グルタチオンは養殖でどのように使われていますか?

Glutathione is a tripeptide consisting of glutamic acid, cysteine, and glycine with sulfhydryl groups, and is the most important low molecular weight antioxidant synthesized in cells. It occurs in nature in two forms: reduced glutathione (GSH) and oxidized glutathione (GSSG). GSH is usually referred to as GSH[1], which has a sulfhydryl group and γ-glutamine. GSH has many physiological functions, such as scavenging free radicals, enhancing immunity, and chelating and detoxification[2].

高濃度養殖業の発展に伴い、水生疾病が深刻化しており、食品の安全性を重視する国が増えている。安全で効率的な飼料添加物は、養殖動物の健康問題を解決し、養殖動物の収量と品質を向上させるための鍵となっている。

In recent years, the application of glutathione in aquaculture has been widely researched and become a hot spot for feed additive development. The article summarizes the latest research progress on the production and application of glutathione in aquaculture both at home and abroad and aims to provide new scientific ideas for the application of glutathione in aquaculture by elucidating the principles and effects of glutathione on different aspects of aquaculture animals.

1.グルタチオンの源と代謝

1.1グルタチオンの源

Glutathione is mainly synthesized and reduced in the body. GSH is synthesized in liver cells by a two-step enzymatic reaction catalyzed by γ-glutamylcysteine synthetase (GSHI or γGCS) and glutathione synthetase (GSHII or GS), using glutamic acid, cysteine and glycine as substrates[3] . GSSG is synthesized in a two-step enzymatic reaction catalyzed by γ-glutamylcysteine synthetase (GSHI or γGCS) and glutathione synthetase (GSHII or GS) [3]; the GSH reduction pathway mainly involves the intracellular GSSG being reduced to GSH by glutathione reductase (GR) [4].

また、gssgは、硫酸転移酵素の作用によってgshを生成することができ、またはアスコルビン酸と反応してgshを生成することができます;gshが枯渇または不足した場合、哺乳類はメチオニンを利用してgshを生成することができます[5]。

1.2グルタチオンの代謝

Glutathione can be completely absorbed and transported by the small intestine [6], and through the bloodstream into the pancreas, liver and other parts of the metabolism, to complete the scavenging of free radicals, detoxification and nutrient transport and other functions [7], and the kidneys are able to uptake GSH from the blood, which is an important place for the removal of GSH from the blood plasma. Adverse conditions such as aging, toxicity, infection, and oxidative stress can reduce the synthesis of intracellular GSH, which can lead to a decrease in GSH levels in the body, and exogenous supplementation of GSH can alleviate or terminate these problems.

2. グルタチオンの製造方法

2.1直接抽出法

直接抽出法は、主に有機溶媒を用いて、グルタチオンを豊富に含む動植物組織(トウモロコシ胚芽や小麦胚芽など)からグルタチオンを原料とし、アミラーゼやプロテアーゼによる処理を経て、分離・濃縮・乾燥させて得られる[8]。しかし、直接抽出法は、純度が低く収率が低いという問題があり、工業化された生産や応用には適していません。

2.2化学合成

化学合成によるグルタチオンの生産は1970年代に始まった。グルタチオンはグルタミン酸、システイン、グリシンから基保護、縮合、脱保護の段階を経て合成される[9]。この方法は、以前からグルタチオンの製造に応用されていましたが、複雑な操作、高コスト、長時間消費、深刻な環境問題など多くの問題を抱えていました。

2.3酵素方法

酵素合成グルタチオンの合成処理を指すグルタチオンのが経てばL-glutamic酸を使用して、L-cysteineとグリシン基板、2グルタチオンのsynthetasesを追加、現場γ意識レベルGCSとGS、自然生物から取得により得られた画像データを合成するそしてグルタチオンの両国synthetasesが一歩一歩またこの二つの反応はいずれも、アデノシン三燐酸(ATP)エネルギー[10]を提供する。どちらの反応もエネルギーとしてアデノシン三リン酸(atp)の付加を必要とする[10]。したがって、グルタチオンの酵素合成はより効率的ですが、酵素活性やatp価格の影響を受けやすいのです。

2.4微生物発酵

Compared with extraction, chemical synthesis and enzymatic methods, the 発酵によるグルタチオンの生産生産速度が速く、反応条件が穏やかで、低コストで、汚染が少ないという利点があり、開発の大きな潜在力を持つグルタチオン生産の主な方法となっています。

グルタチオンの生産には2種類あり、1つは、saccharomyces cerevisiae、candida utilis、pseudomonas fluorescensなどの従来の突然変異育種から得られた高収量株である[11-13]。2つ目は遺伝子組換え細菌(gebs)で、これは組み換え技術を用いてグルタチオン合成のための遺伝子を他の微生物に導入してグルタチオンを生産するもので、現在ではほとんどが出芽酵母saccharomyces cerevisiaeや大腸菌を担体として遺伝子組換え細菌である[14-15]。

微生物発酵によるグルタチオンの生産に影響を与える要因は、菌株のほかに、微生物発酵制御技術やグルタチオン精製技術などがあります。微生物の発酵制御技術は、培地、培養条件の最適化、発酵プロセスの制御を含む。また、グルタチオンの精製技術には、溶媒抽出、熱湯抽出、高圧均質化などがある[16]。現在、グルタチオン製造のための微生物発酵技術は比較的成熟しており、大規模な工場生産が可能であり、発展の可能性が高い。

3.水生動物におけるグルタチオンの応用

3.1グルタチオンの水生動物の成長性能への応用

グルタチオンを水生動物の成長に応用した例としては、eriocheir sinensis[17]、mylo-pharyngodon piceus richardson[18]、litope - naeus vannamei[19]などがあり、グルタチオンが水生動物の成長促進作用を持つことが示されています。litope-naeus vannamei[19]などの水生動物を用いた研究で、グルタチオンには成長促進作用があることが示されています。水生動物に対するグルタチオンの成長促進作用は多面的である可能性がある。まず、グルタチオンのを加えたの放送がに前向きな効果を及ぼす水生動物の分泌が内分泌up-regulateできるインスリン様成長の表現成長因子Iと成長ホルモン遺伝子、こうして成長ホルモンの分泌がと甲状腺ホルモンを促進し、水生動物の成長をさらに促进する上、います

mingら[20]は、飼料に407.45 mg/kgのgshを添加すると、ソウギョ(ctenopharyngodon idella)の肝臓におけるインスリン様成長因子iの発現が促進され、ソウギョの体重増加率が増加することを示した。第二に、グルタチオンには、補酵素aの構成要素の一つであるシステインが含まれており、成長阻害ホルモン分子のジスルフィド結合を切断し、成長阻害ホルモンが成長ホルモンに与える阻害作用を緩和し、草本植物の成長を促進させることができるxiaoらは[22]、システアミン塩酸塩(csh)の腹膜注射をソウゴケに投与すると、血清成長ホルモンのレベルが有意に上昇し、その後、ソウゴケの稚魚の短期成長が促進されることを発見した。また、gshは稚魚の短期成長を促進するために使用することができます。

In addition, GSH can promote the growth of aquatic animals by enhancing the absorption of nutrients. Feng Gupan et al.[23] showed that the addition of 0.30 g/kg of GSH to the feed decreased the feed coefficient and increased the body weight of Procambarus clarkii. In rainbow trout (Oncorhynchus mykiss), the addition of 200 mg/kg of GSH to the diet was shown to increase intake, weight gain and specific growth rate.24 Wang et al.[19] showed that the addition of 75-150 mg/kg of GSH increased the feed intake and weight gain of Litope naeus vannamei. - Litope naeus vannamei (Litopenaeus vannamei) gut wall thickness and specific growth rate. 、320 mg/kg GSH to the feed significantly increased the protein efficiency of GIFT Oreochromis niloticus (tilapia), thus promoting growth [25].

3.2水生動物における抗酸化ストレスへのグルタチオンの応用

集約的な養殖の継続的な発展に伴い、水生動物にストレスを引き起こす要因がますます多くなっています。酸化ストレスとは、体内の酸素フリーラジカルの含有量が増加し、体内の酸化と抗酸化のバランスが崩れて酸化ストレスが発生することです[26-27]。酸化ストレスは水生動物の免疫力を低下させ、組織の損傷を引き起こし、成長を遅らせ、最終的には水産物の収量と品質を低下させます。

内因性抗酸化物質として、グルタチオンは生体の抗酸化系において重要な役割を果たしている。まずグルタチオンのはのnon-proteinで最も豊富sulfhydryl化合物が経てばsulfhydryl組のGSH直接を制限し電子を提供することができる自由急進派に下げる毒性物質になり、それからまた、別と反応GSSG形に積極的にグルタチオンのし、するフリーラジカルを低減する効果があることを達成できるフリーラジカル維持代謝が経て[28]。さらに、gshとgssgは体内で相互変換できるため、細胞の酸化還元状態のバランスを維持するための酸化還元バッファとして使用することができます[29]。

The addition of GSH to feed can increase the accumulation of GSH in aquatic animals, thereby reducing the level of oxidative stress in the body, increasing the activity of antioxidant enzymes, and enhancing the antioxidant capacity of the body. Studies in turbot (Scophthalmus maximus), Chinese crabs, mackerel, South American white shrimp, seabass (Lateolabrax japonicus) and other aquatic animals have shown that the addition of appropriate amounts of GSH to feeds can increase the antioxidant activity in the body and enhance the antioxidant capacity [5, 17-18, 30-31]. However, excessive glutathione may hurt the antioxidant capacity of aquatic animals, which may be due to the high concentration of glutathione causing DNA damage, resulting in its pro-oxidant effect [32-33].

3.3養殖動物へのグルタチオンの応用'免疫性能

養殖の過程で、高い養殖密度、飼料の酸化と酸性化、水生環境の悪化は、養殖動物の免疫能力の継続的な低下と罹患率の大幅な増加をもたらした[34]。gshは免疫性能を向上させることができる多くの点で養殖動物の、まず、動物の免疫力の低下'の体は、多くの場合、酸化ストレスに関連しており、gshは、体内の重要な抗酸化物質として、酸化ストレスを抑制し、免疫性能を向上させるために余分なフリーラジカルの除去に関与することができます[35]。体内の重要な抗酸化物質として、gshは過剰なフリーラジカルの除去に直接関与し、酸化ストレスを抑制し、免疫力を向上させることができます[35]。

第二に、gshは、動物の体の活性因子を調整することによって、体の免疫機能を高めることができます。zhou yanlingら[36]は、飼料に357.69 mg/kgのgshを添加すると、稚魚pelteobagrus fulvidracoのリゾチーム(lzm)、アルカリホスファターゼ(akp)、アシドホスファターゼ(acp)の濃度が上昇する可能性があることを示した[37]。 幼魚におけるlzm、アルカリホスファターゼ(akp)、酸性ホスファターゼ(acp)活性、免疫グロブリンmの増加、4レベルの補完。Eriocheir草の研究では、600 mg / kg示す900 mg / kgのGSH飼料にする1,700万円ほど活動のimmunoenzymes塩化リゾチームなどの活動を減らす有料方受容体(TLR1) 1 .、有料受容体2 (TLR2)、とTLR2 (TLR2)のレベルを増やすimmunoglobulin M、および補完4を有する。toll様受容体1 (tlr1)、toll様受容体2 (tlr2)、および骨髄分化因子88 (myd88)がエリオケイルシネシスの免疫性能を向上させる[17]。

Xue et al.[21] showed that the addition of 500 mg/kg of glutathione to the feed could improve the immune performance of Chinese mitten crab (Eriocheir sinensis) by regulating the expression of Interleu - kin-1β (IL-1β), Interleukin-6 (IL-6) and tumor necrosis factor-α (TNF-α, TNF-α, TNF-α, TNF-α, TNF-α, and other immune factors[22] . The expression of inflammation-related genes such as Interleukin-6 (IL-6), Interleukin-6 (IL-6) and Tumor necrosis factor-α (TNF-α) reduces gill and liver inflammation caused by ammonia stress, and enhances the immunity of common carp (Cyprinus carpio).

グルタチオンは免疫細胞の活力を高め、免疫細胞の増殖を促進する。oreochromis ni—loticus×o . aureusの試験では、適切な量のgshを外因的に添加すると、若年のoreochromis ni—loticusの頭部のマクロファージの呼吸バーストが増加し、免疫調節に関与することが示された[37]。zhao hongxiaら[38]は、飼料中のgshの増加に伴い、ソウギョの血液中の白血球数が増加し、ソウギョの非特異的な免疫機能が強化され、病気に対する抵抗力が強化されたことを示した。

3.4グルタチオンの水生動物の解毒への応用

gshの解毒メカニズムは、2つの側面から構成されている:一方では、重要な抗酸化物質として、gshは、生物の過剰なフリーラジカルを除去することができます;一方、gshはいくつかの酵素を介して脂質過酸化を抑制し、酸化ストレスによる有害物質の悪影響を軽減し、その毒性を緩和することができます。zhou yanlingら[39]は、幼若のpelteobagrus fulvidracoの食事に357.69 mg/kgのgshを添加すると、抗酸化能力が向上し、アンモニアと窒素に対する耐性が高まることを示した。ソウギョでは、407.45 mg/kgのgshを添加すると、抗酸化酵素の活性が増加し、生物の抗酸化能力が向上し、ミクロシスチンによる損傷が減少することが示されたが、gshを過剰に摂取するとマイナスの効果もあった[20]。oreochromis niloticusの研究では、gshが脂質過酸化を緩和し、肝機能を改善し、アフラトキシン中毒を緩和することが示された[40]。

一方、gshは様々な毒性物質やその代謝物と結合して非毒性の付加物を形成し、動物から排出される。pelteobagrus fulvidracoでの研究では、グルタチオンがミクロシスチンと結合してより親水性の生成物を形成し、より容易に排泄できることが示されている[41]。ren sjらは[42]、グルタチオンがphoximとの中間生成物を形成し、それによってcarassius au-ratus gibelioの肝臓におけるphoximの残基値が低下することを示した。実験は、一定の集中力を発揮しティラピアナイル鉛飼料にする適応でGSH内容の拡大をもたらしhepatopancreasおよびとのGSH内容減少で鉛含有量が増大する能力を言われる金属に団地組みGSHイオンの数はこの団地が被疑者を集約してカラダから急速に排泄、したがって効果素早いデトックス[43-44]います

4.概要・展望

グルタチオンは様々な方法で生産されていますが、その中でも化学、酵素、生物学的手法が工業的に利用されており、養殖への応用のための良い基礎を築いています。gshは、水産物の品質向上だけでなく、水生動物の健全な養殖にも大きな可能性を秘めています。国内外の研究者は、gshの養殖、特に水生動物飼料への応用について深く研究している。しかし、グルタチオンは水溶性でphが低いため、その開発・利用が制限されています。このため、今後の研究では、グルタチオンの飼料加工の最適化を強化し、gshと他の栄養素との連携を検討し、グルタチオンの効率的な利用を実現することが期待されます。

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