1.4. Sản xuất và ứng dụng của ectoines
1.4.2. Ứng dụng của ectoines
Bên cạnh chức năng chủ yếu giúp tế bào cân bằng áp suất thấu, rất nhiều
enzyme, DNA, và tế bào chống lại các điều kiện môi trường bất lợi như nóng, khô, lạnh, pH bất lợi…(Lippert và Galinski 1992; Welsh 2000; Van-Thuoc và cs. 2013).
Bảo vệ enzyme
Nhiều nghiên cứu đã chứng minh vai trò của ectoines trong việc bảo vệ enzyme trong các điều kiện môi trường bất lợi do đó làm tăng khả năng hoạt động của enzyme. Lippert và Galinski (1992) đã nghiên cứu ảnh hưởng của một số hợp chất tương thích như glycine betaine, trehalose, maltose, sucrose, ectoine và hydroxyectoine đến hoạt động của lactic dehydrogenase (LDH) và phosphofructokinase (PFK), kết quả cho thấy các hợp chất tương thích thử nghiệm đã giúp enzyme chống lại điều kiện môi trường bất lợi như nóng, lạnh và khô . Trong đó hydroxyectoine và ectoine thể hiện khả năng bảo vệ tốt nhất.
Khi bổ sung hydroxyectoine sau 4 chu kì đông lạnh và rã đông hoạt tính của LDH còn lại 100%, đối với PFK ectoine thể hiện khả năng bảo vệ tốt nhất (100%). Kết quả cũng cho thấy LHD sau khi đông khô được hòa lại với nước hoạt tính mất hoàn toàn, PFK chỉ giữ lại 20 % hoạt tính. Bổ sung hydroxyectoine trước đông khô giúp bảo vệ cả 2 enzyme này giữ được khoảng 80% hoạt tính. Hydroxyectoine cũng được chứng minh là chất bảo vệ nhiệt giúp LDH giữ 100% hoạt tính ở nhiệt độ lên đến 50 OC và PFK ở nhiệt độ lên đến 55
OC (Lippert và Galinski (1992). Ectoine và hydroxyectoine cũng có khả năng bảo vệ và giúp xylanase có thể hoạt động trong điều kiện pH thấp (4,5 và 5) hoặc cao (11 và 12) (Van-Thuoc và cs, 2013). Hiệu quả bảo vệ của hydroxyectoine cao hơn so với ectoine và trehalose. Sự có mặt của hydroxyectoine làm tăng hoạt tính còn lại của xylanase từ khoảng 45% đến 86%
ở pH 5 và từ 33% đến 89% ở pH 12. Khi xylanase được ủ ở 65OC trong 5 giờ với 50 mM hydroxyectoine ở pH 10, khoảng 40% hoạt tính gốc được duy trì.
Hoạt tính của xylanase được kích thích khi bổ sung 25 mM ectoine và giảm dần
với nồng độ tăng lên đạt 85% và 90% với nồng độ hydroxyectoine và ectoine 100 mM.
Bảo vệ DNA
Ngoài khả năng bảo vệ protein-enzyme, ectoine còn có khả năng bảo vệ DNA chống lại điều kiện môi trường bất lợi. Ectoine có khả năng làm giảm nhiệt độ nóng chảy DNA từ 3- 6 OC khi bổ sung 0.5-1M ectoine trong phản ứng PCR (Lapidot và cs,1999; Schnoor cs, 2004). Ectoine và hydroxyectoine còn có khả năng làm tăng khả năng bền nhiệt của DNA polymerase, do đó có thể sử dụng để tăng 4-10 lần hoạt động của enzyme này trong phản ứng PCR (Lapidot và cs, 1999).
Bảo vệ tế bào
Ectoines không chỉ ổn định protein và các đại phân tử khác mà còn bảo vệ tế bào. Louis và cs (1994) cho thấy việc bổ sung ectoine và hydroxyectoine trước khi đông khô làm tăng tỷ lệ sống sót của hai chủng E. coli được thử nghiệm. Trong công nghệ lên men ectoine có thể được sử dụng để làm tăng sự thẩm thấu và năng suất trong quá trình sản xuất các axit amin của chủng vi khuẩn Coryneform (Yasuhiko và cs, 1997). Trong một nghiên cứu khác, Manzanera và cs (2004) nhận thấy hydroxyectoine làm tăng khả năng chống chịu của E. coli trong điều kiện khô. Ngoài ra, kết quả thu được đối với vi khuẩn Gram âm Pseudomonas putida cho thấy hydroxyectoine hoạt động như chất bảo vệ chống khô vượt trội hơn so với trehalose, do đó cung cấp một tiềm năng đáng kể như là một chất chống khô cho các vi sinh vật sống (Manzanera và cs, 2002).
Khả năng bảo vệ của ectoines không chỉ giới hạn đối với các tế bào vi khuẩn, chúng có khả năng bảo vệ cả các tế bào nhân thực. Ectoine có khả năng bảo vệ tế bào da người chống lại tia tử ngoại (Bünger và Driller, 2004). Vai trò của ectoine đối với màng tế bào đã được chứng minh bằng cách xét nghiệm hồng cầu và kết quả cho thấy sự tổn thương màng tế bào được giảm đáng kể khi
sử dụng ectoine trước đó. Bổ sung ectoines vào trong mỹ phẩm có tác dụng dưỡng da và làm tăng độ ẩm cho da. Các nghiên cứu in vitro về tác dụng của ectoine đối với da người được chứng minh bằng các thử nghiệm lâm sàng trên da lão hóa (Heinrich và cs, 2007). Bổ sung 2% ectoine, làm da ẩm hơn, dẫn đến tăng độ đàn hồi cấu trúc của bề mặt da. Từ những lí do trên, ngày nay ectoines được quan tâm trong lĩnh vực mỹ phẩm (Hình 1.5), ectoine (EctoineTM) hiện đang được sử dụng trong một loạt các sản phẩm chăm sóc da ngày càng tăng (Lentzen và Schwarz, 2006).
Hình 1.5. Một số sản phẩm trong y tế sử dụng ectoine trên thị trường.