透明质酸是一种酸性黏多糖 ,在自然界中广泛存在,从肉眼看不见的细菌,到动物的组织细胞间质,都存在这种神奇的物质。它是由两种单糖手拉手连接成的。
透明质酸的作用可大啦,抹到皮肤上,你的皮肤会保持湿润,水灵灵的,使你年轻了好几岁。透明质酸还可以吃呢,吃了它后,人体内的透明质酸会全身的增加,这样表现出了自体内至体外的全身美容。透明质酸还用在眼科和关节疾病的治疗中。
透明质酸的作用这么大,怎样才能得到这种物质呢?人们最早是用提取法从组织中提取的,因为有些组织(如鸡冠、人脐带、动物眼玻璃体)中含有丰富的透明质酸。后来, Kendall等发现某些链球菌也可产生透明质酸。
链球菌是一种肉眼看不见,只有用显微镜才能看见的细菌。在显微镜下观察,它长的圆圆的,常见多个细菌连在一起,成链状,故称链球菌。以透明质酸为主要成分的荚膜围绕在菌体周围,保护细菌免受伤害。
附下图为链球菌,菌体周围是荚膜。
从 20世纪70年代开始,有人利用链球菌来制备透明质酸。日本资生堂于1985年首次报道了用链球菌生产透明质酸的方法。已报道的常用的产透明质酸菌种主要为链球菌的A组与C组,如化脓链球菌、兽疫链球菌、马疫链球菌、类马链球菌、缺乳链球菌、鸡霍乳杆菌等。A组主要是化脓链球菌等,系人体致病菌,较少使用,不宜作为生产菌种。C组链球菌为非人体致病菌,比较适合于工业生产。
链球菌在生长过程中 ,荚膜的产生有几种不同的情况,有的菌株在整个生长期都有荚膜,有的在对数生长期的前段产生,后段消失,或稳定期消失,有的根本不产生荚膜。进一步的研究发现这与菌种是否产生透明质酸酶有密切关系,荚膜的消失是由于被酶水解。MacLennan根据是否产生透明质酸和透明质酸酶,将具有荚膜的链球菌C组分为三类: (1)只产生透明质酸,不产生透明质酸酶;(2)透明质酸和透明质酸酶都产生;(3)只产生透明质酸酶,不产生透明质酸。因此, 透明质酸酶的产生对透明质酸的发酵非常不利,在菌种筛选时,要注意观察判断菌种是否同时产生透明质酸酶。发酵生产透明质酸所用的菌种,一般是将产生透明质酸的链球菌进行诱变处理得到,诱变方法有紫外线照射、化学诱变剂处理等。除链球菌外,还有Pasteurella multocida可产生透明质酸。
发酵法生产透明质酸是利用微生物这个小工厂,由微生物将廉价的葡萄糖转化为大分子的透明质酸。就象机器的制造需要钢材和电力一样,这个转化过程也需要必要的营养物质和能量。营养物质就是我们提供的碳源、氮源、与生长有关的因子等,需要的能量是由微生物氧化分解营养物质提供的。碳源主要是各种单糖、蔗糖和淀粉水解物,最常用的是葡萄糖。氮源主要为蛋白胨、酪蛋白水解液、酵母膏或浸出液、牛肉浸膏、大豆蛋白水解液、尿素、无机铵盐等。其它营养物质还有磷酸盐、硫酸盐,钠、钙、镁等无机盐,铁、锰、铜、锌等微量元素。
用于透明质酸发酵的设备主要是发酵罐,它配有搅拌、通气管道、 pH电极、溶氧电极、温度探头等。透明质酸的合成需要合适的pH、温度,pH一般为6.0~8.5,温度在30-38℃之间。菌体利用氧气氧化营养物质,产生的能量保证了其生长及产透明质酸的需要。
发酵法生产透明质酸与传统的动物组织提取法相比 , 具有生产规模不受动物原料限制, 发酵液中透明质酸以游离状态存在,易于分离纯化, 成本低, 易于形成规模化工业生产, 无动物来源的致病病毒污染的危险等优点。透明质酸无种属差异,不同动物组织提取的及不同菌种发酵生产的透明质酸, 在化学本质和分子结构上是一致的, 只是分子量有差别。
随着基因工程的发展,目前已构建出合成透明质酸的基因工程菌。它是将产透明质酸的基因转接到宿主菌中,这样随着宿主菌的生长,源源不断的产生透明质酸。基因工程菌生产透明质酸与传统的发酵法相比,优势主要有:( 1)可以精确控制透明质酸分子量的大小;2)不产生对人体有害的质。