir enzime bağlı. β-karotenin astaksantine dönüşümü, sitokrom P450 ailesinden astaksantin sentazı (CrtS) gerektirir ve bu enzime oksijenleme için gereken elektronları crtR geninin kodladığı bir sitokrom P450 redüktaz sağlar (Alcaíno ve ark., 2008). Aynı çalışmada crtR geni silinen bir dönüştürülmüş suş astaksantin üretememiş ve β-karoten biriktirmiştir (Alcaíno ve ark., 2008).

crtS geninin iki suştan klonlandığı çalışmada genin 17 intron taşıdığı ve 62,6 kDa büyüklüğünde bir protein kodladığı gösterilmiştir (Alvarez ve ark., 2006). Gen başka bir mantar olan Mucor circinelloides'e aktarıldığında bu mantar β-karotenden β-kriptoksantin ve zeaksantin gibi hidroksillenmiş bileşikleri daha fazla sentezleyebilmiştir (Alvarez ve ark., 2006).

Karotenoid ile sterol arasındaki paylaşım

İki yol yalnız öncül değil enzim de paylaşır: karotenoid ve sterol sentezindeki sitokrom P450 enzimleri tek bir CrtR redüktazını ortak kullanır, bu redüktaz astaksantin için vazgeçilmezken ergosterol sentezinde başka bir enzimle ikame edilebilir (Gómez ve ark., 2021). Aynı derlemeye göre lipid metabolizmasını denetleyen korunmuş SREBP yolu bu mayada karotenoid üretimini de düzenler (Gómez ve ark., 2021).

Bu paylaşımın verime yansıması bir mutant suşta ölçülmüştür. Mutajenezle elde edilen MK19 suşu gram başına yaklaşık 1000 mikrogram astaksantin üretirken yabani suş 35-67 mikrogramda kalmış; mutantta karotenoid genlerinin ifadesi artmış, yağ asidi ve ergosterol içeriği ise düşmüştür (Miao ve ark., 2011). Yazarlar artışı, dal yollarındaki sentezin azalmasıyla öncüllerin astaksantin yoluna aktarılmasına bağlamıştır (Miao ve ark., 2011).

Işık ve White Collar düzenleyicileri

Yolun düzenlenmesinde White Collar adlı proteinler de rol oynuyor. Genomu dizilenen bir mutant üzerinden yürütülen çalışmada GATA tipi bir transkripsiyon faktörü olan White Collar 2'nin (WC2), fitoen desatüraz geni CrtI ile astaksantin sentazı geni CrtS'nin ifadesini düzenlediği ve WC1 ile birlikte bir kompleks oluşturduğu gösterilmiştir (Huang ve ark., 2022). Aynı kompleksin mantarlarda ışığı nasıl algıladığını mantarlar ışığı nasıl algılar yazısında anlatıyoruz.

Işık üretim tarafında da bir değişken. Endüstriyel üretimi derleyen çalışmaya göre fermantasyon koşulları erlen ve fermantör ölçeğinde ayrıntılı incelenmiş, maya sürekli beyaz ışık altında üretildiğinde gram kuru hücrede 4,7 mg, litrede 420 mg astaksantine ulaşılmıştır (Rodríguez-Sáiz ve ark., 2010).

Suş geliştirme yaklaşımları

Yabani suşların verimi ticari gereksinimleri karşılamaktan uzak kalmıştır (Luna-Flores ve ark., 2022). Mayanın sentetik üretimle rekabet edebilmesi için çevreden yeni suş izolasyonu, rastgele mutasyon ve tarama ile akılcı metabolik mühendislik birlikte kullanılmıştır (Rodríguez-Sáiz ve ark., 2010). Aşağıdaki tablo bu yaklaşımların ölçülen sonuçlarını özetliyor.

Maya hücrelerinin tanklarda sıvı besiyerinde nasıl çoğaltıldığına genel bir bakış için sıvı kültür nedir yazısına göz atabilirsiniz.

Yemdeki astaksantinin kaynağı balıkta okunabilir mi?

Astaksantin molekülünde iki asimetrik karbon bulunduğu için üç optik izomeri vardır; sentetik ürün bu izomerleri tipik olarak 1:2:1 oranında içerirken doğal kaynaklarda dağılım molekülü üreten canlıya göre değişir (Moretti ve ark., 2006). X. dendrorhous'un ürettiği form (3R,3'R) astaksantindir (Torres-Haro ve ark., 2021).

Gökkuşağı alabalıklarının 60 gün boyunca sentetik, alg kökenli ya da maya kökenli astaksantinle beslendiği çalışmada her kaynağın kendine özgü izomer dağılımının balık etinde de yeniden ortaya çıktığı bulunmuştur (Moretti ve ark., 2006). Aynı çalışmada farklı kaynaklarla beslenen balıkların filetolarında ölçülen renk değerleri arasında anlamlı fark çıkmamış, izomer dağılımı ise çiftlikte kullanılan pigmentin kaynağını ayırt etmeye yarayan bir araç olarak önerilmiştir (Moretti ve ark., 2006). Mayaların mantar âlemindeki yerini merak ediyorsanız maya bir mantar mı yazısı iyi bir başlangıç.

Bilimsel referanslar

Alcaíno, J. et al. (2008). Cloning of the cytochrome p450 reductase (crtR) gene and its involvement in the astaxanthin biosynthesis of Xanthophyllomyces dendrorhous. BMC Microbiol, 8, 169. PMID 18837978. DOI 10.1186/1471-2180-8-169.

Alvarez, V. et al. (2006). The crtS gene of Xanthophyllomyces dendrorhous encodes a novel cytochrome-P450 hydroxylase involved in the conversion of beta-carotene into astaxanthin and other xanthophylls. Fungal Genet Biol, 43(4), 261-72. PMID 16455271. DOI 10.1016/j.fgb.2005.12.004.

Ding, R. et al. (2024). Screening of astaxanthin-overproducing Xanthophyllomyces dendrorhous strains via iterative ARTP mutagenesis and cell sorting by flow cytometry. J Appl Microbiol, 135(2), lxae020. PMID 38271605. DOI 10.1093/jambio/lxae020.

Gómez, M. et al. (2021). The SREBP (Sterol Regulatory Element-Binding Protein) pathway: a regulatory bridge between carotenogenesis and sterol biosynthesis in the carotenogenic yeast Xanthophyllomyces dendrorhous. Biol Res, 54(1), 34. PMID 34702374. DOI 10.1186/s40659-021-00359-x.

Huang, R. et al. (2022). GATA transcription factor WC2 regulates the biosynthesis of astaxanthin in yeast Xanthophyllomyces dendrorhous. Microb Biotechnol, 15(10), 2578-2593. PMID 35830570. DOI 10.1111/1751-7915.14115.

Luna-Flores, C.H. et al. (2022). Towards commercial levels of astaxanthin production in Phaffia rhodozyma. J Biotechnol, 350, 42-54. PMID 35430430. DOI 10.1016/j.jbiotec.2022.04.001.

Miao, L. et al. (2011). Astaxanthin biosynthesis is enhanced by high carotenogenic gene expression and decrease of fatty acids and ergosterol in a Phaffia rhodozyma mutant strain. FEMS Yeast Res, 11(2), 192-201. PMID 21155970. DOI 10.1111/j.1567-1364.2010.00705.x.

Moretti, V.M. et al. (2006). Determination of astaxanthin stereoisomers and colour attributes in flesh of rainbow trout (Oncorhynchus mykiss) as a tool to distinguish the dietary pigmentation source. Food Addit Contam, 23(11), 1056-63. PMID 17071507. DOI 10.1080/02652030600838399.

Rodríguez-Sáiz, M. et al. (2010). Xanthophyllomyces dendrorhous for the industrial production of astaxanthin. Appl Microbiol Biotechnol, 88(3), 645-58. PMID 20711573. DOI 10.1007/s00253-010-2814-x.

Torres-Haro, A. et al. (2021). Metabolic engineering for high yield synthesis of astaxanthin in Xanthophyllomyces dendrorhous. Microb Cell Fact, 20(1), 175. PMID 34488760. DOI 10.1186/s12934-021-01664-6.

Bu içerik bilgilendirme amaçlıdır, tıbbi tavsiye niteliği taşımaz. Herhangi bir sağlık kararı almadan önce hekiminize danışınız. Fonksiyonel mantarlar ilaç değildir ve hastalıkların tedavisinde kullanılamaz.

Atıf yapılan kaynak: 10  |  Yöntem: Editöryel Politika  |  Referanslar: Bibliyografya