Ergothioneine، یک اسب تیره در دنیای ضد پیری 

Ergothioneine (EGT) برای اولین بار توسط دانشمند چارلز تانرت در سال 1909 از قارچ ارگوت جدا شد، از این رو نام آن به همین دلیل است. این یک مشتق اسید آمینه طبیعی است که به طور گسترده در قارچ ها، برخی از گیاهان و حیوانات توزیع می شود. در رژیم غذایی انسان، قارچ، غلات و برخی غذاهای دریایی منابع اصلی آن هستند. با تحقیقات عمیق توسط علم مدرن، اثرات قابل توجه ارگوتیونئین به تدریج آشکار شده است.

اصول و مکانیسم های عمل ضد پیری

اثرات آنتی اکسیدانی دوگانه

مهار مستقیم رادیکال های آزاد: EGT می تواند به سرعت گونه های مختلف اکسیژن فعال (ROS) و گونه های نیتروژن فعال (RNS) از جمله آنیون سوپراکسید (O2-)، پراکسید هیدروژن (H2O2)، رادیکال های هیدروکسیل (·OH) و اکسیژن منفرد (O2) را خنثی کند. این اثر مهار مستقیم به طور کامل در آزمایش‌های آزمایشگاهی تأیید شده است.

مزیت های نسبی

تنظیم سیستم دفاعی آنتی اکسیدانی: EGT بیان ژن های آنتی اکسیدانی پایین دست (مانند HO-1، NQO1، SOD و CAT) را با فعال کردن مسیر سیگنالینگ KEAP1-NRF2 تنظیم می کند. انتقال هسته ای NRF2 توسط مسیرهای سیگنالینگ PI3K/AKT و PKC تنظیم می شود، و EGT ممکن است با تعدیل حسگر تیول KEAP1 باعث آزادسازی و انتقال هسته ای NRF2 شود.

نقش حفاظتی در پایداری ژنوم

کاهش آسیب DNA: EGT به طور موثر از آسیب DNA ناشی از ROS و RNS، به ویژه در DNA میتوکندری (mtDNA) جلوگیری می کند. مطالعات نشان داده اند که سلول های فاقد ناقل EGT سطوح بالاتری از آسیب DNA را نشان می دهند.

ترویج ترمیم DNA: EGT نه تنها اشعه ماوراء بنفش (UV) را جذب می کند، بلکه باعث ترمیم DNA پس از تابش اشعه ماوراء بنفش می شود و از سلول های پوست در برابر آسیب نور محافظت می کند.

تنظیم تغییرات اپی ژنتیکی

تأثیر بر سنتز SAM دهنده متیل: EGT با تنظیم سطوح گلوتاتیون (GSH) به طور غیرمستقیم بر در دسترس بودن S-آدنوزیل متیونین (SAM) تأثیر می گذارد و در نتیجه فعالیت متیل ترانسفرازهای DNA (DNMTs) و هیستون متیل ترانسفرازها (HMTs) را تنظیم می کند.

حفظ هموستاز یون آهن آزاد: EGT با از بین بردن ROS، هموستاز یون آهن آزاد را حفظ می کند، بنابراین از فعالیت دمتیلازها (مانند TETs و JmjC) اطمینان حاصل می کند.

تعامل با مسیر سیگنالینگ Sirtuin:

دخیل در بیان SIRT1/SIRT6: EGT پیری سلول های اندوتلیال را به تاخیر می اندازد و با تنظیم مثبت بیان SIRT1 و SIRT6 باعث آپوپتوز نکروزان در سلول های سرطانی کولورکتال می شود.

حفظ سطوح NAD+: EGT با تنظیم وضعیت ردوکس سلولی و حفظ نسبت NAD+/NADH، فعالیت سیرتوئین را افزایش می‌دهد.

آماده سازی Mروش

روش استخراج طبیعی:

EGT در محصولات طبیعی مانند قارچ های خوراکی، ارگوت، غلات و بافت های حیوانی یافت می شود. قارچ های خوراکی دارای محتوای EGT بالایی هستند و منبع مهم EGT هستند.

با این حال، محتوای EGT محصولات طبیعی به طور کلی بسیار کم است، به مقادیر زیادی مواد خام برای استخراج نیاز دارد و در نتیجه هزینه های استخراج بالا را به همراه دارد. علاوه بر این، مسائلی مانند سطوح بالای ناخالصی ها و بقایای دارو در مواد خام، کاربرد صنعتی روش های استخراج محصول طبیعی را محدود می کند.

روش سنتز شیمیاییسنتز شیمیایی سنتی EGT از هیستیدین به عنوان ماده اولیه استفاده می کند و EGT را در محلول آبی طی مراحل متعددی از جمله تیولاسیون، تیو محافظت، متیلاسیون و محافظت زدایی سنتز می کند. این روش دارای مسیر مصنوعی طولانی و بازده کم است. در سال های اخیر، مطالعات مسیرهای بیوسنتزی را برای بهبود سنتز شیمیایی EGT تقلید کرده اند. برای مثال، اردلمایر و همکاران. از هیستیدین بتائین، سیستئین و مرکاپتوپروپیونیک اسید به عنوان مواد اولیه برای سنتز EGT با استفاده از یک واکنش ساده یک گلدانی، اجتناب از معرفی گروه‌های محافظ تیو، کوتاه کردن مسیر مصنوعی و بهبود عملکرد استفاده کرد.

سنتز شیمیایی نیز چالش هایی را به همراه دارد. به عنوان مثال، کایرالیته آلفا کربن در گروه کربوکسیل به راحتی منجر به راسمی شدن در شرایط اسیدی یا قلیایی می شود و به دست آوردن EGT با خلوص نوری بالا را دشوار می کند. علاوه بر این، مواد خام مورد نیاز برای سنتز شیمیایی گران هستند، ماده اولیه 2-mercaptoimidazole تهیه آن دشوار است، و پس از پردازش محصول نیز چالش برانگیز است. بنابراین، محققان نیاز به بهینه سازی و بهبود روش های سنتز شیمیایی برای رفع نیازهای تولید صنعتی در مقیاس بزرگ دارند.

تخمیر میکروبی: بدست آوردن EGT از طریق بیوسنتز دارای مزایایی از جمله مواد اولیه در دسترس و هزینه نسبتا پایین بوده و در سالهای اخیر به روش اصلی تهیه EGT تبدیل شده است. در طبیعت، EGT از طریق دو مسیر وجود دارد: بیوسنتز هوازی و بیوسنتز بی هوازی.

بیوسنتز هوازی EGT

بسیاری از مطالعات فرآیند بیوسنتزی EGT را روشن کرده اند. اساساً مسیر بیوسنتزی هوازی EGT را می توان به مسیرهای باکتریایی و قارچی تقسیم کرد. Seebeck و همکاران مسیر بیوسنتزی هوازی EGT را در شرایط آزمایشگاهی در مایکوباکتریوم اسمگماتیس روشن و بازسازی کرد و پنج ژن درگیر در مسیر را شناسایی کرد: EgtA، EgtB، EgtC، EgtD و EgtE. این ژن ها گلوتامیل سیستئین سنتاز (EgtA)، اکسیداز وابسته به Fe2+ (EgtB)، گاما گلوتامیل ترانسفراز (EgtC)، هیستیدین متیل ترانسفراز وابسته به S-آدنوزیل متیونین (SAM) (EgtD) و پیریدوکسال (به ترتیب EgtE-Sphate) را کد می کنند. در این فرآیند، EgtA تراکم گلوتامات و سیستئین را برای تولید γ-گلوتامیل سیستئین کاتالیز می کند. EgtB جفت اکسیداتیو را در حضور اکسیژن و سولفات آهن کاتالیز می کند و یک گروه تیول از γ-گلوتامیل سیستئین را به زنجیره جانبی هیستیدین بتائین (سنتز شده از هیستیدین و SAM کاتالیز شده توسط EgtD) اضافه می کند. EgtC سپس تشکیل بیشتر هیستیدین بتائین سیستئین سولفوکسید را کاتالیز می کند. در نهایت، EgtE حذف پیروات و آمونیاک را برای تولید EGT کاتالیز می کند.

در مسیر بیوسنتزی قارچی، EGT عمدتا شامل دو ژن سنتاز Egt1 و Egt2 است. بلو و همکاران یک سنتاز خاص به نام NcEgt1 را در *Neurospora crassa* شناسایی کرد که حاوی دامنه هایی مشابه با دامنه های موجود در *Mycobacterium smegmatis*'s EgtB و EgtD است. Egt1 در یک واکنش کاتالیزوری دو مرحله ای شرکت می کند: ابتدا تبدیل هیستیدین به هیستیدین بتائین را کاتالیز می کند و سپس ترکیب هیستیدین بتائین و سیستئین را کاتالیز می کند تا هیستیدین بتائین سیستئین سولفوکسید را ایجاد کند. مشابه EgtE، Egt2 تشکیل EGT را از هیستیدین، بتائین و سیستئین سولفوکسید کاتالیز می کند. همانطور که در شکل نشان داده شده است، چون تنها دو آنزیم درگیر هستند، مسیر بیوسنتزی EGT در قارچ ها بسیار ساده تر از باکتری ها است.

بیوسنتز بی هوازی EGT

بیوسنتز بی هوازی EGT در یک باکتری گل کاملاً بی هوازی (Chlorobium limicola) گزارش شده است، که در آن بیوسنتز EGT از طریق یک واکنش دو مرحله ای مستقل از اکسیژن انجام می شود. برن و همکاران متیل ترانسفراز (EanA) و سولفوترانسفراز (EanB) را در این باکتری گل بی هوازی شناسایی کرد. همانطور که در شکل نشان داده شده است، EanA تبدیل هیستیدین به هیستیدین بتائین را کاتالیز می کند و سپس EanB، در شرایط بی هوازی، یک اتم گوگرد را به حلقه ایمیدازول هیستیدین بتائین برای تولید EGT منتقل می کند. اگرچه مسیر بیوسنتز بی هوازی ساده تر است، اما نرخ کاتالیزوری EanA و EanB بسیار کمتر از EgtD و EgtB در مسیر بیوسنتز هوازی است. بنابراین، مسیر بیوسنتز هوازی حالت غالب بیوسنتز EGT است.

چشم انداز برنامه

Ergothioneine دارای خواص آنتی اکسیدانی و ضد پیری قوی است و چشم انداز کاربرد گسترده ای در صنایع غذایی، آرایشی، غذای کاربردی و بیودارویی دارد. کاربرد آن در زمینه زیبایی و مراقبت از پوست به ویژه برجسته است و آن را به یک عنصر مهم در محصولات ضد پیری تبدیل می کند.

مزایای اصلی آن عبارتند از:

1. آنتی اکسیدان و ضد پیری: ظرفیت آنتی اکسیدانی قوی ارگوتیونئین به طور موثر با رادیکال های آزاد مبارزه می کند، آسیب اکسیداتیو به سلول های پوست را کاهش می دهد، پیری پوست را به تاخیر می اندازد و چین و چروک و افتادگی پوست را کاهش می دهد.
2. سفید کننده و کاهش لکه: از تولید و رسوب ملانین جلوگیری می کند، رنگدانه و تیرگی را بهبود می بخشد و رنگ پوست را روشن می کند.
3. ضد التهاب و تسکین دهنده: التهاب پوست را کاهش می دهد، به طور موثر قرمزی و خارش را از بین می برد، سد محافظ پوست را تقویت می کند و مقاومت آن را افزایش می دهد.
4. مرطوب کننده و ترمیم کننده: به طور موثر عملکرد مانع پوست را بهبود می بخشد، رطوبت پوست را افزایش می دهد و باعث ترمیم و بازسازی پوست آسیب دیده می شود.
5. محافظت از نور و محافظت در برابر آسیب UV: اشعه ماوراء بنفش یکی از مقصران اصلی پیری پوست است. ارگوتیونئین می تواند آسیب های پوستی ناشی از اشعه ماوراء بنفش را کاهش دهد، از پوست در برابر پیری نور محافظت کند و محافظت موثری در برابر نور خورشید ایجاد کند.

خلاصه کنید

Ergothioneine، با مکانیسم آنتی اکسیدانی منحصر به فرد و طیف وسیعی از کاربردها، صنعت ضد پیری را تغییر می دهد. با پیشرفت در زیست شناسی مصنوعی و تحقیقات بالینی عمیق، ممکن است به یکی از اجزای اصلی برای به تاخیر انداختن پیری و بهبود کیفیت زندگی تبدیل شود. برای مصرف کنندگان، انتخاب محصولات ارگوتیونئین با خلوص بالا و فرمول علمی ممکن است کلیدی برای مبارزه با اثرات زمان باشد.