Aureobasidium pullulans AKWによるメラニン生成の最適化に向けた応答曲面法と人工ニューラルネットワークを用いた比較研究

Scientific Reports volume 13、記事番号: 13545 (2023) この記事を引用

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オーレオバシジウム・プルランス AKW によるメラニン生成に対する 3 つの独立変数 (すなわち、チロシン、スクロース、および培養時間) の影響は、応答曲面法 (すなわち、ボックス ベンケン設計 (BBD)) と人工ニューラル ネットワーク (ANN) という 2 つの特徴的なアプローチによって解明されました。この研究では初めて単純な媒体を使用しました。 BBD に関しては、スクロースとインキュベーション間隔は出力 (メラニン レベル) に重大な影響を与えましたが、チロシンはそうではありませんでした。 検証プロセスでは、BBD および ANN パラダイムと実験的メラニン生成の高い一貫性が示されました。 ANN に関しては、メラニンの予測値は実験値と非常によく似ていましたが、BBD と競合するわずかな誤差はありました。 BBD (9.295 ± 0.556 g/L) および ANN (10.192 ± 0.782 g/L) を使用すると、メラニンの非常に同等の実験値が達成されました。 ANN はメラニン生成を正確に予測し、BBD よりも約 9.7% 高いメラニン生成の改善を示しました。 精製されたメラニンの構造は、走査型電子顕微鏡 (SEM)、エネルギー分散型 X 線分光法 (EDX)、X 線回折パターン (XRD)、および熱重量分析 (TGA) によって検証されました。 結果は、SEM 分析による小さなコンパスとしての粒子の階層構造、XRD 分析による層間間隔、EDX 分析による炭素および酸素原子の最大原子%、および TGA 分析による優れた熱安定性を検証しました。精製されたメラニン。 興味深いことに、現在の新規内生菌株はチロシン非依存性であり、独自に適用されたANNパラダイムは、比較的短時間（168時間）で単純な培地で十分な量のメラニン生成をモデル化する際により効率的であり、さらなる最大化のための追加の最適化研究が示唆されています。メラニン生成のこと。

天然色素、特に微生物由来の色素に対する好奇心が消費者を惹きつけているのは、発がん性、高アレルギー誘発性、毒性原性のため、化粧品、食品加工、繊維、医薬品への合成色素の普及が制限されてきたためです1,2。 微生物色素の価値には、安定性、収量が高く、製造が容易であることに加え、低コストで微生物の培養が容易であることが含まれます3。 安全な製品として、簡単に分解でき、環境に優しい天然色素を求める業界の成長により、微生物によるメラニン生成は研究の才能ある分野となっています1。

メラニンは、グルタミニル-3,4-ジヒドロキシベンゼン、カテコール、3,4-ジヒドロキシナフタレン、または3,4-ジヒドロキシ-フェニルアラニンなどのフェノール化合物の代謝経路中の酸化重合によって形成される暗褐色の色素です。真菌の場合、もう 1 つの経路は 3,4-ジヒドロキシフェニルアラニン経路です。この経路では、チロシンがチロシナーゼとラッカーゼによって触媒されてドーパキノンが形成され、ドーパキノンが酸化されてメラニンに自動重合します 3,4。 さらに、メラニン生成は細胞内および/または細胞外のチロシナーゼ酵素に依存しており、これにより、いくつかの研究で、ペニシリウム・クリソゲニウム、トリクデルマ・リーセイおよびトリコデルマ・ハルツィアヌムの増殖中のチロシナーゼ酵素の活性化、不活化、誘導物質、および阻害剤の速度論的プロセスが明らかになりました2,5。

微生物のメラニン生産者の中でも、真菌は、低コストの培地で高収率でメラニン物質を生産することに熟達しているため、強力な供給源としてのメラニン構築において優位性を持っており、これにより工業規模で経済的に実行可能なバイオプロセスを作り上げることができます3。 、４． いくつかの子嚢菌類、例えば、Aureobsidium pullulans、Neophaeotheca triangaliis、Trimmatostroma salinum、および Hortaea werneckii がメラニンを生成することが報告されています6,7。 細菌と比較して、これらの真菌には、メラニン生成に主要な役割を果たす 2 つの重要な酵素 (チロシナーゼとラッカーゼ) が優勢であるため、潜在的な利点があります8。