CC BY
3INTERNATIONAL SCIENTIFIC AND PRACTICAL CONFERENCE "STATUS AND DEVELOPMENT PROSPECTS OF FUNDAMENTAL AND APPLIED MICROBIOLOGY: THE VIEWPOINT OF YOUNG SCIENTISTS" _25-26 SEPTEMBER, 2024_
БИОСУРФАКТАНТЫ КАК ПОТЕНЦИАЛЬНЫЕ НОВЫЕ ПРОДУКТЫ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В КОСМЕТИЧЕСКОЙ
ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Саидова И.М.1, Сайлиев М.У.1, Абдухалилова Н.С.2, Алимова Б.Х.1, Пулатова О.М.1,
Махсумханов А.А.1, Давранов К.Д.1
1Институт микробиологии Академии наук Республики Узбекистан 2Институт фармацевтического образования и исследований Узбекистан https://doi.org/10.5281/zenodo.13847154 Биосурфактанты (БС) — это широкий спектр поверхностно-активных органических соединений, продуцируемых многими прокариотическими и эукариотическими микроорганизмами. БС обычно классифицируются по химической структуре, молекулярной массе и механизму действия, функционируют в широком диапазоне рН, температуры и концентрации NaCl, для них характерна низкая критическая концентрация мицелообразования (ККМ), они проявляют биологическую активность (антибактериальную, противогрибковую, противовирусную, иммуномодулирующую и противоопухолевую) не свойственную синтетическим ПАВ. Наиболее изученными БС являются гликолипиды: рамнолипиды, трегалолипиды, софоролипиды и маннозилэритритные липиды, а также липопептиды, их считают многофункциональными биомолекулами XXI века [1,2]. Они находят широкое применение в косметической промышленности и медицине, так, к достижениям научных исследований в мировой науке относятся исследования, проведенные международными компаниями, например компания «Reance One» заняла первое место в номинации «Лучший функциональный ингредиент» на выставке «In-Cosmetics Global 2018», этой компанией для промышленного синтеза получены и модифицированы штаммы непатогенных бактерий, эффективно синтезирующие гликолипиды на растительных сахарах. Полученный БС рекомендован к использованию в составе моющих средств для личной гигиены. В качестве антивозрастного средства на основе БС (MEL), синтезированного дрожжами, создан безопасный активатор против старения, который показал высокое активирующее и антивозрастное действие на клетки [3]. Одним из аспектов следующего изобретения был способ приготовления косметической антивозрастной композиции с использованием сурфактина; композиция включала сурфактин и различные вспомогательные вещества, обычно используемые в фармацевтических рецептурах. Сурфактин способствовал улучшению проникновения косметических средств через кожу (skinpenetrant), проявлял высокую пенообразующую и эмульгирующую активность [4]. На основе БС сурфактина штамма Bacillus subtilis Российской компанией создан гель, очищающий кожу также хорошо, как сульфатные ПАВ, при этом сохранялся эпидермальный барьер, снижалась потеря влаги кожи. Преимуществами данного геля было природное происхождение, 100% биоразлагаемость, эмульгирующая способность БС была в 3000 раз выше, чем у лецитина и в 300 раз выше, чем у синтетических эмульгаторов [5]. Важной областью исследований современной биомедицины является также разработка эффективных ранозаживляющих средств на основе мазей. Так, индийскими учеными Sonam Guptaa и др. изучено ранозаживляющее свойство гликолипида, синтезированного Bacillus licheniformis SV1. Показано, что гликолипид как основной компонент, не только дезинфицировал место раны от
INTERNATIONAL SCIENTIFIC AND PRACTICAL CONFERENCE "STATUS AND DEVELOPMENT PROSPECTS OF FUNDAMENTAL AND APPLIED MICROBIOLOGY: THE VIEWPOINT OF YOUNG SCIENTISTS" _25-26 SEPTEMBER, 2024_
потенциальных возбудителей, но также способствовал стимуляции хемотаксических факторов, которые в свою очередь приводили к генерации клеток. [6]. Проблемой многих людей является появление перхоти на коже головы, вызываемое грибком Malassezia, что при отсутствии лечения, может привести к определённым осложнениям (выпадению волос, себорейному дерматиту, к развитию гнойничковой инфекции). В настоящем изобретении предлагается средство против перхоти в виде шампуня, содержащего экстракт чая, БС, продукт ферментации метилолеата. БС представлял собой рамнолипид, полученный путем ферментации штамма бактерии рода Pseudomonas. Разработанное средство против перхоти обладало бактерицидными свойствами широкого спектра действия и оказывало ингибирующее действие на грибки, вызывающие перхоть, и рекомендован для использования в препаратах против зуда. [7].
На основании анализа литературных данных можно сделать вывод, что использование синтетических ПАВ оказывает негативное влияние на микробиом человека и что в настоящее время выделение и изучение микроорганизмов-продуцентов БС и их последующее использование в составе косметических средств является целесообразным и перспективным. Биотехнология производства БС и применение так называемых «зеленых» (т.е.экологически чистых) или «органических» продуктов на основе БС представляет большой интерес и является актуальным направлением микробной биотехнологии.
Материалы и методы. Для выделения и скрининга микроорганизмов (бактерий, грибов и дрожжей) продуцентов БС были использованы штаммы и изоляты микроорганизмов, хранящиеся в лаборатории Энзимологии и «Коллекции промышленно-важных штаммов микроорганизмов» Института микробиологии АН РУз. Изоляты, выделенные как из загрязнённых, так и незагрязнённых нефтепродуктами образцах почв и сточных вод, в частности были использованы бактерий, выделенные их сточных вод АО «Navoiyazot», из замазученных сточных вод Бухарского НПЗ, с нефтегазовых скважин Кашкадарьинской области. Культуры дрожжей были выделены из загрязнённых почв Сурхандарьинской, Кашкадарьинской и Ташкентской областей. Молочнокислые бактерии были выделены из кисломолочных продуктов, таких как сыр, кефир, творог.
Для скрининга микроорганизмов продуцентов БС использованы методы по скринингу БС по нескольким общепринятым тестам. Тест на растекание нефти, тест на CTAB-агаре, на гемолитическую активность по методу Госвани и Дека, а также тест на индекс эмульгирования (ИЭ) методом Купера и Голденберга. Для экстракции БС использованы различные органические растворители МТБЭ, хлороформ, метанол, этилацетат. Для идентификации БС использована тонкослойная хроматография (ТСХ) выделенных БС. Для количественного содержания БС использованы методы по определению концентрации углеводов по концентрации сахаров колориметрическим методом после взаимодействия с фенол-сернокислотным реактивом, а также по содержанию белка в образцах методом Лоури. Исследования по получению микроэмульсии на основе куркумина с использованием БС проводили на базе Института фармацевтического образования и исследований, Ташкент.
Результаты и их обсуждение.
В результате выделения и скрининга отобраны активные продуценты БС среди бактерий рода Bacillus, Rhodococcus, Lactobacillus, Acinetobacter и дрожжевых грибов, относящихся к роду Candida и Saccharomyces. Для скрининга микроорганизмов способных
INTERNATIONAL SCIENTIFIC AND PRACTICAL CONFERENCE "STATUS AND DEVELOPMENT PROSPECTS OF FUNDAMENTAL AND APPLIED MICROBIOLOGY: THE VIEWPOINT OF YOUNG SCIENTISTS" _25-26 SEPTEMBER, 2024_
синтезировать БС протестировано 45 штаммов бактерий, относящихся к роду Pseudomonas и Bacillus, 17 штаммов бактерий, относящихся к роду Rhodococcus, 5 штаммов, относящихся к роду Acinetobacter, 21 штамм бактерий рода Lactobacillus и 13 штаммов дрожжей, относящихся к роду Candida и Saccharomyces. В результате первичного скрининга нами отобрано 7 наиболее активных штаммов бактерий, относящихся к роду Bacillus и способных синтезировать БС, при последующем скрининга на оптимальных питательных средах отобрано два наиболее активных штамма BS H6/4/1 и BS 9/2В обладающих значительным потенциалом в качестве перспективных продуцентов БС.
В настоящее время большой интерес вызывают БС, продуцируемые молочнокислыми бактериями, известными как общепризнанные GRAS (General Recognized As Save) организмы [8]. В результате проведённых исследований по скринингу молочнокислых бактерий синтезировать БС для дальнейших исследований отобрано 8 штаммов: Lactobacillus fermentum Q1, Lactobacillus brevis Fr2, Lactobacillus delbrueckii D, Lactobacillus acidophilus D, Bifidobacterium Bif, Leuconostoc mesenteroides Q1, Pediococcus acidilactici B2 и Enterococcus faecium R3. Среди бактерий рода Rhodococcus отобрано 5 штаммов, среди дрожжей три штамма, а также 2 штамма Acinetobacter venetianus и Acinetobacter junii, проявившие максимальную эмульгирующую активность.
Для некоторых штаммов подобраны оптимальные питательные среды для биосинтеза БС, изучены биологические свойства (антибактериальная, антифунгальная активности), определены их физико-химические свойства БС. С целью повышения биоэффективности куркумина проведены исследования по получению микроэмульсии куркумина с использованием БС штаммов рода Bacillus и молочнокислых бактерий. В результате проведенных исследований предложена технология получения микроэмульсии куркумина с использованием БС этих штаммов.
Таким образом, в настоящее время рынок БС еще только формируется, но уже имеются примеры предприятий, успешно производящих продукцию с использованием БС в косметической промышленности. Основным препятствием для массового распространения и внедрения БС остается высокая стоимость их производства. По этой причине усилия исследователей должны быть в направлении поиска новых продуцентов БС, на оптимизацию биотехнологий по их биосинтезу.
REFERENCES
1. Hajfarajollah H, Eslami P, Mokhtarani B, Akbari Noghabi K. (2018). A review. Biotechnol Appl Biochem. - V.65. - P.768-783. - doi: 10.1002/bab.1686.
2. Abdullahi Adekilekun Jimoh, Johnson Lin (2019). J. Ecotoxicology and Environmental Safety - V.184 109607. - P.1-19. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2019.109607
3. EP2074985F3 European Patent Office Michiko Suzuki, Masaru Kitagawa, Atsushi Sogabe, Shuhei Yamamoto, Dai Kitamoto, Tomotake Morita, Tokuma Fukuoka, Tomohiro Imura. Activator including biosurfactant as active ingredient, mannosyl erythritol lipid, and production method thereof
4. US20160030322A1 United States Jenn-Kan Lu, Hsin-Mei Wang, Xuan-Rui XU Applications of Surfactin in Cosmetic Products.
5. RU2555358C1 Russia Н.А.Бочина, Е.Г.Ерофеева, Н.В.Ильчишина, В.Е.Тарасов Shower gel.
INTERNATIONAL SCIENTIFIC AND PRACTICAL CONFERENCE "STATUS AND DEVELOPMENT PROSPECTS OF FUNDAMENTAL AND APPLIED MICROBIOLOGY: THE VIEWPOINT OF YOUNG SCIENTISTS"
_25-26 SEPTEMBER, 2024_
6. Sonam Gupta, Navdeep Raghuwanshi, Ritu Varshney, I.M.Banat, Amit Kumar Srivastava, Parul A. Pruthi, Vikas Pruthi (2017) Accelerated in vivo wound healing evaluation of microbial glycolipid containing ointment as a transdermal substitute. Biomedicine & Pharmacotherapy V.94.,P.1186-1196 https://doi.org/10.1016/j.biopha.2017.08.010
7. Karnwal, A., Shrivastava, S., Al-Tawaha, A. R. M. S., Kumar, G., Singh, R., Kumar, A., Mohan, A., Yogita, & Malik, T. (2023). Microbial Biosurfactant as an Alternate to Chemical Surfactants for Application in Cosmetics Industries in Personal and Skin Care Products: A Critical Review. BioMed research international, 2023, 2375223. https://doi.org/10.1155/2023/2375223
8. Challaraj Emmanuel E.S., Sree Priya S., Sona George. (2019). Isolation of Biosurfactant from Lactobacillus sp. and Study of Its Inhibitory Properties against E. coli. Biofilm. J. Pure Appl Microbiol. V.-13(1), P. 403-411 doi: 10.22207/JPAM.13.1.44
