3.11.2016
Kosmetické připravky
Aplikace mikroorganismů v biotechnologii
vonné látky a parfémy (toaletní vody, deodoranty a parfémy) dekorativní kosmetika (make-up, péče o rty, laky na nehty, samoopalovací krémy) péče o pleť (tělové mléko, pleťové vody, pěny na holení, opalovací krémy a repelenty hmyzu)
Kosmetické přípravky a tradiční biotechnologie
péče o vlasy (šampony, kondicionéry, barvy) toaletní potřeby (sprchové gely, mýdla, přísady do koupele, zubní pasty a ústní vody)
Glycerol
Glycerol
etanolové kvašení pomocí S. cerevisiae – vedlejší produkt
nová metoda biosyntézy glycerolu osmotolerantními kvasinkami
probíhá-li kvašení glukosy za přítomnosti většího množství siřičitanů,
(S. mellis, Zygosaccharomyces bailii, Z. rouxii, Candida magnoliae,
blokuje se částečně redukce acetaldehydu na ethanol a ve výsledné
Debaryomyces mogii, Pichia miso, P. farinosa) probíhá pro kvasinky
směsi se zvýší obsah glycerolu; podobně - probíhá-li fermentace v
ve fyziologicky příznivějším prostředí bez siřičitanů a ve slabě
neutrálním nebo slabě kyselém prostředí
kyselém prostředí
nejčastěji - siřičitanové kvašení – princip: vzniklý acetaldehyd
v současnosti se vyrábí ve velkém množství hydrolýzou tuků
vytvoří se siřičitanem adiční sloučeninu; protože použité siřičitany
Použití: přípravky na vlasy (pomáhá chránit vlasy před horkým
mají vysokou koncentraci (nad 10%) je nutné kvasinky předem
vzduchem, zabraňuje lámání, podporuje růst), jako přísada v
adaptovat (několik měsíců až jeden rok) postupným zvyšováním
hydratačních krémech a mýdlech (pomáhá kožním buňkám správně
koncentrace siřičitanů v mediu; nepříznivé prostředí má za následek
dozrávat; důležitý správný poměr glycerolu a vody!), jako zvlhčovadlo
možnost pouze jejich jednorázového použití; výtěžnost glycerolu
v zubních pastách, při výrobě plastických hmot (změkčovadlo), léčiv,
touto metodou je až 51%
žvýkaček, past, barviv a výbušnin
Dihydroxyaceton •
součást kosmetických přípravků napodobujících opálení pokožky
•
účinná koncentrace DHA 1 - 15% (většina výrobku obsahuje 3 - 5%,
Dihydroxyaceton
profesionální produkty 5 - 15%) •
DHA reaguje s aminokyselinami keratinu a vytváří směs barevných látek, od žlutých až po hnědé – melanoidiny
•
blednutí kůže trvá 3-10 dní a je způsobeno přirozeným obnovováním kožních buněk a odpadáváním starých, obarvených
•
produkce neúplnou oxidaci glycerolu pomocí Gluconobacter oxydans
•
reakce katalyzovaná glyceroldehydrogenasou (EC 1.1.99.22), která je silně vázáná na cytoplasmatickou membránu (optimální pH 7-8, teplota 23-25°C)
1
3.11.2016
Dihydroxyaceton
Kyselina ferulová
Produkční proces:
vyskytuje se přirozeně v buňkách rostlin, je silným antioxidantem,
1) Příprava biokatalyzátoru: živné medium obsahující kvasničný
má dezinfekční, protizánětlivé a antibakteriální vlastnosti
extrakt a ethanol, pH 5.0, 28°C, 24h -> aktivační medium obsahující
reguluje mastnotu pokožky, omezuje tvorbu černých teček a spolu
kvasničný extrakt, (NH4)2SO4, 2% glycerol, pH 5.0, 28°C, 48h ->
s vitaminem C se přidává do sér, která mají zpomalit stárnutí pleti
centrifugace, promytí, dezintegrace pomocí sonikace, centrifugace
produkce např. z pšeničných otrub pomocí Staphylococcus aureus:
-> biomasa resuspendována ve fyziologickém roztoku se smíchá 1:1
z otrub se odstraní škrob (jednodušší uvolňovaní kyseliny ferulové
se sterilním roztokem alginátu sodného -> formování stejně velikých
do media) a slouží jako jediný zdroj uhlíku, minimální medium,
kuliček (stříkačka z jehlou 0.9 mm) s CaCl2 -> oddělení od CaCl2 na
teplota 35°C, pH 7.0
sterilním hliníkovým sítku a promytí sterilní vodou
Pseudomonas fluorescens E118 na min.
2) Produkce DHA: medium obsahující 3% glycerol, pH 7.5, 23°C, •
medium s olejem z hřebíčku (obsahuje
proces veden jako „batch“
eugenol), 30°C, pH 7.0, 44h výtěžek
koncentrace DHA po 5 dnech fermentace – 27,2 g/L , výtěžek 94%
6,1 g/l, konverze 54%
Kyselina hyaluronová
Kyselina hyaluronová Biologické funkce: o váže na sebe vodu (až tisícinásobek!) o brání prostupu virů a bakterií přes pericelulární matrix k buňce
lineární polymer tvořený opakující se sekvencí dvou jednotek: D-glukuronové kyseliny a D-N acetyglukosaminu spojených střídavými glykosidickými vazbami β-1,4 a β-1,3 u člověka se KH tvoří jako součást chrupavky kloubů, synoviální tekutiny kloubů i kůže, kde významnou měrou přispívá k hojení ran v organizmu se většinou nachází jako sodná nebo jiná sůl, proto se prosazuje spíše označení hyaluronan či hyaluronát poprvé popsaný v roce 1934 (isolated from bovine vitreous humor)
Kyselina hyaluronová Výroba: Streptococcus equi subsp. zooepidemicus kultivovaný ve vhodných podmínkách produkuje 6-7 g/l fermentační medium: škrob jako jediný zdroj uhlíku nebo také glukosa, sacharosa čí maltosa a minerální soli, do media je nutno přidat Arg a Lys (nebo kvasničný extrakt, příp. pepton) pH 7.0, teplota 37°C, aerobní kultivace, „batch“ nebo „fed-batch“ proces je velice viskózní, proto je důležité správné míchání, aerace, střižné sily a koncentrace rozpuštěného kyslíku molekulová hmotnost určuje reologické vlastností a použití KH (>10kDa) – vyšší při aerobní produkci (vysoké DO) a nízkém střižném napětí
o na KH (extracelulární matrix) se prostřednictvím receptoru (CD44) vážou buňky imunitní, aby zde mohly zahájit svou obrannou funkci o KH je zapojena do vývoje nervové soustavy o brání ukládání kolagenu a tím podporuje bezjizevnaté hojení tkáně o uplatňuje se při nádorovém bujení a rozvoji metastáz
Výroba: Streptococcus equi subsp. zooepidemicus rekombinantní E. coli, Bacillus sp., Lactococcus lactis kdysi byl extrahován z kohoutích hřebínků
Kyselina hyaluronová Použití: v kosmetice: jako složka pleťových krémů či sér (pomáhá udržovat optimální hydrataci pokožky, zlepšuje pružnost a pevnost pleti, ale také vyhlazuje drobné vrásky a předchází vzniku nových) díky schopnosti navázat vodu se také používá v přípravcích na suché oko a v roztocích či kapkách pro uživatele kontaktních čoček v oční medicíně: k dočasnému vyplnění prostoru přední komory oční a ochraně očních tkání (endotelu rohovky a duhovky) před poškozením při nitroočních operacích (např. šedý zákal, implantace čočky) v plastické chirurgii: při augmentaci (např. výplň vrásek na tváři či doplňování drobných asymetrií na nose po zákrocích)
2
3.11.2016
Koenzym Q10 také ubichinon a ubidekarenon - lipofilní benzochinon, u člověka a většiny savců s 10 isoprenylovými podjednotkami v postranním řetězci je známý od 1957, kdy byl izolován z mitochondrií hovězího srdce a identifikován jako součást dýchacího řetězce klinické použití: velké spektrum chorob srdce a cév (např. různé srdeční poruchy, infarkt myokardu, angina pectoris, stav po chirurgických zásazích na srdci a cévách, vysoký krevní tlak) v kosmetice a dermatologii: poskytuje efektivní ochranu pokožky (vnější prostředí, UV záření), stimuluje přirozené regenerační procesy v buňkách pokožky, dodává jim novou energii, deaktivuje volné radikály a chrání pokožku před předčasným stárnutím
Koenzym Q10
Koenzym Q10 V mitochondriích zastává CoQ10 následující funkce: je redoxním přenašečem elektronů v dýchacím řetězci tvoří nezbytný faktor pro aktivaci rozpřahujícího proteinu reguluje póry přechodné permeability CoQ10 dále: se účastní elektronového přenosu v extramitochondriálních redoxních řetězcích v plasmatické membráně a lysosomech reguluje fyzikálně-chemické vlastnosti buněčných membrán představuje jediný lipofilní antioxidant, který si organismus umí sám syntetizovat působí rovněž jako prooxidant
Koenzym Q10
Výroba: chemická syntéza, semisyntetická a mikrobiologická fermentace mnoho WT mikroorganismu produkuje vysoké množství CoQ10: Agrobacterium tumefaciens, A. radiobacter, Paracoccus denitrificans,
selekce mutantů –
Rhodopseudomonas sphareoides, Rhodobacter sphareoides, Rhodospirillum
nepřímý fenotyp, např. růst na strukturních
rubrum, Cryptococcus laurentii, Trichosporon sp., Sporobolomyces
analogách inhibitorů
salmonicolor – produktivita 30 - 130 mg/l
biosyntetické drahý nebo
nadprodukce CoQ10 v rekombinantní E. coli zatím nebyla úspěšná
změna v produkci pigmentu
jelikož mikrobiologická výroba je nyní nejvíce realizovatelná (nižší cena, bez optických isomerů), hledají se způsoby jak zvýšit produkci: optimalizace kultivačních podmínek chemická mutace WT producentů CoQ10
Kyselina oktadecendiová
R. sphareoides – 8% cukr, 0,16-0,26% NH4+, snížený redoxní potenciál (-200mV), produkce v 80 000l fermentoru, 150h -> 770 mg/l a 14 mg/l sušiny
Kyselina kojová
Candida tropicalis (biotransformace) (delece genů pro β-oxidaci – není možný růst na mastných kyselinách)
je produktem několika plísní, především Aspergillus oryzae (v menším
1. Fáze růstu: živné medium obsahující glukosu, pH 5,5,
měřítku i Penicillium a Acetobacter)
proces veden jako „batch“ nebo „fed-batch“ 2. Produkce dikarboksylové kyseliny: řepkový olej, methylester kyseliny olejové nebo olein (75% kys. olejová), pH 8,0, proces veden jako „fed-batch“ Vlastností: protizánětlivé, antimikrobiální a proti stárnoucí, redukuje tvorbu melaninu Použití: zesvětlování a vybělování pokožky, léčba akné a růžovky, redukce hyperpigmentaci
vzniká jako vedlejší produkt při fermentačních procesech z koji Vlastností: antimikrobiální, antimykotické, protirakovinové (spolu z kvercetinem), radiorezistentní (γ-radiace), potlačuje produkci melaninu (inhibuje tyrosinasu) Použití: v kosmetice: zesvětlování a vybělování pokožky, redukce pih, melasmy a jiné hyperpigmentace, prevence vzniku dalších pigmentových skvrn; v potravinářství: zamezení nebo vyvolání barevných změn (hnědnutí krájeného ovoce, mořské plody)
3
3.11.2016
Ektoin poprvé izolovaný z Ectothiorhodospira halochloris (extrémní halofil) silně váže vodu, chrání před vysycháním, funguje jako osmolyt průmyslová produkce kmeny Chromohalobacter salexigens, Halomonas
elongata, Alkalibacillus haloalkaliphilus kontinuální fermentace v míchacím tanku (kaskáda - produkční a
Ektoin Použití: jako aktivní ingredience v přípravcích péče o pleť, krémech proti vráskám a krémech chránících před negativními vlivy vnějšího prostředí (např. UV záření) ÚČINKY EKTOINU NA KŮŽI 1. hydratační - velmi dobře váže vodu a udržuje vodu v buňkách i během nepříznivých podmínek (i několik dní po vysazení krému s obsahem ektoinu
sekreční jednotka), glukosa jako jediný zdroj uhlíku a energie, 37ºC,
zůstává kůže lépe hydratovaná ve srovnání s neošetřenou kůží)
pH 7.5, aerace sterilním vzduchem
2. protizánětlivý
ektoin je syntetizován v třech
3. ochrana Langerhansových buněk před poškozením UV zářením - snižuje
enzymatických reakcích
tvorbu volných radikálů, které se tvoří po UV ozáření a poškozují buňky, a tím
(EctA - diaminobutyrate acetyltransferase, EctB
snižuje negativní působení UV záření na (nejen) Langerhansovy buňky
- diaminobutyrate 2-oxoglutarate transaminase,
4. ochrana před nepříznivými faktory vnějšího prostředí (změny teploty,
EctC - L-ektoin synthase)
mechanické a chemické poškození) – rychlejší regenerace (oddaluje stárnutí)
Botox botulotoxin (botulin) – neurotoxin produkovany Clostridium botulinum
Botox Použití
je jedním z nejsilnějších známých jedů - již přibližně 1 µg je pro
v estetické medicíně: především na
člověka smrtelný
úpravu mimických vrásek (dočasný
je resistentní k trávení a snadno vstřebatelný střevní sliznicí
efekt 3-4 měsíce) či rtu
po těle je rozváděn krví a lymfou, případně i podél nervů
v lékařství: k léčbě onemocnění s velmi vysokým svalovým tonusem
blokuje funkci nervů a vede k postupnému ochrnutí
(svalová spasticita, dystonie, achalázie, bruxismus) nebo k léčbě
svalstva (včetně dýchacího) a smrti udušením za
blefarospazmu (nedobrovolné stahy svalstva kolem očí) či šilhavostí;
plného vědomí (botulismus)
dobře se uplatňuje také při léčbě pocení
narušuje uvolňování neurotransmiterů (hlavně
ideální náplň chemických zbraní – C. botulinum je anaerobní a jed se
acetylocholinu)
na vzduchu rychle rozpadá - oblast zasažená rozptýlením botulinu do vzduchu bude přibližně po jednom dnů opět bezpečná
Biosurfaktanty přírodní povrchově aktivní látky, produkované řadou mikroorganismu
Použití:
Biosurfaktanty
snadno odbouratelné, méně toxické a šetrné k životnímu prostředí
v kosmetice: jako smáčecí a čistící přísady, pěnidla, solubilizátory,
dostupné z obnovitelných zdrojů
kondicionační látky, zahušťovadla a změkčovadla; jsou často
máji velmi nízkou kritickou micelární koncentraci (CMC)
aplikovány za účelem vytvoření různých disperzních systémů (např. suspenzí a emulzí); usnadňují odstranění mazu, odumřelých buněk, lupů a mikroorganismů z kůže či vlasů; v případě kosmetických emulzí umožňují mísení těžko mísitelných látek a ovlivňují roztíratelnost konečného produktu na kůži v čisticích a pracích prostředcích (snižováním povrchového napětí usnadňují rozpouštění a odstraňování nečistot) ve farmacii: jako pomocné látky skupiny emulgátorů při přípravě a výrobě kapalných, polotuhých, ale také pevných lékových forem
4
3.11.2016
Glykolipidy
Soforolipidy
Soforolipidy Candida bombicola ATCC 22214, C. apicola IMET 42747 - produkují směs derivátu 2-O--D-glucopyranosyl-D-glucopyranose acetylovaných na 6’ nebo 6” – různá délka lipidového řetězce, stereoizomery, způsob laktonizace a acetylace také Wickerhamiella domericquae, Cryptococcus curvatus snižují napětí vody z 72 mN/m na 26-60 mN/m, CMC 5-80 mg/l účinnější jsou laktonové formy
dobrá snášenlivost pokožky a výborné hydratační vlastnosti spouští různé prospěšné události související s ochranou vlasů a kůže stimuluji metabolismus dermálních fibroblastů a neosyntézu kolagenu prokázáno inhibiční účinky proti volným radikálům a činnosti elastasy, včetně aktivace makrofágů a fibrinolytických vlastnosti odstraňují povrchovou část ochranné vrstvy epidermis jako součást procesu hojení ran (peeling) pravděpodobně redukují podkožní tuk stimulaci syntézy leptinu v
mono- a di-acetylované
adipocytech (léčba celulitidy)
májí antimikrobiální účinky
jako složky: make-upu, rtěnek, očních stínů, krému na rty,
(akné, lupy, tělesné pachy)
Rhamnolipidy
Glykolipidy
kompaktních pudru a také v prostředcích na umývání nádobí a praní
Glykolipidy
Glykolipidy
Pseudomonas aeruginosa kultivovaný na glukose, glycerolu nebo triglyceridech - monorhamnolipid a dirhamnolipid
Mannosylerythritol lipidy Candida antarctica, na glukose nebo sójovém oleji
složené z 1-2 molekul rhamnosy a vázány až na tři molekuly mastných
obsahují 4-O-β-D-mannopyranosyl-mesoerythritol jako hydrofilní
kyselin o různé délce (8-14, nejčastěji kyselina β-hydroxydekanová)
část a mastné kyseliny jako hydrofobní částí
snižují napětí vody na 27 mN/m, CMC 110-150 mg/l
snižují napětí vody na 33,8 mN/m, CMC 360 µM
májí antimikrobiální a antifungální účinky
stabilní při pH 4-10 a teplotě do 90ºC, silně hydrofilní
dobrá snášenlivost pokožky, velmi nízké podráždění – přípravky peče o
vhodné jako emulgátory, dispergační činidla a detergenty
pleť, s účinkem proti stárnutí a proti vráskám
v kosmetice: přípravky pro péči
roztoky na kontaktní čočky, deodoranty,
o pleť – proti vraskám a hrbolatostí kůže
výrobky pro péči o nehty, zubní pasty, repelenty, antacida
dirhamnolipid monorhamnolipid diacylovaný
Lipopeptidy Surfaktin – Bacillus sp. (B. subtilis, B. amyloliquefaciens, B. licheniformis)
triacylovaný
Lipopeptidy Surfaktin
záporně nabitý lipopeptid, patří mezi nejsilnější známé biosurfaktanty
snižují napětí vody na 26,7-54,4 mN/m, CMC 1-240 µM
1968 izolace, 1969 struktura
minimální inhibiční koncentrace se pohybuje v rozmezí 12-50 µg/ml
molekula se skládá z heptapeptidu (Glu, Leu, D-Leu, Val, Asp, D-Leu,
tvoří různorodé micely (velmi malé kulovité s agregačním číslem 11-20
Leu) a β-hydroxy mastné kyseliny, jejíž hydroxy- skupina tvoří s
i velké agregáty kulovitých tvarů, válcovitých tvarů a dvojvrstevné
peptidem makrolaktonový cyklus
struktury obsahující až 170 molekul) - morfologie agregátů do značné
přírodní surfaktin je směsí několika izoforem
míry závisí na typu kationtů tvořících komplex s hydrofilní doménou
lišících se v peptidové sekvenci
termo-, halo- a pH stabilní
i délce a typu řetězce β-hydroxy mastné
narušuje bariérovou funkci lipidických membrán (vytváří kationtové
kyseliny
kanály, póry nebo membránu zcela rozpustí)
nejvyšší aktivitu vykazuje surfaktin s délkou
důležitá je přítomnost iontů Ca2+, se kterými tvoří komplex ve
řetězce β-hydroxy MK 15 a s klesající délkou řetězce klesá i aktivita
stechiometrickém poměru 1:1
5
3.11.2016
Lipopeptidy Surfaktin
Guma rhizobian polysacharid produkovaný bakterii Rhizobium sp
má antimikrobiální, antifungální, antivirové, antimykoplazmatické,
získává se fermentací cukru
antiparazitické účinky a protinádorovou a trombolytickou aktivitu
používá se hlavně hydrolyzovaná guma (spolu s arabskou gumou)
v poslední době se o surfaktinu uvažuje také jako o terapeutickém
napíná kůži a vyhlazuje
agens pro léčbu Alzheimerovy choroby a dalších neurodegenerativních
užívá se k hydrataci pleti a vlasu, v přípravcích po opalování
poruch spojených se zánětem neuronů (dokáže výrazně snížit
jako změkčovadlo a zahušťovadlo
produkci prozánětlivých mediátorů jako jsou cytokiny, chemokiny,
obsahuje 7 cukrů:
ROS aj.)
1 kyselinu glukuronovou,
v kosmetice: pleťová transparentní krycí kosmetika, přípravky proti
3 sacharidové zbytky,
vraskám, hydratační, čisticí kosmetika, kosmetické pěny
3 galaktosové zbytky, pyruvát a 1-3 acetylové
léčba celulitidy - ústně (potlačují transport lipidů)
Barviva Fykoerythrin – Porphyridium sp. (P. cruentum a P. aerugineum) červená a modrá barva, fluoreskující Fykocyanin – Arthrospira platensis zelená a modrá barva β-karoten – Dunaliella salina – žlutá a oranžová jiné odstíny se získává použitím proteolytických enzymů (také zvýšení pH stability)
Použití: v kosmetice: rtěnky, oční stíny a linky, make-upy, barvy na vlasy, mýdla barviva ve farmaceutickém a textilním průmyslu, ve výzkumu v potravinářství: žele, zmrzliny, mléčné produkty, žvýkačky, nápoje
skupiny
Proteasy štěpí peptidické vazby proteinů, patří do třidy hydrolas od 1959 využívané v pracích prostředkách Subtilisin – Bacillus licheniformis, B. subtilis, B. lentus,
B. amyloliquefaciens alkalická serinová proteasa má protivráskový, keratolytický účinek a zjemňuje pleť odstraňuje povrchové rohovité buňky kůže a tím zlepšuje průnik živin používá se jako peelingový a také anti‐age přípravek, zvláště na citlivou a křehkou pleť v roztokách na kontaktní čočky v prostředcích na umývání nádobí a praní
6
