2.2. Carotenoides

Els carotenoides són els pigments naturals més comuns; són ben coneguts per la seva potent activitat antioxidant, ja que són extintors físics molt eficients de l'oxigen singlet i eliminadors d'altres ROS. Els carotenoides també són coneguts per la seva capacitat d'actuar com a extintors de productes de fotosensibilització, donant-los propietats fotoprotectores [109].

Segons estudis rellevants, el cistanche és una herba comuna que es coneix com "l'herba miracle que allarga la vida". El seu component principal éscistanòsid, que té diversos efectes com araantioxidant, antiinflamatori, ipromoció de la funció immune. El mecanisme entre cistanche ipellblanqueigrau en l'efecte antioxidant del cistancheglucòsids. La melanina a la pell humana es produeix per l'oxidació de la tirosina catalitzada pertirosinasa, i la reacció d'oxidació requereix la participació d'oxigen, de manera que els radicals lliures d'oxigen del cos esdevenen un factor importantafecta la producció de melanina. Cistanche conté cistanòsid, que és un antioxidant i pot reduir la generació de radicals lliures al cos, per tantinhibint la producció de melanina.

Feu clic a Cistanche Tubulosa per blanquejar

Per a més informació:

david.deng@wecistanche.com WhatApp:86 13632399501

En l'última dècada, ha augmentat l'interès per la fermentació microbiana per a la producció de carotenoides naturals. S'ha informat àmpliament de la producció de carotenoides per bacteris, llevats esporògens, fongs filamentosos [110] i microalgues [111], sent la font més destacada els cianobacteris [112]. En conseqüència, els microbis carotenogènics Xanthophyllomyces dendrorhous, el transport de Blakeslee i l'Haematococcus pluvialis s'han utilitzat àmpliament en processos a gran escala. A més, la transformació dels microbis no carotenogènics E. coli, S. cerevisiae, Candida utilis i Zymomonas mobilis, amb gens carotenoides de microbis seleccionats s'ha aplicat amb èxit per a la producció de carotenoides [113]. E. coli en la fermentació per lots alimentats va produir 72,6 mg/g cdw (pes sec de les cèl·lules) de -carotè [1] i 1,44 g/L de licopè [49], mentre que la producció d'astaxantina es va millorar 1.4- vegades en comparació a la soca parental de X. dendrorhous, arribant a 1,25 mg/L (taula 1) [46]. L'astaxantina (5), el -carotè (6) i la luteïna són els carotenoides amb més valor afegit (Figura 2) [114]. La luteïna oxicarotenoide és produïda principalment per microalgues del gènere Chlorella, Dunaliella i Haematococcus [114]. El seu profund efecte sobre el sistema de defensa antioxidant s'atribueix a la seva estructura química. En sistemes in vitro, va eliminar significativament el superòxid (IC50: 21 µg/mL), l'hidroxil (IC50: 1,75 µg/mL), l'òxid nítric (IC50: 3,8 µg/mL) i el DPPH (IC50: 35 µg). /mL) radical i inhibició de la peroxidació lipídica (2,2 µg/mL). En sistemes in vivo, s'ha demostrat que és un eliminador eficaç de radicals superòxid (IC50: 21 µg/mL) [51].

2.3. Exopolisacàrids (EPS)

Els EPS són polímers d'hidrats de carboni d'alt pes molecular que demostren fortes activitats d'eliminació, capacitat de quelant dels metalls i inhibició de la peroxidació lipídica. Aquests compostos es troben entre les substàncies bioactives més explotades per la seva capacitat anti-envelliment [115].

Els EPS es biosintetitzen principalment per bacteris i fongs. La capacitat d'un microorganisme per produir EPS antioxidants es va introduir per primera vegada amb l'estudi de Paenibacillus polymyxa. Aquest bacteri endofític, aïllat de l'arrel de Stemona japonica, produeix diferents EPS amb una forta activitat eliminadora contra el superòxid i el radical hidroxil [116,117] (Taula 1). Quan es va provar a una concentració d'1 mg/ml, l'efecte eliminador de l'EPS brut contra el radical superòxid va ser del 74,38 per cent, mentre que l'activitat de l'EPS-1 i EPS-2 purificats va ser superior a l'àcid ascòrbic. . A la mateixa concentració, EPS, EPS-1 i EPS-2 també van ser molt efectius contra el radical hidroxil [56]. EPS-1 i EPS-2 estaven composts per manosa, fructosa i glucosa en proporcions molars de 2,6:29,8:1 i 4,2:36,6:1, respectivament. Des d'aquest descobriment, es va trobar que molts endòfits produeixen EPS antioxidants. Un cas característic és la fracció ramnosa-galactà purificada de Fusarium solani i Bacillus cereus aïllades d'Alstonia scholaris i Artemisia annua L., respectivament. Aquesta fracció EPS va mostrar una important activitat eliminadora contra el DPPH, (IC50:0,6 mg/mL), el superòxid (IC50: 2,6 mg/mL) i el radical hidroxil (IC50: 3,1 mg/mL) [ 54,55].

L'optimització dels paràmetres de cultiu de P. polymyxa mitjançant sacarosa, extracte de llevat i CaCl2 va mostrar un rendiment d'EPS de 35, 26 g/L (18, 74 per cent), que va ser 1. 55- vegades superior en comparació amb el medi original [57]. Les estructures d'EPS són de gran varietat. EPS aïllades del medi de cultiu del fong endofític Aspergillus sp. estaven compostes principalment per manosa i galactosa (89,4:10,6) [59], mentre que les EPS aïllades del bacteri endofític Burkholderia tropica estaven compostes principalment per ramnosa, glucosa i àcid glucurònic (2:2:1) [60]. També s'han aïllat EPS antioxidants de la microalga terrestre Rhodella reticulata. Els seus polisacàrids extracel·lulars van mostrar una forta activitat antioxidant, significativament superior al -tocoferol. La capacitat d'eliminació de radicals contra el radical superòxid del polisacàrid extracel·lular desproteinitzat va arribar a 328,48 U/L, en comparació amb 174,03 U/L de -tocoferol [118].

2.4. Enzims

Les superòxid dismutases (SOD) catalitzen la neutralització de dos radicals superòxid mitjançant l'addició de dos ions hidrogen per formar peròxid d'hidrogen i oxigen. Pertanyents a la família dels metaloenzims, els SOD es diferencien en el seu cofactor metàl·lic: Ni-SOD, CuZn-SOD, Fe-SOD i Mn-SOD; els tres últims es troben habitualment a les microalgues. La biosíntesi de SOD està directament relacionada amb el nivell de ROS cel·lular. Un estudi realitzat sobre microalgues Scenedesmus vacuolations i Pinnularia viridis va demostrar que la concentració i l'activitat SOD es correlacionen amb l'estrès relacionat amb ROS [119,120]. De la mateixa manera, l'eliminació de ROS a la majoria de bacteris Streptococcus i Lactococcus spp. s'ajusta a aquest sistema general de defensa antioxidant ja que tots dos gèneres expressen MnSOD. Tanmateix, aquests bacteris només posseeixen un tipus de SOD, és a dir, l'enzim que conté Mn (MnSOD), el que fa que aquest enzim sigui una part essencial de la maquinària cel·lular antioxidant [121].

Les catalases contenen llocs actius de porfirina hemo que degraden peròxid d'hidrogen en aigua i oxigen [119]. Una molècula de catalasa pot convertir sis mil milions de molècules de peròxid d'hidrogen cada minut [122]. En el llevat S. cerevisiae, la sobreexpressió de catalasa redueix l'estrès oxidatiu induït per l'àcid làctic [123]. A més, un estudi amb l'alga verda unicel·lular Chlamydomonas reinhardtii va demostrar que el peròxid d'hidrogen dels mitjans es degradava més ràpidament quan l'inhibidor de la catalasa aminotriazol estava absent; per tant, la catalasa és un dels principals enzims implicats en la desintoxicació de ROS [124].

Finalment, les peroxidases catalitzen l'oxidació de diversos substrats per peròxid d'hidrogen. L'ascorbat, el citocrom C, el pirogallol i el glutatió són exemples d'aquests substrats. Pel que fa als altres enzims antioxidants, la inducció de l'activitat de la peroxidasa després de l'acumulació de ROS sembla que depèn de la concentració i del temps [119].

3. Agents fotoprotectors

Els ultraviolats A (UVA, 315–400 nm) i els ultraviolats B (UVB, 280–315 nm) tenen un paper important en el dany de les cèl·lules de la pell. Els UVA estan implicats principalment en la creació de ROS mentre que els UVB afecta molt la integritat de l'ADN i les proteïnes. Per protegir-se de la radiació UV, els microorganismes terrestres han desenvolupat diverses estratègies, una de les quals és l'acumulació de compostos fotoprotectors [2].

Malgrat l'evidència que diversos compostos de microorganismes tenen activitats fotoprotectores, s'ha realitzat sorprenentment poc treball amb models de pell in vivo. Això podria explicar-se parcialment pel fet que la UE ha prohibit les proves in vivo de cosmètics des del 2013. Així, s'han establert efectes potencials de protecció de la pell a partir d'estudis in vitro existents [125].

3.1. Melanines 

Els bacteris, els fongs i els protistes poden produir un grup divers de pigments. Els fongs melanitzats són majoritàriament llevats negres i els bacteris melanitzats pertanyen principalment als actinobacteris [126].

El paper bàsic de les melanines en els microorganismes encara és un tema de controvèrsia i especulació. El fet que aquests compostos siguin interceptors de fotons UV condueix a una menor vulnerabilitat dels microecosistemes a la radiació UV. Les melanines també participen en la producció d'energia per la seva capacitat d'acceptar electrons. Finalment, en alguns microorganismes patògens, aquests compostos actuen com a factors de virulència, reduint els mecanismes de defensa de l'hoste [127].

El terme melanina engloba tres substàncies polimèriques; eumelanina, feomelanina i alomelanina. Els bacteris contenen majoritàriament eumelanina i totes les melanines, mentre que els fongs expressen majoritàriament totes les melanines [126]. Les melanines fúngiques s'han aïllat de Cryptococcus neoformans, Candida albicans, Aspergillus sp., Sporothrix schenckii, Fonsecaea pedrosoi, Paracoccidioides brasiliensis, Coccidioides sp. i Histoplasma capsulatum [128]. Les melanines també estan molt esteses en una varietat de bacteris, com E. coli, B. cereus, Klebsiella sp., Pseudomonas aeruginosa, Pseudomonas stutzeri, Bacillus thuringiensis, Vibrio cholera i Streptomyces Kathie [129]; l'últim ha estat seleccionat com un microorganisme ideal per a la producció de melanina. En condicions òptimes, el rendiment es va maximitzar a 13,7 g/L. En aquest estudi, S. kathirae es va identificar com un excel·lent candidat per a la producció de melanines a escala industrial [67].

3.2. Derivats indol i pirrol 

Scytonemin (7) és un pigment alcaloide groc a marró compost per una subunitat indòlica i una fenòlica. Fins ara, només s'han informat quatre derivats diferents: dimetoxiscitonemina (8), citoquinina (9), acetonèmia -3a-imina (10) i tetrametoxiscitonemina (11) (figura 3). Coneguda per la seva forta funció d'absorció d'UV i la seva capacitat d'eliminació de radicals lliures, l'escitonemina i els seus derivats són excel·lents candidats per a la protecció de la pell. Scytonemin impedeix que fins a un 90 per cent de la radiació UV solar entri a la cèl·lula. La forta activitat d'eliminació de radicals d'aquest compost (IC50: 36 µM contra el radical ABTS), combinada amb la seva localització a la paret cel·lular bacteriana, explica el seu paper protector i la incapacitat de la radiació UV-A per creuar l'embolcall cel·lular [130,131].

Quasi exclusivament sintetitzada per cianobacteris d'ambients extrems, l'escitonemina (7) ha estat descrita en més de 300 espècies de cianobacteris, moltes d'elles terrestres; per exemple, Nostoc commune, Nostoc microscopic, Phormidium sp., i Pleurocapsa sp. Scytonemin també es troba a Scytonema hoffmani juntament amb dimethoxyscytonemin (8), tetramethoxyscytonemin (11) i citoquinina (9) [132]. Per induir la biosíntesi d'escitonemina (7), la modulació de la temperatura o l'estrès fotooxidatiu s'ha de combinar amb l'estrès osmòtic i la dessecació periòdica [126]. Per a aplicacions industrials, s'ha optimitzat la producció de l'escitonemina protectora dels UV a N. commune per produir 758 µg/g [73] (Taula 1).

La prodigiosina (12) es caracteritza per un esquelet comú de pirrolil dipirrometè que conté un sistema d'anells 4-metoxi-2,20 -pirrol (figura 3). Aquest pigment vermell és produït principalment per soques pertanyents al gènere bacterian Serratia [75]. Coneguda per la seva activitat antipalúdica, antibacteriana i anticancerígena, la prodigiosina també ha demostrat una activitat protectora dels raigs UV. Quan s'utilitza com a additiu en filtres solars comercials (4% p/p de prodigiosina), els factors de protecció solar (SPF) van augmentar entre un 20-65% . En el mateix estudi, l'addició d'un 4 per cent (p/p) de prodigiosina en extractes de fulles fotoprotectores de fruites d'Aloe vera i Cucumis sativus va mostrar un augment dels SPF de fins a 3,5 ordres de magnitud [133]. Els bacteris Pseudomonas magneslorubra, Vibrio psychroerythrous, Vibrio gazogenes, Alteromonas rubra i Rugamonas rubra, juntament amb actinomicets, com Streptomyces rubrireticuli i S. longisporus rubber, han estat estudiats per la seva capacitat de produir prodigiosina o els seus derivats [133]. Es va informar de la millora en la producció de prodigiosina (277 mg/L) mitjançant l'addició d'una peptona de banya de carnero (RHP, 0,4 per cent p/v) en els medis de cultiu de S. marcescens MO-1 [75] (Taula 1).

La violaceïna (13) és un pigment porpra que presenta una estructura inusual que consisteix en una 2-pirrolidona i un sistema d'anells d'oxindol connectats per un doble enllaç, i una unitat 5-hidroxiindol (Figura 3) [134] . Coneguda per tenir efectes antibacterians contra Staphylococcus aureus i altres patògens Gram-positius, la violaceïna també pot actuar com a agent fotoprotector contra la irradiació UV. Aquest compost absorbeix a les longituds d'ona visibles i presenta una àmplia banda d'absorció estesa fins a 700 nm [69]. Quan s'utilitza com a additiu en filtres solars comercials (4% p/p de violaceïna), els SPF van augmentar entre un 10 i un 22%. A més, l'addició al 4 per cent (p/p) de violaceïna en extractes fotoprotectors de fulles d'A. vera i fruits de C. sativus, va mostrar un augment dels SPF de fins a 3,5 ordres de magnitud [133]. La violaceïna la produeixen principalment les soques bacterianes Janthinobacterium lividum, Pseudoalteromonas sp. i Chromobacterium violaceum (taula 1). Val la pena esmentar que el pH mitjà, el volum de cultiu, la concentració de nitrat de potassi i el L-triptòfan afecten significativament la producció de violaceïna. El cultiu de C. violaceum, aïllat de diverses fonts de residus vegetals, en un medi complementat amb bagàs de sucre i L-triptòfan al 10 per cent (v/v), va augmentar la producció final de violaceïna a 0,82 g/L [70]. De la mateixa manera, els paràmetres de cultiu optimitzats de Duganella sp. augmentat en 4,8 vegades el rendiment final de violaceïna bruta (1,62 g/L) [71].

3.3. Micosporines i aminoàcids semblants a les micosporines (MAA)

Originàriament detectada als micelis dels basidiomicets terrestres, la ciclosporina presenta un anell central de ciclohexenona o cicloheximida i una gran varietat de substitucions. Els aminoàcids semblants a la micosporina són derivats d'imina de la ciclosporina. L'anell absorbeix la llum UV i dissipa energia en forma de calor, sense generar ROS. Els cianobacteris i les microalgues poden sintetitzar ciclosporina i MAA, mentre que els fongs només produeixen ciclosporina [126] (taula 1).

Principalment coneguts per la seva activitat fotoprotectora, els MAA també són antioxidants eficients i eliminadors de ROS. Aquestes activitats han donat lloc a diverses patents en la recerca de filtres UV naturals [135].

Com en altres casos, la producció de MAA microbians es pot optimitzar després de la modificació dels paràmetres de cultiu. Khosravi et al. va demostrar que la combinació d'irradiació UV i salinitat elevada augmenta significativament la bioacumulació de MAA [136]. De fet, l'exposició dels fongs terrestres a la radiació UV, la dessecació i l'escassetat de nutrients va augmentar significativament la producció del compost que absorbeix UV micosporina-glutaminil-glucòsid (14) (Figura 3) [137].

4. Agents per blanquejar la pell

Els agents per blanquejar la pell estan disponibles comercialment amb finalitats cosmètiques i clíniques, per obtenir una pell més clara i tractar trastorns hiperpigmentaris [138]. La pigmentació desigual de la pell pot provocar taques, taques de color marró a gris o pigues que poden requerir intervencions estètiques [13]. Els agents blanquejants actuen a diversos nivells de producció de melanina a la pell, ja sigui inhibint l'activitat de la tirosinasa, l'enzim clau de la melanogènesi en plantes i animals, o inhibint el transport de melanosomes des dels melanòcits als queratinòcits circumdants [139-141].

4.1. Pirons

L'àcid kojic (15) és un metabòlit secundari de fongs soluble en aigua de baix cost (figura 4). Té dos grups OH, el primari a C-7 i el secundari a C{-5, que és essencial per a l'activitat d'eliminació de radicals i d'interferència de la tirosinasa (IC50: 14 µM) [142,143]. L'activitat despigmentant de la pell de l'àcid cògic resulta de la inhibició de les activitats de plega i catecolasa de la tirosinasa. Impedeix la conversió de l'O-quinona a DL-DOPA i la dopamina a la seva corresponent melanina. Es demostra una disminució del contingut de melanina als melanòcits després del seu tractament amb àcid cògic [143]. Aquest compost s'ha utilitzat àmpliament per a la despigmentació de la pell (i en conseqüència com a agent cosmètic) amb un excel·lent efecte blanquejador, per la seva capacitat per inhibir l'activitat tirosinasa.

Produït principalment per Penicillium sp. i Acetobacter sp., l'àcid cògic també s'ha aïllat d'altres microorganismes terrestres, com Aspergillus flavus, un fong endofític de Vigna unguiculata [81]. Per produir aquest compost, s'utilitza àmpliament la fermentació d'Aspergillus sp. També s'utilitzen habitualment altres soques, com ara A. oryzae (0,26 g àcid cògic/g glucosa), A. parasiticus (0.{089 g/g glucosa), i A. candidus (0,3 g/g sacarosa). Es va obtenir un alt rendiment de 0,453 g/g de glucosa amb el cultiu d'A. flavus [82,83,144] (Taula 1).

4.2. Lactones fenòliques

L'àcid elàgic (16) és un polifenol antioxidant que ha generat interès comercial a causa de les recomanacions d'ús tòpic com a agent blanquejador de la pell (Figura 4). Aquest compost inhibeix la melanogènesi mitjançant la reducció química de les O-quinones (O-dopaquinona) i les semiquinones [145].

L'àcid elàgic es pot produir a partir de tanins vegetals mitjançant la fermentació utilitzant diferents soques d'A. niger[146,147]. Es va obtenir un rendiment de 6,3 i 4,6 mg d'àcid elàgic/g de closca de magrana seca convertint els elagitanins de magrana en àcid elàgic en una fermentació en estat sòlid[85] (taula 1).

4.3. Àcids carboxílics

L'àcid azelaic (17) és un àcid dicarboxílic saturat produït per Malassezia furfur (també conegut com Pityrosporum ovale), un llevat que viu a la pell normal [91] (Figura 4) (Taula 1). És eficaç per tractar diverses afeccions de la pell, com ara l'acne, la inflamació i la hiperpigmentació. Com a inhibidor competitiu de la tirosinasa in vitro, s'ha utilitzat per tractar el melasma, Lentigo maligna i la hiperpigmentació postinflamatòria. La concentració mínima a la qual l'àcid azelaic demostra la seva activitat antienzimàtica és de 10-3 mol/L i és aproximadament igual al contingut del 20 per cent d'àcid azelaic en una crema aplicada tòpicament [148,149]. A més, l'eficàcia d'una crema d'àcid azelaic del 20 per cent és superior a una crema d'hidroquinona (HQ) del 2 per cent, mentre que no es van informar efectes secundaris greus [90,150]. Els assaigs clínics van demostrar que aquesta crema també era eficaç contra el melasma quan s'utilitzava en paral·lel amb un protector solar d'ampli espectre. Així, la capacitat de l'àcid azelaic per reduir la quantitat de melanina en una regió específica del teixit de la pell, així com la manca d'efectes secundaris, fa que sigui àmpliament utilitzat en formulacions cosmètiques.

L'àcid làctic també s'utilitza com a blanquejador de la pell (taula 1). A una dosi de 5 00 µg/ml, inhibeix la formació de melanina de manera dependent de la dosi sense afectar el creixement cel·lular [151]. Estudis recents han demostrat que les espècies de Rhizopus podrien oferir una font alternativa valuosa per a la producció d'àcid làctic [152]. El fong filamentos R. oryzae converteix tant la glucosa com la xilosa en condicions aeròbiques en àcid l(plus)-làctic amb rendiments que varien entre 0,55 i 0,8 g/g [87].

L'àcid poliglutàmic (-PGA) és un polímer natural produït per diferents espècies de Bacillus (els rendiments varien de 10 a 50 g/L segons l'espècie) [88] (Taula 1). Els estudis relacionats amb l'efecte inhibidor contra la tirosinasa i la tirosinasa dels bolets en cèl·lules de melanoma B16 van informar d'una activitat dependent de la dosi. - Els PGA, i especialment els polímers de baix pes molecular, han cridat molta atenció pel seu gran potencial en cosmètics com a agents blanquejants de la pell [153].

4.4. Enzims i productes derivats

La possibilitat d'utilitzar enzims melanocítics en l'alleugeriment de la pell es va examinar mitjançant el cribratge de l'activitat melanocítica potencial dels aïllats de fongs salvatges. Entre ells, Sporotrichum pruinose va ser el més prometedor del nombre molt limitat de fongs que decoloren la melanina sintètica [154]. Tal com es descriu a la patent dels EUA 20030077236, les composicions que contenien enzims degradants de melanina derivats d'Aspergillus fumigatus o S. cerevisiae eren el doble d'efectius que l'àcid cògic per produir un efecte blanquejador a la pell.

Es pot obtenir una gran varietat de compostos amb aplicacions potencials per a la protecció de la pell mitjançant processos biotecnològics mitjançant l'ús d'enzims aïllats de microorganismes terrestres. És el cas del retinol, la forma més activa de la vitamina A, un agent blanquejador de la pell que s'ha sintetitzat mitjançant l'esterificació de l'àcid palmític mitjançant una lipasa B modificada de Candida antarctica (CALB) i una lipasa modificada de Pseudomonas fluorescent, per maximitzar la seva solubilitat en aigua i minimitzar la irritació de la pell. Altres modificacions de la vitamina A inclouen l'esterificació amb oleic, làctic, succínic o metil succínic, catalitzat per CALB o per Rhizomucor miehei lipasa [155].

Una millor absorció dèrmica i una activitat de blanqueig de la pell un 10 per cent més alta, en comparació amb el conegut inhibidor de la tirosinasa arbutina, es va demostrar pel seu èster d'àcid undecilènic d'arbutina derivat que s'ha sintetitzat enzimàticament mitjançant una proteasa alcalina de Bacillus subtilis [94,155]. A més, els glucòsids de -arbutina es van sintetitzar mitjançant la reacció de transglicosilació de la ciclomaltodextrina glucanotransferasa de Bacillus macarons. Els glucòsids sintetitzats van mostrar una inhibició més gran de la tirosinasa humana que l'arbutina [156].

Per a més informació: david.deng@wecistanche.com WhatApp:86 13632399501