Sentetik Gıda Katkı Maddeleri Tehlikeli midir?


Nurhayat Kayar - Biyoloji Öğretmeni, Baksan Mesleki Eğitim Merkezi

Metabolik mühendisliği alanı, hücre fabrikalarında küresel pazarlar için çok büyük ölçekli yapılan kimyasallarının biyo üretimine dayanan yeşil bir imalat endüstrisi yaratmaya çalışır. Bitkisel doğal ürünler (PNP'ler) tatlar, kokular ve ilaçlar olarak kullanımları nedeniyle özellikle önemli hedeflerdir, ancak stereokimyasal karmaşıklık nedeniyle sentezlenmesi zor olabilir. PNP'ler özel tesis yoluyla üretilir. Bitkisel doğal ürünler (PNP'ler) tarihsel olarak üretilmesi zordur ve ilaçlar, tatlar ve kokularda her yerde bulunur. PNP yollarının yeni konakçılara tasarlanması, yola uyum sağlamak için uygun bir konakçı bulmayı veya değiştirmeyi, bileşik için bir biyosentetik yol planlamayı ve uygulamayı ve eksik adımlar için enzimleri keşfetmeyi veya tasarlamayı gerektirir. Bu derlemede, metabolik mühendisliğindeki son gelişmeleri konukçu, yol ve enzim düzeyinde tanımlamakta ve alanın daha karmaşık biyosentetik fırsatlara nasıl yaklaştığını tartışıyoruz.


Ayrıca, bir PNP biyosentetik yolağındaki ara ürünler genellikle konakçı bitkiden elde edilemezler, bu nedenle ilgili PNP'nin yeni türevlerini üretme çabalarını karmaşıklaştırırlar. PNP'lerin mikrobik üretimi, mikrobiyal hücrelerle ilişkili isteğe bağlı üretim yetenekleri, fermantasyon tesislerinde ölçeklenebilir ve kontrollü üretim ve daha yüksek saflıkta PNP ve PNP ara ürünleri üretme kapasitesi sağlayarak veya verimi, yerli bitki konağı tarafından sağlananlardan daha fazladır. Ek olarak, PNP'lerin mikrobik üretimi, PNP'lerin yeni türevlerini sentezlemek ve bitki sekonder metabolizmasında yer alan enzimler hakkında bilgi edinmek için bir keşif platformu olarak hizmet edebilir. Az miktarda istenen ürünü üreten bir suş geliştirildikten sonra, ürünün endüstriyel ölçekli titreleri için bu suşun mühendisliğine yönelik stratejiler kullanılabilir; bu stratejiler başka bir yerde gözden geçirilmiştir ve bu incelemenin odak noktası, yolun canlılığını doğrulayan istenen PNP ve / veya yeni PNP türevinin en azından saptanabilir konsantrasyonlarını üreten başlangıç ​​mühendislik stratejileri olacaktır. Heterolog PNP biyosentezi ve DBT'nin uygulanması, üretim konağının, biyosentetik yolun ve yolu oluşturan bireysel enzimlerin makul seçimini ve mühendisliğini gerektirir.[1] Aksine, organik ambalajlı gıdalarda sadece doğal, sentetik olmayan maddelerden elde edilen aromalar kullanılabilir ve Aralık 2019'dan başlayarak, organik aromalar ticari olarak mevcutsa doğal aromalar kullanılamaz.[2]


Metabolik mühendisler, yakıtlar, kimyasallar ve ilaçlar üretmek için mikropları kullanarak biyo bazlı bir imalat endüstrisi yaratmaya çalışırlar. Bitkisel doğal ürünler (PNP'ler) tarihsel olarak üretilmesi zordur ve ilaçlar, tatlar ve kokularda her yerde bulunur. PNP yollarının yeni konakçılara tasarlanması, yola uyum sağlamak için uygun bir konakçı bulmayı veya değiştirmeyi, bileşik için bir biyosentetik yol planlamayı ve uygulamayı ve eksik adımlar için enzimleri keşfetmeyi veya tasarlamayı gerektirir. Bu derlemede, metabolik mühendislikte konakçı, yol ve enzim düzeyindeki son gelişmeleri tanımlamakta ve alanın daha karmaşık biyosentetik fırsatlara nasıl yaklaştığını tartışıyoruz.[3]

Şekil 1: a. Çoklu seviyelerde metabolik mühendislik, gittikçe karmaşıklaşan heterolog PNP yollarının mühendisliğini mümkün kılmıştır. Bir mikrobiyal konakçıda bir PNP'nin heterolog üretimi, üç farklı ölçekte mühendislik içerebilir: konakçı, yol ve enzim b. Zamanla gerçekleştirilen artan yol uzunluğunu gösteren, maya ile üretilen önemli PNP örneklerinin zaman çizelgesi. Etiketler, ürün adını veya bileşik yardımcı programını gösterir.[1]

Şekil 2: Bir PNP öncü bileşiğinin titresini arttırmak için ortak konak mühendisliği stratejileri. Sarı üçgenler, çekirdek metabolit platformu; mavi altıgenler, ikincil metabolit platformu[1]

Hem şeker hem de yapay tatlandırıcıların tüketimi zaman içinde damak veya tat tercihlerimizi değiştirerek tatlı yiyeceklere olan arzumuzu artırabilir. Kalorik olmayan yapay tatlandırıcılar (NAS), düzenli olarak yağsız ve obez bireyler tarafından düzenli olarak tüketilen dünya çapında en yaygın kullanılan gıda katkı maddeleri arasındadır. NAS tüketimi, düşük kalorili içerikleri nedeniyle güvenli ve yararlı olarak kabul edilir, ancak bilimsel verilerin desteklenmesi seyrek ve tartışmalıdır. Burada yaygın olarak kullanılan NAS formülasyonlarının tüketiminin, bağırsak mikrobiyotasına bileşimsel ve fonksiyonel değişikliklerin indüklenmesi yoluyla glikoz intoleransının gelişimini teşvik ettiğini gösteriyoruz. Bu NAS aracılı zararlı metabolik etkiler antibiyotik tedavisi ile ortadan kaldırılır ve NAS tüketen farelerden veya NAS varlığında anaerobik olarak anaerobik olarak inkübe edilen mikrobiyota konfigürasyonlarının dışkı nakli üzerine mikropsuz farelere tamamen aktarılabilir. Metabolik hastalığa ev sahibi duyarlılıkla bağlantılı NAS ile değiştirilmiş mikrobiyal metabolik yolları tespit ediyoruz ve sağlıklı insan deneklerde benzer NAS kaynaklı disbiyoz ve glikoz intoleransı sergiliyoruz. Sonuç olarak, sonuçlarımız NAS tüketimini, disbiyozu ve metabolik anormallikleri birbirine bağlar ve böylece büyük NAS kullanımının yeniden değerlendirilmesini gerektirir. Kalorik olmayan yapay tatlandırıcılar (NAS), kalori alımını artırmadan tatlı tadı koruyarak, kilo alımı ve diyabetle mücadele aracı olarak dünya çapında milyonlarca kişi tarafından tüketilen yaygın gıda takviyeleridir. Güvenli oldukları düşünülse de, potansiyellerine ilişkin artan tartışmalar var.[3]


Bitki doğal ürünleri (PNP'ler), küresel pazarda büyük bir ticari değere sahip farmasötikler, nutrasötikler, baharatlar, pigmentler vb. Bununla birlikte, bu PNP'lerin çoğu hala bitkilerden çıkarılmaktadır. Mikrobiyal hücre fabrikalarını kullanan PNP'ler için kaynak tasarrufu sağlayan ve çevre dostu bir sentez yolu, 1940'lardan beri giderek daha fazla ilgi çekmektedir. Bununla birlikte, günümüzde sadece bir avuç PNP, endüstriyel ölçekte mikrobiyal hücre fabrikaları tarafından üretilmektedir ve büyük ölçekli uygulamalarında hala birçok zorluk bulunmaktadır. Zorluklardan biri, PNP'lerin çoğu biyosentetik yolunun hala bilinmemesidir, bu da heterolog mikrobiyal üretim için aday PNP'lerin sayısını büyük ölçüde sınırlar. Diğer bir zorluk, mikrobiyal konakçılarda hedef ürünlere yönelik metabolik akıların genellikle zayıf prekürsör kaynağı, düşük katalitik aktivitesi ile engellenmesidir.


PNP üreten bir mikrobiyal hücre fabrikasının yapımındaki ilk adım, orijinal biyosentetik yolağı tanımlamaktır. Moleküler biyoloji, “omics” teknolojileri ve biyoinformatiklerin hızlı gelişimi PNP-biyosentetik yolların tanımlanmasında büyük atılımlar sağlamıştır. Geleneksel olarak, ters transkripsiyon-polimeraz zincir reaksiyonu (RT-PCR), cDNA uçlarının hızlı amplifikasyonu (RACE), RNA paraziti (RNAi), virüs kaynaklı gen susturma (VIGS) ve izotopik izleyici yöntemleri PNP'lerin biyosentetik yollarındaki yeni genleri ortaya çıkarmak için kullanılmıştır. Bununla birlikte, bu teknolojiler genellikle zaman alıcı, zahmetli ve sonuç olarak pahalıdır. Sekanslama teknolojisi, “omics” analizi ve yüksek verimli tarama teknolojilerinin hızla gelişmesiyle, son yıllarda PNP-biyosentetik yolaklarla ilgili binlerce fonksiyonel gen tanımlanmıştır. Örneğin, Salvia miltiorrhiza transkriptomunun montajı, tanshinonun tam biyosentetik yolunun araştırılması için değerli bir kaynak sağlamıştır. Yüksek yoğunluklu genetik bağlantı haritalaması. Brassica napusta flavonoid biyosentezinin altında yatan genetik ağları deşifre etmek için rekombinant kendi içinde melezlenmiş hatlar (RIL'ler) kullanılmıştır. Kabakurbitasin biyosenteziyle ilişkili genler, 115 farklı salatalık çizgisinin genomik varyasyon haritasına dayanan genom çapında birleşme analizi ile karakterize edilmiştir. Transkriptomik (RNA-Seq) ve biyoinformatik analizlerle birleştirilen Siraitia grosvenorii'nin tüm genom dizilemesi, mogrosid V'in biyosentetik yolunun aydınlatılmasına büyük katkı sağlamıştır. Ginsenosidlerin glikosiltransferazları, Panax ginseng'in EST'lerine (Ekspresli Sekans Etiketleri) ve cDNA veri tabanına dayalı olarak başarılı bir şekilde klonlandı. RNA-Seq tarafından mayapple'den elde edilen altı enzim, etoposid aglikonun tam biyosentetik yolağına birleştirildi. Bu nedenle, “omics” teknolojileri, PNP'lerin biyosentetik yollarından yeni genlerin tanımlanma hızını büyük ölçüde hızlandırdı.[4]


Bitkilerden üretilen PNP’lerin yolaklarının araştırılması ve yeni tatların tanımlanması ile ortaya çıkan gen dizilerinin biyoinformatikte kullanılması ile gelecekte daha fazla PNP’nin biyosentetik yolunun tanımlanması ve yeni muhtemelen organik tatların tanımlanması için bir yol olacaktır. Daha pek çok bitkide çalışılması gereken günyüzüne çıkmamış flavonidler yani fenolik bileşikler tanımlanmayı beklemektedir. Bu çalışmaların canlı deneyleriyle taçlanması gelecekte belkide pek çok hastalık için kullanılabilecek yeni enzim mühendisliği yöntemlerinin bulunmasına yol açacaktır.






Referanslar

1) Synthetic biology strategies for microbial biosynthesis of plant natural products, Aaron Cravens, James Payne, and Christina D. Smolke,13 May 2019

2) Are synthetic food additives dangerous? Here’s the science anti-chemical activists ignore

Josh Bloom ,17 July 2020

3) Non-caloric artificial sweeteners and the microbiome: findings and challenges, Jotham Suez, Tal Korem, [...], and Eran Elinav,2015

4) Engineering microbial cell factories for the production of plant natural products: from design principles to industrial-scale production, Xiaonan Liu, Wentao Ding, and Huifeng Jiang,2017

46 görüntüleme

Türkiye'nin Tek Popüler Genetik Bilim Dergisi

Bezelye Dergi ISSN: 2587-0173

Bizi Takip Et
  • Beyaz Facebook Simge
  • Beyaz Instagram Simge
  • White Twitter Icon
  • Icon-gmail
  • kisspng-white-logo-brand-pattern-three-d
  • images
  • medium
  • Dergilik
  • YouTube

© 2019 by Bezelye Dergi