Полилизин относится к нескольким типам гомополимеров лизина , которые могут отличаться друг от друга по стереохимии (D/L; форма L является естественной и обычно предполагается) и положению связи (α/ε). Из этих типов только ε-поли-L-лизин производится естественным образом.
Предшественник аминокислоты лизин содержит две аминогруппы , одну на α-углероде и одну на ε-углероде. Любой из них может быть местом полимеризации , в результате чего получается α-полилизин или ε-полилизин. Полилизин является гомополипептидом, принадлежащим к группе катионных полимеров : при pH 7 полилизин содержит положительно заряженную гидрофильную аминогруппу.
α-Полилизин — это синтетический полимер, который может состоять либо из L -лизина, либо из D -лизина. «L» и «D» относятся к хиральности центрального углерода лизина. Это приводит к поли- L -лизину (PLL) и поли- D -лизину (PDL) соответственно. [1]
ε-Полилизин (ε-поли- L -лизин, EPL) обычно вырабатывается как гомополипептид из приблизительно 25–30 остатков L -лизина. [2] Согласно исследованиям, ε-полилизин электростатически адсорбируется на поверхности клеток бактерий, после чего происходит отслоение внешней мембраны . Это в конечном итоге приводит к аномальному распределению цитоплазмы, вызывающему повреждение бактериальной клетки [3] , которое производится путем 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 применяется для коммерческого производства ε-полилизина.
α-Полилизин синтетически производится посредством основной реакции поликонденсации . [5]
Производство ε-полилизина путем естественной ферментации было впервые описано исследователями Сёдзи Шимой и Хейити Сакаи в 1977 году. [2] С конца 1980-х годов ε-полилизин был одобрен Министерством здравоохранения, труда и благосостояния Японии в качестве консерванта в пищевых продуктах. В январе 2004 года ε-полилизин стал общепризнанно безопасным (GRAS) и сертифицирован в Соединенных Штатах. [6]
ε-Полилизин используется в коммерческих целях в качестве пищевого консерванта в Японии, Корее и в импортных товарах, продаваемых в Соединенных Штатах. Пищевые продукты, содержащие полилизин, в основном встречаются в Японии. Использование полилизина распространено в таких пищевых продуктах, как вареный рис, приготовленные овощи, супы, лапша и нарезанная рыба ( суши ). [7]
В литературных исследованиях сообщается об антимикробном действии ε-полилизина против дрожжей , грибков , 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 тканевых культуральных принадлежностей в качестве фактора прикрепления, который улучшает адгезию клеток. Это явление основано на взаимодействии между положительно заряженным полимером и отрицательно заряженными клетками или белками. В то время как аминокислота-предшественник поли- L -лизина (PLL) встречается в природе, предшественник поли- D -лизина (PDL) является искусственным продуктом. Поэтому последний считается устойчивым к ферментативному расщеплению и, таким образом, может продлить 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 в места повреждения после повреждения сосудов.
В 2010 году был синтезирован гидрофобно модифицированный ε-полилизин путем реакции EPL с октенилянтарным ангидридом (OSA). [14] Было обнаружено, что OSA-g-EPL имеют более низкие температуры стеклования, чем EPL. Они способны образовывать полимерные мицеллы в воде и снижать поверхностное натяжение воды, подтверждая их 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 у EPL. Таким образом, модифицированные EPL имеют потенциал стать бифункциональными молекулами, которые могут использоваться либо в качестве поверхностно-активных веществ или эмульгаторов при инкапсуляции нерастворимых в воде лекарств, либо в качестве антимикробных агентов.