Ergothionein, ein dunkles Pferd in der Anti-Aging-Welt 

Ergothionein (EGT) wurde erstmals 1909 vom Wissenschaftler Charles Tanret aus Mutterkornpilzen isoliert, daher der Name. Es handelt sich um ein natürlich vorkommendes Aminosäurederivat, das in Pilzen, einigen Pflanzen und Tieren weit verbreitet ist. In der menschlichen Ernährung sind Pilze, Getreide und bestimmte Meeresfrüchte die Hauptquellen. Durch eingehende Forschung der modernen Wissenschaft kamen nach und nach die bemerkenswerten Wirkungen von Ergothionein ans Licht.

Anti-Aging-Prinzipien und Wirkmechanismen

Doppelte antioxidative Wirkung

Direktes Abfangen freier Radikale: EGT kann verschiedene reaktive Sauerstoffspezies (ROS) und reaktive Stickstoffspezies (RNS) schnell neutralisieren, darunter Superoxidanion (O₂⁻), Wasserstoffperoxid (H₂O₂), Hydroxylradikale (·OH) und Singulettsauerstoff (¹O₂). Dieser direkte Abfangeffekt wurde in In-vitro-Experimenten vollständig bestätigt.

Komparative Vorteile

Regulierung des antioxidativen Abwehrsystems: EGT reguliert die Expression nachgeschalteter antioxidativer Gene (wie HO-1, NQO1, SOD und CAT) hoch, indem es den KEAP1-NRF2-Signalweg aktiviert. Die nukleare Translokation von NRF2 wird durch die Signalwege PI3K/AKT und PKC reguliert, und EGT kann die Freisetzung und nukleare Translokation von NRF2 durch Modulation des Thiolsensors von KEAP1 fördern.

Schutzfunktion bei der Genomstabilität

Reduzierung von DNA-Schäden: EGT hemmt wirksam ROS- und RNS-induzierte DNA-Schäden, insbesondere in mitochondrialer DNA (mtDNA). Studien haben gezeigt, dass Zellen ohne EGT-Transporter ein höheres Maß an DNA-Schäden aufweisen.

Förderung der DNA-Reparatur: EGT absorbiert nicht nur ultraviolette (UV) Strahlung, sondern fördert auch die DNA-Reparatur nach UV-Bestrahlung und schützt so die Hautzellen vor Lichtschäden.

Regulierung epigenetischer Modifikationen

Beeinflussung der Synthese des Methyldonor-SAM: EGT beeinflusst indirekt die Verfügbarkeit von S-Adenosylmethionin (SAM), indem es den Glutathionspiegel (GSH) reguliert und dadurch die Aktivität von DNA-Methyltransferasen (DNMTs) und Histon-Methyltransferasen (HMTs) reguliert.

Aufrechterhaltung der Homöostase freier Eisenionen: EGT hält die Homöostase freier Eisenionen aufrecht, indem es ROS abfängt und so die Aktivität von Demethylasen (wie TETs und JmjC) sicherstellt.

Wechselwirkungen mit dem Sirtuin-Signalweg:

Hochregulierung der SIRT1/SIRT6-Expression: EGT verzögert die Seneszenz von Endothelzellen und induziert nekrotisierende Apoptose in Darmkrebszellen durch Hochregulierung der Expression von SIRT1 und SIRT6.

Aufrechterhaltung des NAD⁺-Spiegels: EGT steigert die Sirtuin-Aktivität, indem es den zellulären Redoxstatus reguliert und das NAD⁺/NADH-Verhältnis aufrechterhält.

Vorbereitung MEthik

Natürliche Extraktionsmethode:

EGT kommt in Naturprodukten wie Speisepilzen, Mutterkorn, Getreide und tierischen Geweben vor. Essbare Pilze haben einen hohen EGT-Gehalt und sind eine wichtige EGT-Quelle.

Allerdings ist der EGT-Gehalt von Naturprodukten im Allgemeinen sehr gering, sodass für die Gewinnung große Mengen an Rohstoffen erforderlich sind, was zu hohen Gewinnungskosten führt. Darüber hinaus schränken Probleme wie ein hoher Grad an Verunreinigungen und Arzneimittelrückständen in den Rohstoffen die industrielle Anwendung von Methoden zur Gewinnung von Naturstoffen ein.

Chemische Synthesemethode: Die traditionelle chemische Synthese von EGT verwendet Histidin als Ausgangsmaterial und synthetisiert EGT in wässriger Lösung über mehrere Schritte, einschließlich Thiolierung, Thioprotektion, Methylierung und Entschützung. Diese Methode hat einen langen Syntheseweg und eine geringe Ausbeute. In den letzten Jahren wurden in Studien Biosynthesewege nachgeahmt, um die chemische Synthese von EGT zu verbessern. Beispielsweise haben Erdelmeier et al. verwendeten Histidinbetain, Cystein und Mercaptopropionsäure als Ausgangsmaterialien, um EGT mithilfe einer vereinfachten Eintopfreaktion zu synthetisieren, wodurch die Einführung von Thioschutzgruppen vermieden, der Syntheseweg verkürzt und die Ausbeute verbessert wurde.

Auch die chemische Synthese bringt einige Herausforderungen mit sich. Beispielsweise führt die Chiralität des α-Kohlenstoffs in der Carboxylgruppe unter sauren oder alkalischen Bedingungen leicht zur Racemisierung, was es schwierig macht, EGT mit hoher optischer Reinheit zu erhalten. Darüber hinaus sind die für die chemische Synthese benötigten Rohstoffe teuer, der Ausgangsstoff 2-Mercaptoimidazol ist schwierig herzustellen und auch die Nachbearbeitung des Produkts ist anspruchsvoll. Daher müssen Forscher chemische Synthesemethoden optimieren und verbessern, um den Anforderungen der großtechnischen Industrieproduktion gerecht zu werden.

Mikrobielle Fermentation: Die Gewinnung von EGT durch Biosynthese bietet Vorteile wie leicht verfügbare Rohstoffe und relativ niedrige Kosten und hat sich in den letzten Jahren zur Hauptmethode für die EGT-Herstellung entwickelt. In der Natur existiert EGT auf zwei Wegen: der aeroben Biosynthese und der anaeroben Biosynthese.

Aerobe Biosynthese von EGT

Viele Studien haben den Biosyntheseprozess von EGT aufgeklärt. Grundsätzlich kann der aerobe Biosyntheseweg der EGT in bakterielle und pilzliche Wege unterteilt werden. Seebeck et al. klärte und rekonstruierte den aeroben Biosyntheseweg von EGT in vitro in Mycobacterium smegmatis und identifizierte fünf am Weg beteiligte Gene: EgtA, EgtB, EgtC, EgtD und EgtE. Diese Gene kodieren für Glutamylcystein-Synthase (EgtA), Fe2+-abhängige Oxidase (EgtB), Gamma-Glutamyl-Transferase (EgtC), S-Adenosylmethionin (SAM)-abhängige Histidin-Methyltransferase (EgtD) bzw. Pyridoxalphosphat-abhängige C-S-Lyase (EgtE). In diesem Prozess katalysiert EgtA die Kondensation von Glutamat und Cystein, um γ-Glutamylcystein zu erzeugen; EgtB katalysiert die oxidative Kupplung in Gegenwart von Sauerstoff und Eisensulfat und fügt der Seitenkette von Histidinbetain (synthetisiert aus Histidin und SAM, katalysiert durch EgtD) eine Thiolgruppe von γ-Glutamylcystein hinzu. EgtC katalysiert dann die weitere Bildung von Histidin-Betain-Cystein-Sulfoxid; Schließlich katalysiert EgtE die Entfernung von Pyruvat und Ammoniak, um EGT zu erzeugen.

Im Pilzbiosyntheseweg sind an EGT hauptsächlich zwei Synthasegene beteiligt, Egt1 und Egt2. Bello et al. identifizierten eine spezifische Synthase, NcEgt1, in *Neurospora crassa*, die Domänen enthält, die denen in EgtB und EgtD von *Mycobacterium smegmatis* ähneln. Egt1 ist an einer zweistufigen katalytischen Reaktion beteiligt: ​​Zuerst katalysiert es die Umwandlung von Histidin in Histidinbetain und dann katalysiert es die Kombination von Histidinbetain und Cystein unter Bildung von Histidinbetaincysteinsulfoxid. Ähnlich wie EgtE katalysiert Egt2 die Bildung von EGT aus Histidin, Betain und Cysteinsulfoxid. Wie in der Abbildung gezeigt, ist der Biosyntheseweg von EGT in Pilzen viel einfacher als der in Bakterien, da nur zwei Enzyme beteiligt sind.

Anaerobe Biosynthese von EGT

Über eine anaerobe Biosynthese von EGT wurde in einem streng anaeroben Schlammbakterium (Chlorobium limicola) berichtet, bei dem die EGT-Biosynthese durch eine zweistufige, sauerstoffunabhängige Reaktion erfolgt. Burn et al. identifizierten Methyltransferase (EanA) und Sulfotransferase (EanB) in diesem anaeroben Schlammbakterium. Wie in der Abbildung gezeigt, katalysiert EanA die Umwandlung von Histidin in Histidinbetain, und dann überträgt EanB unter anaeroben Bedingungen ein Schwefelatom auf den Imidazolring von Histidinbetain, um EGT zu erzeugen. Obwohl der anaerobe Biosyntheseweg einfacher ist, sind die katalytischen Raten von EanA und EanB viel niedriger als die von EgtD und EgtB im aeroben Biosyntheseweg. Daher bleibt der aerobe Biosyntheseweg der dominierende Modus der EGT-Biosynthese.

Bewerbungsaussichten

Ergothionein besitzt starke antioxidative und Anti-Aging-Eigenschaften und bietet breite Anwendungsaussichten in der Lebensmittel-, Kosmetik-, Functional-Food- und biopharmazeutischen Industrie. Besonders hervorzuheben ist seine Anwendung im Schönheits- und Hautpflegebereich, was es zu einem wichtigen Inhaltsstoff in Anti-Aging-Produkten macht.

Zu den Hauptvorteilen gehören:

1. Antioxidans und Anti-Aging: Die starke antioxidative Wirkung von Ergothionein bekämpft wirksam freie Radikale, reduziert oxidative Schäden an Hautzellen, verzögert die Hautalterung und reduziert Falten und Erschlaffung.
2. Aufhellung und Reduzierung von Flecken: Hemmt die Melaninproduktion und -ablagerung, verbessert Pigmentierung und Mattheit und hellt den Hautton auf.
3. Entzündungshemmend und beruhigend: Reduziert Hautentzündungen, lindert wirksam Rötungen und Juckreiz, stärkt die Schutzbarriere der Haut und erhöht ihre Widerstandskraft.
4. Feuchtigkeitsspendend und reparierend: Verbessert effektiv die Barrierefunktion der Haut, verbessert die Hautfeuchtigkeit und fördert die Reparatur und Regeneration geschädigter Haut.
5. Lichtschutz und Schutz vor UV-Schäden: Ultraviolette Strahlung ist einer der Hauptverursacher der Hautalterung. Ergothionein kann durch ultraviolette Strahlung verursachte Hautschäden reduzieren, die Haut vor Lichtalterung schützen und einen wirksamen Sonnenschutz bieten.

Zusammenfassen

Ergothionein verändert mit seinem einzigartigen antioxidativen Mechanismus und seinem breiten Anwendungsspektrum die Anti-Aging-Branche neu. Mit Durchbrüchen in der synthetischen Biologie und eingehender klinischer Forschung könnte es zu einem der Hauptbestandteile für die Verzögerung des Alterns und die Verbesserung der Lebensqualität werden. Für Verbraucher kann die Wahl hochreiner, wissenschaftlich formulierter Ergothioneinprodukte ein Schlüssel zur Bekämpfung der Auswirkungen der Zeit sein.