نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران

نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران

بررسی زیست تبدیل هیدروکورتیزون و ناندرولون دکانوآت با استفاده از سه گونه ی قارچی

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان
1 گروه شیمی، واحد ایلام، دانشگاه آزاد اسلامی، ایلام، ایران
2 گروه شیمی، دانشکده علوم، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران
چکیده
گسترش بیماری­ های جدید نیاز به سنتز مشتقات با خواص داروئی بیشتر را از داروهای فعلی افزایش داده است. یک دسته از ترکیبات با خواص داروئی ارزنده، مشتقات استروئیدی به ویژه کورتیکواستروئیدها می ­باشند که در درمان بیماری‌هایی همچون نارسایی غدد فوق کلیوی، بیماری­ های التهابی، هموروئید، اِدم مغزی، آنمی و ... نقش بسزائی دارند و انتظار می‌رود بازار آن‌ها به دلیل ظهور و شیوع بیماری‌های جدید و مزمن، رشد مداوم داشته باشد. از  آنجائی­که نوع، تعداد و مکان قرارگیری گروه­ های عاملی موجود در ساختار استروئیدها، تأثیر بسزائی در خواص و فعالیت فیزیولوژی آنها دارد. تلاش‌های مستمری در راستای سنتز مشتقات استروئیدی به منظور بهبود اثربخشی و کاهش عوارض جانبی آنها انجام شده است. یکی از روش ­های کارآمد و مقرون به صرفه در این راستا زیست تبدیل آنها می ­باشد.  با توجه به ویژگی ­های منحصر به فرد کاتالسیت­ های زیستی در کنار ماهیت غیرسمی و زیست تخریب پذیر آنها، در این پژوهش زیست تبدیل دو هورمون استروئیدی هیدروکورتیزون (1) و ناندرولون دکانوآت (2) با استفاده از گونه ­های قارچی Circinella muscae، Coniothyrium fuckelii و Fusarium solani مورد بررسی قرار گرفت. زیست تبدیل هیدروکورتیزون توسط دو گونه­ ی قارچی C. muscae و C. fuckelii منجر به احیای گروه کربونیل 20 و تولید مشتق 11β-17α -20β -21-تترا هیدروکسی پرگن-4-̗ان-3-̓ان (3) به عنوان تنها فرآورده واکنش گردید. کاهش آنزیمی این گروه کتونی یکی از روش ­های مهم به منظور غیر فعال کردن کورتیکواستروئیدها می ­باشد. زیست تبدیل ناندرولون دکانوآت با گونه ­ی قارچی C. fuckelii منجر به هیدرولیز گروه استری و تولید 17β-هیدروکسی-4-̗ان-3-̓ان (4) در بازده 43% شد. این در حالی است که با گونه­ ی قارچیF. solani  ترکیب استر-4- ̗ان -3،17- دی اون (5) در بازده­ی 25% بدست آمد. شناسائی محصولات توسط روش ­های طیف سنجی FT-IR، 1H NMR و 13C NMR  صورت گرفت. در نهایت از طریق مقایسه داده ­های طیفی آنها با آنچه که در منابع علمی گزارش شده است ساختار آنها تأیید گردید.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Garzón-Posse F., Becerra-Figueroa L., Hernández-Arias J., Gamba-Sánchez D., Whole Cells as Biocatalysts in Organic Transformations, Molecules, 23(6): 1265 (2018).
[2] Kozłowska E., Hoc N., Sycz J., Urbaniak M., Dymarska M., Grzeszczuk J., Kostrzewa-Susłow E., Stępień Ł., Pląskowska E., Janeczko T., Biotransformation of Steroids by Entomopathogenic Strains of Isaria farinosa, Microb. cell fact., 17(1): 71 (2018).
[3] Bezborodov A.M., Zagustina N.A., Enzymatic Biocatalysis in Chemical Synthesis of Pharmaceuticals, Appl. Biochem. Microbiol., 52: 237–249 (2016).
[4] Ward T.R., Köhler V., Editorial overview: Biocatalysis and Biotransformation: Bio-Inspired, Bio-Based and Bio-Linked Catalysis, Curr. Opin. Chem. Biol., 25: 5–6 (2015).
[5] Chen H., Simoska O., Lim K., Grattieri M., Yuan M., Dong F., Lee Y.S., Beaver K., Weliwatte S., Gaffney E.M., Minteer S.D., Fundamentals, Applications, and Future Directions of Bioelectrocatalysis, Chem. Rev., 120(23): 12903–12993 (2020).
[6] de Carvalho C.C.C.R., Enzymatic and Whole Cell Catalysis: Finding New Strategies for Old Processes, Biotechnol. Adv., 29(1): 75–83 (2011).
[7] Staebler A., Cruz A., van der Goot W., Pinheiro H.M., Cabral J.M.S., Fernandes P., Optimization of Androstenedione Production in an Organic–Aqueous Two-Liquid Phase System. J. Mol. Catal. B Enzym., 29: 19–23 (2004).
[8] Ghasemi S., Habibi Z., Mohajeri M., Biotransformation of Two Furanocoumarins by Fungal Species Aspergillus sp. PTCC 5266 and Aspergillus niger PTCC 5010, Nat. Prod. Res., 33(6): 835–842 (2019).
[9] Zhao M., Li X., Xiong L., Liu K., Liu Y., Xue Z., Han R., Green Manufacturing of Steroids via Mycolicbacteria: Current Status and Development Trends, Ferment. 9(10): 890 (2023).
[10] Costa S., Zappaterra F., Summa D., Semeraro B., Fantin G., Δ1-Dehydrogenation and C20 Reduction of Cortisone and Hydrocortisone Catalyzed by Rhodococcus Strains, Molecules, 25(9): 2192) 2020(.
[11] Basso A.V., Nicotra V.E., Parra A.s., MartÃnez A., Fernandez-Vivas A., Biotransformation of Salpichrolides A, C, and G by Three Filamentous Fungi, J. Nat. Prod., 79: 1658–1667 (2016).
[12] El Menoufy H.A., Elkhateeb W.A., Daba G.M., “Biotransformation of Steroids: History, Current Status, and Future Prospects. In Fungi Bioactive Metabolites: Integration of Pharmaceutical Applications”, Deshmukh, S.K., Takahashi, J.A., Saxena S., eds., Springer Nature Singapore, Singapore, 743–762 (2024).
[13] Abdul Karim A., Atiatul W., Aziz A., Shaikh N.N., Choudhary M.I., Biotransformation of Metenolone Acetate and Epiandrosterone by Fungi and Evaluation of Resulting Metabolites for Aromatase Inhibition, Steroids, 202: 109345 (2024).
[15] Zappaterra F., Costa S., Summa D., Bertolasi V., Semeraro B., Pedrini P., Buzzi R., Vertuani S., Biotransformation of Cortisone with Rhodococcus rhodnii: Synthesis of New Steroids, Molecules, 26(5): 1352 (2021).
[16] Åšwizdor A., Baeyer-Villiger Oxidation of Some C19 Steroids by Penicillium lanosocoeruleum, Molecules, 18: 13812–22 (2013).
[17] Heidary M., Ghasemi S., Habibi Z., Ansari F., Biotransformation of Androst-4-ene-3,17-dione and Nandrolone Decanoate by Genera of Aspergillus and Fusarium, Biotechnol. Lett., 42(9): 1767–1775 (2020).
[19] Choudhary M.I., Erum S., Atif M., Malik R., Khan N.T., Atta-ur R., Biotransformation of (20S)-20-Hydroxymethylpregna-1,4-dien-3-one by Four Filamentous Fungi, Steroids, 76: 1288–1296 (2011).
[20] Abas H., Blencowe P., Brookfield J.L., Harwood L.A., Selective Hydroxylation of C(sp3)−H Bonds in Steroids, Chem. Eur. J., 29(44): e202301066 (2023).
[21] Baydoun E., Bibi M., Iqbal M.A., Wahab A.T., Farran D., Smith C., Sattar S.A., Rahman A.U., Choudhary M.I., Microbial Transformation of Anti-cancer Steroid Exemestane and Cytotoxicity of its Metabolites Against Cancer Cell Lines, Chem. Cent. J., 7(1): 57 (2013).
[22] Ghasemi S., Kheyrabadi R., Habibi Z., Microbial Transformation of Hydrocortisone by Two Fungal Species Fusarium fujikuroi PTCC 5144 and Rhizomucor pusillus PTCC 5134, Biocatal. Biotransformation, 32(3): 168–172 (2014).
[23] Xin X., Liu J., Luan S., Zhou M., Wang W., Wu Y., Ma X., Wang C., Guo P., Li D., Biotransformation of Norethisterone by Rhizopus microsporus PT2906, Phytochem. Lett. 58: 76–80 (2023).
[24] Javed S., Atia tul W., Jabeen A., Zhumagaliyeva S., Abilov Z.A., Attaur R., Choudhary M.I., Fungal Mediated Biotransformation of Melengestrol Acetate, and T-Cell Proliferation Inhibitory Activity of Biotransformed Compounds, Bioorg. Chem., 104: 104313 (2020).
[25] Mehmannavaz M., Nickavar B., Biotransformation of Testosterone by the Filamentous Fungus Penicillium pinophilum, Arch. Microbiol., 204(9): 570 (2022).
[26] Carvajal F., Vitale O.F., Gentles M.J., Herzog H.L., Hershberg E.B., Microbiological Transformation of Steroids. VI. Stereospecific Reductions of the 20-Carbonyl Group, J. Org. Chem., 24: 695–98 (1959).
[27] Yazdi M.T., Ghasemi Y., Ghasemian A., Shokravi S., Niknahad H., Amini M., Dehshahri A., Faramarzi M.A., Bioconversion of Hydrocortisone by Cyanobacterium Fischerella ambigua PTCC 1635, World J. Microbiol. Biotechnol., 21(6): 811–814 (2005).
[28] Pan H., Chang S., Qu Y., Liu M., Tian W., Chang Z., Hydrocortisone Production using Whole-Cell Biocatalysts in Recombinant Escherichia coli, Biochem. Eng. J., 198: 109023(2023).
[29] Ghasemi Y., Faramarzi M.A., Arjmand-Inalou M., Mohagheghzadeh A., Shokravi S., Morowvati M.H., Side-Chain Cleavage and C-20 Ketone Reduction of Hydrocortisone by a Natural Isolate of Chroococcus Disperses, Ann. Microbiol., 57: 577–81 (2007).
[30] Adham N.Z., El-Hady A.A., Naim N., Biochemical Studies on the Microbial Δ1-Dehydrogenation of Cortisol by Pseudomonas Fluorescens, Process Biochem., 38: 897–902 (2003).
[31] Restaino O.F., Barbuto Ferraiuolo S., Perna A., Cammarota M., Borzacchiello M.G., Fiorentino A., Schiraldi C., Biotechnological Transformation of Hydrocortisone into 16α-Hydroxyprednisolone by Coupling Arthrobacter Simplex and Streptomyces Roseochromogenes, Molecules, 25(21): 4912 (2020).
[32] Yazdi M.T., Amani A., Faramarzi M.A., Amini M., Shafiee A., Fathabad E.G., Nandrolone Decanoate Transformation by Neurospora Crassa, Pharm. Biol., 43(7): 630–635 (2005).
[33] Yazdi M.T., Zanjanian S.M., Faramarzi M.A., Amini M., Amani A., Abdi K., Microbial Transformation of Nandrolone Decanoate by Acremonium Strictum, Arch. Pharm., 339(8): 473–476 (2006).
[34] Baydoun E., Karam M., Atia-Tul W., Khan M.S.A., Ahmad M.S., Samreen, Smith, C., Abdel-Massih R., Choudhary M.I., Microbial Transformation of Nandrolone with Cunninghamella echinulata and Cunninghamella Blakesleeana and Evaluation of Leishmaniacidal Activity of Transformed Products, Steroids, 88: 95–100 (2014).
[35] Lai J., Huang H., Lin M., Xu Y., Li X., Sun B., Enzyme Catalyzes Ester Bond Synthesis and Hydrolysis: The Key Step for Sustainable Usage Of Plastics, Front. Microbiol., 13: 1113705 (2022).
[36] Rauwerdink A., Lunzer M., Devamani T., Jones B., Mooney J., Zhang Z.-J., Xu J.-H, Kazlauskas R.J., Dean A.M., Evolution of a Catalytic Mechanism, Mol. Biol. Evol., 33(4): 971–979 (2015).
[37] Martínez A.T., Ruiz-Dueñas F.J., Camarero S., Serrano A., Linde D., Lund H., Vind J., Tovborg M., Herold-Majumdar O.M., Hofrichter M., Liers C., Ullrich R., Scheibner K., Sannia G., Piscitelli A., Pezzella C., Sener M.E., Kılıç S., van Berkel W.J.H., Guallar V., Lucas M.F., Zuhse R., Ludwig R., Hollmann F., Fernández-Fueyo E., Record E., Faulds C.B., Tortajada M., Winckelmann I.,. Rasmussen J.A, Gelo-Pujic M., Gutiérrez A., del Río J.C., Rencoret J., Alcalde M., Oxidoreductases on Their Way to Industrial Biotransformations, Biotechnol. Adv., 35(6): 815–831 (2017).
[38] Winkler C.K., Schrittwieser J.H., Kroutil W., Power of Biocatalysis for Organic Synthesis, ACS Cent. Sci., 7(1): 55–71 (2021).