Характеристика различных методов получения гиалуроновой кислоты

В данной научно-исследовательской работе, на основе на основе анализа литературы, дана характеристика методов получения гиалуроновой кислоты. Описан особенности метаболизма гиалуроновой кислоты у продуцентов различных таксономических групп. На основе полученных результатов проведен сравнительных анализ биотехнологий получения гиалуроновой кислот.

Цель исследования – сравнительный анализ технологий получения ГК на основе микробного и животного сырья.
Задачи исследования
1. Анализ научной литературы по особенностям химического строения, гистологической принадлежности, функций и метаболизма ГК у организмов различных таксономических групп.
2. Сравнительный анализ рентабельности известных методов получения ГК из биотехнологического сырья.

Гиалуроновая кислота (ГК) – глюкозоаминогликан животного и микробного происхождения, обладающий широким спектром фармакологического действия, благодаря чему она является наиболее востребованным биополимером в медицине, космецевтике и фармацевтике. Применяется в качестве индивидуальных и комплексных препаратов для эффективной терапии поражений кожи лица, рук, при офтальмологических операциях (удаление катаракты), в травматологии (заменитель синовиальной жидкости и активный хондропротектор). ГК и её соли оказывают местное противовоспалительное, ранозаживляющее и иммуномодулирующее действие.

Исследование проводилось на основе литературных данных, находящихся в свободном доступе. В основу исследования положен контент-анализ официальных источников информации об особенностях метаболизма гиалуроновой кислоты у продуцентов различных таксономических групп, а также сравнительных анализ биотехнологий микробного синтеза гиалуроновой кислот.

 

Гиалуроновая кислота (ГК) – линейный гетерополисахарид, построенный из повторяющихся  дисахаридных фрагментов D-глюкуроновой кислоты и N-ацетил-D-глюкозамина, соединенных β(1→3) гликозидной связью,  при этом дисахариды соединены β(1→4) связью. ГК (М ≈ 10⁵-10⁷ Да) всегда химически идентична в независимости от методов и источников получения, не имеет изомеров.

ГК - основной компонент межклеточного матрикса тканей млекопитающих, участвует в воспалительных реакциях, в процессах регенерации и поддержании местного иммунитета, служит естественным барьером, защищающим от болезнетворных агентов и химических веществ. Как компонент клеточного матрикса или клеточной стенки бактерий, ГК входит в состав микроводорослей рода Chlorella, бактерий родов Streptococcus, Pasteurella и Streptomyces.

ГК получают двумя способами: традиционным - на основе экстракции биополимера из сырья позвоночных животных, тканей человека, птиц  (пупочных канатиков новорожденных, стекловидного тела глаз крупного рогатого скота, синовиальной жидкости, суставных сумок, свиной кожи, плазмы крови, хрящевой ткани и гребней кур) и микробным синтезом с последующим выделением ГК из биомассы бактерий-продуцентов. Выделение биополимера включает физико-химические методы: гомогенизации, экстракции, фракционного осаждения. Традиционные способы получения ГК отличаются дороговизной, так как включают в себя стадии очистки от большого количество примесных глюкозаминогликанов и извлечения из комплексов с белками, а также деполимеризации из-за высокой молекулярной массы целевого продукта. Биотехнологические способы более выгодны, так как лишены недостатков традиционных методов, затрат на животное сырьё и имеется возможность контролировать выход конечного продукта заданной молекулярной массы, лишенного примесей, что является главным достоинством этих технологий.

Бактерии-паразиты приобрели способность к синтезу гиалуронатсинтетазы как фактор вирулентности посредством контакта с хозяином – позвоночным животным. Самой распространённой технологией является синтез на основе культур Streptococcus equi subsp. equi и Streptococcus equi subsp. zooepidеmiсus,. При периодической с подпитками по субстрату ферментации при рН около 7 в течение 6 – 26 ч. достигается оптимальная концентрация ГК около 5 г/л. Выделение ГК проводят с помощью центрифугирования, осаждения этанолом, ультрафильтрации и диализа против дистиллированной воды, ПАВ.

Активно разрабатываются технологии на основе генно-инженерного штамма сенной палочки Bacillus subtillis, показывающего высокие результаты синтеза ГК при росте на сложных питательных средах и полученного на основе методов экспрессии оперонов, кодирующих синтез гиалуронатсинтетазы стрептококков  на матрицу бактерий. Ведутся работы по подбору сред и оптимизации ферментации.

Белодед, А. В. Микробиологический синтез и деградация гиалуроновой кислоты бактериями р. Streptococcus : дис. … канд. биол. наук: 03.00.23 / Белодед Андрей Василье-вич. – МГУПБ . – М., 2008. - 23 с.
Лупына Т. П., к.б.н. Волошина Е. С. Микробилогический способ получения гиалу-роновой кислоты и перспективы её использования в фармацевтике., Национальный уни-верситет пищевых технологий, Украина. - 2014. - 4 с.
Anand, A. The effects of hyaluronic acid on articular chondrocytes / M. Akmal, A. Singh, A. Anand, at al. // The journal of bone and joint surgery. - 2005. - Vol. 87 (8). - P. 1143-1149.

In this research work, on a basis on the basis of the analysis of literature, the characteristic of methods of receiving hyaluronic acid is given. It is described features of a metabolism of hyaluronic acid at producers of various taxonomical groups on the basis of the received results the analysis of biotechnologies of receiving gialuronovy acids is carried out comparative.