Arthrospira platensis および Corallina officinalis からのフィコビリタンパク質の精製と分画とその生物学的活性の評価

Scientific Reports volume 13、記事番号: 14270 (2023) この記事を引用

メトリクスの詳細

フィコビリタンパク質 (PBP) は、赤色大型藻類およびシアノバクテリア種に存在する、さまざまな生物学的機能を持つ水溶性色素の一種です。 藍藻類 Arthrospira platensis からのフィコシアニン (C-PC) と赤色大型藻類 Corallina officinalis からのアロフィコシアニン (APC) の粗製形態を、それぞれ硫酸アンモニウム沈殿、陰イオン交換クロマトグラフィー、およびサイズ排除クロマトグラフィー法によって抽出および精製しました。 A. platensis および C. officinalis から得られた C-PC および APC はそれぞれ 0.31 mg/mL および 0.08 mg/mL であり、α に相当する分子量は「17.0 KDa および 19.0 KDa」および「15.0 KDa および 17.0 KDa」でした。とβサブユニットです。 精製された APC および C-PC の構造を調べるために、FT-IR を使用して特性評価を行いました。 高度に精製された抽出物 (A620/A280 > 4.0) がサブトラクションの PC3 および PC4 から得られ、生物学的活性についてテストされました。 APC および C-PC の粗抽出物とその画分は、3 つの技術を使用することにより、さまざまな比率で強力な抗酸化物質を示しました。 PC1は、標準薬（72.02および71.5％）と比較して、C.オフィシナリスおよびA.プラテンシスに対してそれぞれ高い抗炎症活性（75.99および74.55％）および抗関節炎活性（78.89および76.92％）を示した。 両種のメタノール抽出物と水抽出物は、グラム -ve 海洋細菌よりもグラム +ve に対して優れた抗菌効果を示しました。 私たちの研究は、試験対象の種から天然物質として抽出された C-PC および APC がさまざまな食品や医薬品に含まれる医療用途の可能性を明らかにしました。 異なるシアノバクテリアおよび紅藻類に由来する個別の PBP の多様な化学的性質を調べるには、さらなる研究が必要です。なぜなら、それらのアミノ酸配列は異なる藻類種間で異なるからです。

ラン藻、クリプトファイト、シアネル、および紅藻の種は、光合成色素装置のアンテナとして機能するフィコビリソーム (PBS) を持っています。 フィコビリソームには、タンパク質性補助色素の一種であるいくつかのフィコビリタンパク質 (PBP) が含まれており、これらの藻類種がクロロフィルやカロテノイドによって吸収される波長外の光エネルギーを獲得できるようにし、シアノバクテリアや紅藻類からの光捕捉の約 50% を担っています 1。 これらの色鮮やかな水溶性タンパク質は、450 ～ 650 nm の可視領域の光を吸収することで、これらの生物相の総集光能力の 30 ～ 50% に貢献しますが、この範囲ではクロロフィルはほとんど吸収しません。 次に、それらは光合成ラメラ2の光化学系2のタンパク質クロロフィル複合体にエネルギーを伝達します2。

既知の PBP は 10 種類以上あり、波長と異なる発色団の存在に基づいて 4 つのグループに分類できます。フィコエリトリン (PE) は 545 ～ 566 nm にピークを持ちます。 480 ～ 580 nm のフィコエリスロシアニン。 569 ～ 645 nm のフィコシアニン (PC)。 540 ～ 671 nm3 のアロフィコシアニン (APC)。 PBP の存在量は非常に多い (シアノバクテリアの総タンパク質含有量の約 40 ～ 60%、乾燥重量の 20%)4。 PBP (PE、PC、および APC) は、その分類学的位置および培養条件に応じて異なります 2。フィコビリタンパク質は、異なる α および β ポリペプチド サブユニットで構成されています 5。 ラン藻および紅藻類は、色素、蛍光標識、診断ツールとして使用されるフィコビリタンパク質の商業生産に使用される主な藻類です6。 フィコビリタンパク質の抽出法では、藻類の細胞内からタンパク質を外部に放出するために、細胞の破壊が行われます。 シアノバクテリアの細胞壁は信じられないほど回復力がありますが、クリプトファイトの細胞壁は破壊されやすいです7。 特に、フィコシアニンの抽出は、厚い細胞壁と高レベルの汚染物質により困難です8。 PBP は、その抗酸化特性、抗腫瘍特性、光増感特性、および蛍光マーカーとしての有用性により、食品や医薬品のバイオテクノロジー分野で最近大きな関心を集めています 3,9。 製薬業界は、医療用途のための PBP 研究にさらに関心を持っています。 Future Market Insights のレポートによると、PBP 市場は 2018 年に 1 億 1,230 万米ドルの価値があり、2028 年までにその価値が 2 倍になると予想されています10。C-PC と APC は両方とも、フリーラジカルに対する強力な抗酸化剤として説明されていますが、おそらくフリーラジカル消去プロセスに重要なタンパク質部分に関連しています11。 特に、C-PC は、生物医学研究における肝保護作用、抗酸化作用、フリーラジカル捕捉作用、抗炎症作用、抗関節炎作用、抗腫瘍作用、および蛍光標識作用により、食品および生物医学研究における天然タンパク質として使用されています12。 商業的には、C-PC は A. platensis のようなシアノバクテリア株を使用して生産されます 13。 いくつかの研究によると、A. platensis は、APC および微量濃度の PE14 に加えて、主要な色素として PC を生成します。 C-PC の経済的な応用は主にその純度に依存しますが、通常、C-PC は他の光合成タンパク質、特に APC12 で汚染されています。 さらに、APC は生化学的手法、特にフローサイトメトリーにおいて蛍光タンパク質プローブとして頻繁に使用されます 15,16。 APC には、抗酸化剤 17 や抗ウイルス 18 など、多くのバイオテクノロジー用途があります。 APC は有用なタンパク質であるという事実にもかかわらず、大量のタンパク質を精製することが難しいため、その使用には多少の制約があります。 シアノバクテリアや大型藻類では APC の濃度が低く、大量の APC の分離と精製が困難な作業となるため、当社では C. オフィシナリスからの APC の精製に特に重点を置いています。 この研究の目的は、紅藻類の Corallina officinalis (APC) と藍藻類の Arthrospira platensis (C-PC) という 2 つの異なる藻類の主要なフィコビリタンパク質を同定することです。 さらに、各画分の抗酸化作用、抗炎症作用、抗関節炎作用、抗菌作用を in vitro で評価します。