Полилизин относится к нескольким типам гомополимеров лизина , которые могут отличаться друг от друга с точки зрения стереохимии (D/L; форма L является естественной и обычно предполагаемой) и положения связи (α/ε). Из этих типов только ε-поли-L-лизин производится естественным путем.
Аминокислота-предшественник лизин содержит две аминогруппы : одну у α-углерода и одну у ε-углерода. Любой из них может быть местом полимеризации , приводящей к образованию α-полилизина или ε-полилизина. Полилизин — гомополипептид, принадлежащий к группе катионных полимеров : при pH 7 полилизин содержит положительно заряженную гидрофильную аминогруппу.
α-Полилизин представляет собой синтетический полимер, который может состоять либо из L -лизина, либо из D -лизина. «L» и «D» относятся к хиральности центрального углерода лизина. В результате образуются поли- L -лизин (PLL) и поли- D -лизин (PDL) соответственно. [1]
ε-Полилизин (ε-поли- L -лизин, EPL) обычно получают в виде гомополипептида, содержащего примерно 25–30 остатков L -лизина. [2] Согласно исследованиям, ε-полилизин электростатически адсорбируется на поверхности клеток бактерий с последующим снятием внешней мембраны . В конечном итоге это приводит к аномальному распределению цитоплазмы , вызывающему повреждение бактериальной клетки [3] , образующееся в результате бактериальной ферментации. ε-Поли- L -лизин используется в качестве натурального консерванта в пищевых продуктах.
Производство полилизина путем естественной ферментации наблюдается только у штаммов бактерий рода Streptomyces . Streptomyces albulus чаще всего используется в научных исследованиях, а также используется для коммерческого производства ε-полилизина.
α-Полилизин получают синтетически путем основной реакции поликонденсации . [5]
Производство ε-полилизина путем естественной ферментации было впервые описано исследователями Сёдзи Сима и Хейити Сакаи в 1977 году. [2] С конца 1980-х годов ε-полилизин был одобрен Министерством здравоохранения, труда и социального обеспечения Японии в качестве консерванта в еда. В январе 2004 года ε-полилизин стал общепризнанным безопасным (GRAS) и сертифицированным в США. [6]
ε-Полилизин коммерчески используется в качестве пищевого консерванта в Японии, Корее и в импортных товарах, продаваемых в США. Пищевые продукты, содержащие полилизин, в основном встречаются в Японии. Полилизин широко используется в пищевых продуктах, таких как вареный рис, вареные овощи, супы, лапша и нарезанная рыба ( суши ). [7]
В литературных исследованиях сообщается об противомикробном действии ε-полилизина в отношении дрожжей , грибов , грамположительных и грамотрицательных бактерий . [8]
Полилизин имеет светло-желтый цвет и слегка горьковатый вкус как в порошкообразной, так и в жидкой форме.
α-Полилизин обычно используется для покрытия тканевой культуральной посуды в качестве фактора прикрепления, который улучшает адгезию клеток. Это явление основано на взаимодействии положительно заряженного полимера и отрицательно заряженных клеток или белков. Хотя аминокислота-предшественник поли- L -лизина (PLL) встречается в природе, предшественник поли- D -лизина (PDL) является искусственным продуктом. Поэтому считается, что последний устойчив к ферментативному расщеплению и поэтому может продлевать адгезию клеток. [9]
Полилизин обладает высокой плотностью положительного заряда, что позволяет ему образовывать растворимые комплексы с отрицательно заряженными макромолекулами . [10] Гомополимеры или блок-сополимеры полилизина широко используются для доставки ДНК [11] и белков. [12] Также было показано, что наночастицы на основе полилизина пассивно накапливаются в поврежденных участках кровеносных сосудов после инсульта за счет включения в новообразованный тромб , [13] что предлагает новый способ доставки терапевтических агентов конкретно к местам повреждения после инсульта. повреждение сосудов.
В 2010 году гидрофобно модифицированный ε-полилизин был синтезирован путем взаимодействия EPL с октенилянтарным ангидридом (OSA). [14] Было обнаружено, что OSA-g-EPL имеют температуру стеклования ниже, чем EPL. Они смогли образовывать полимерные мицеллы в воде и снижать поверхностное натяжение воды, подтверждая свои амфифильные свойства. Также была исследована антимикробная активность OSA-g-EPL, и минимальные ингибирующие концентрации OSA-g-EPL против Escherichia coli O157:H7 остались такими же, как и у EPL. Таким образом, модифицированные EPL могут стать бифункциональными молекулами, которые можно будет использовать либо в качестве поверхностно-активных веществ или эмульгаторов при инкапсуляции водонерастворимых лекарств, либо в качестве противомикробных средств.