編者按　近年來，隨著基因工程、生物計算、發(fā)酵工程等生物技術(shù)的進(jìn)步，合成生物學(xué)正推動“化妝品”向“生妝品”發(fā)展，產(chǎn)品功效更強(qiáng)、更安全、更環(huán)保。即日起，本報推出“合成生物賦能美麗產(chǎn)業(yè)”系列報道，展現(xiàn)合成生物學(xué)在護(hù)膚領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。

◎本報記者　王延斌 通訊員　侯　煜

“利用乳酸菌作為底盤生產(chǎn)護(hù)膚活性物質(zhì)，或?qū)⑵渥鳛槠つw修復(fù)的生物治療載體，具有廣闊的應(yīng)用前景?！痹凇逗铣缮飳W(xué)》雜志日前發(fā)表的特約評述中，山東大學(xué)微生物改造技術(shù)全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授孔健和副教授郭婷婷等人給出上述結(jié)論。

在接受科技日報記者采訪時，郭婷婷表示，在護(hù)膚領(lǐng)域，以乳酸菌為細(xì)胞工廠的合成生物學(xué)技術(shù)發(fā)展迅速。針對一些常用的乳酸菌菌種，科研人員已經(jīng)建立了相對系統(tǒng)和完善的遺傳操作工具，構(gòu)建了以乳酸乳球菌、植物乳桿菌以及副干酪乳桿菌等為代表的細(xì)胞工廠，用于合成護(hù)膚活性物質(zhì)和皮膚修復(fù)因子等。

乳酸菌護(hù)膚有奇效

乳酸菌并不是指單一細(xì)菌，凡是能夠發(fā)酵糖類產(chǎn)生乳酸的細(xì)菌都可稱為乳酸菌。從改善腸道健康到增強(qiáng)免疫力，再到輔助治療疾病，乳酸菌在維護(hù)人體健康方面發(fā)揮著多種作用。

孔健介紹，近年來，乳酸菌及其代謝產(chǎn)物作為護(hù)膚原料已獲得廣泛應(yīng)用和認(rèn)可。例如，乳酸菌不僅是天然保濕因子，還能夠抑制酪氨酸酶的活性，從而減少色素沉積。

當(dāng)記者問到“乳酸菌及其代謝產(chǎn)物在護(hù)膚方面有何積極作用”時，孔健給出了多個方面的詳盡解答。

她表示，乳酸菌產(chǎn)生的抗氧酶類和抗氧代謝物，如超氧化物歧化酶、過氧化物酶、谷胱甘肽和胞外多糖等具有清除自由基、減緩氧化損傷及光老化的作用；乳酸菌水解酪蛋白產(chǎn)生氨基酸、寡肽和B族維生素，能維護(hù)皮膚微生態(tài)穩(wěn)定，滋養(yǎng)肌膚，并增強(qiáng)皮膚屏障功能；乳酸菌產(chǎn)生的吲哚類化合物，可與表皮AHR受體結(jié)合，促進(jìn)抗炎癥因子表達(dá)，從而改善皮膚先天免疫，對濕疹、特應(yīng)性皮炎等皮膚問題有改善作用，對敏感肌膚的抗過敏也有積極效果；乳酸菌產(chǎn)生的細(xì)菌素，可作為天然防腐劑，抑制護(hù)膚品中的腐敗菌，延長產(chǎn)品貨架保質(zhì)期；乳酸菌菌體自身的細(xì)胞壁成分，如肽聚糖、磷壁酸等，還能增強(qiáng)皮膚免疫，恢復(fù)皮膚活力，促進(jìn)傷口愈合。

乳酸菌可作為細(xì)胞工廠

“基于乳酸菌自身所具備的護(hù)膚功效，及其安全性高、易于工程化等特點(diǎn)，研究人員以乳酸菌作為細(xì)胞工廠來高效合成護(hù)膚活性因子?！惫面谜f。

何為細(xì)胞工廠？山東大學(xué)微生物改造技術(shù)全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授祁慶生向記者介紹，細(xì)胞工廠是一個形象化的生物技術(shù)概念，被譽(yù)為世界最小工廠。它指的是經(jīng)過基因工程改造的微生物，如細(xì)菌、酵母等，能夠像一座微型工廠一樣，高效且持續(xù)地生產(chǎn)特定的、有價值的化合物。當(dāng)輸入原料后，細(xì)胞體內(nèi)的遺傳信息會如同電腦快速運(yùn)行程序一般，在代謝能的驅(qū)動下，經(jīng)人工設(shè)計優(yōu)化的“生產(chǎn)線”隨即啟動運(yùn)作，最后輸出特定產(chǎn)品。

郭婷婷介紹，目前研究人員主要利用乳酸菌為細(xì)胞工廠來合成保濕因子和抗氧化產(chǎn)物。

在保濕方面，透明質(zhì)酸因優(yōu)良的保水性和生物相容性常作為保濕因子廣泛應(yīng)用于護(hù)膚品。據(jù)介紹，合成透明質(zhì)酸的關(guān)鍵基因包括透明質(zhì)酸合成酶、UDP－葡萄糖脫氫酶和UDP－葡萄糖焦磷酸化酶。已有研究表明，在乳酸乳球菌中共同表達(dá)這三個基因能得到透明質(zhì)酸的異源合成，將這三個基因插入乳酸乳球菌的染色體中，不僅能提高重組菌的遺傳穩(wěn)定性，還能提高透明質(zhì)酸的分子量。

在抗氧化方面，谷胱甘肽可以起到延緩衰老的作用。它可由谷氨酰半胱氨酸合成酶和谷胱甘肽合成酶催化合成。研究表明，在乳酸乳球菌中，表達(dá)大腸桿菌來源的上述兩個基因后，乳酸乳球菌內(nèi)谷胱甘肽濃度升高。

郭婷婷表示，當(dāng)前，以乳酸菌為細(xì)胞工廠合成透明質(zhì)酸、谷胱甘肽的產(chǎn)量較工業(yè)生產(chǎn)還有較大差距，但因其安全性較高，因此值得后續(xù)更為深入的研究和開發(fā)。

她介紹，目前，高通量測序和篩選技術(shù)取得的突破性進(jìn)展，為護(hù)膚活性成分的深度挖掘與高效開發(fā)奠定了堅實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)，也為以乳酸菌為細(xì)胞工廠的研究指明了方向。與此同時，菌種改造技術(shù)不斷創(chuàng)新，如Red／ET類同源重組系統(tǒng)等新型基因組編輯工具的應(yīng)用，也顯著提高了特定乳酸菌菌種的遺傳改造效率。

然而，郭婷婷也指出，以乳酸菌為細(xì)胞工廠的技術(shù)目前處于發(fā)展階段，在標(biāo)準(zhǔn)化元件開發(fā)、基因線路設(shè)計等方面，與大腸桿菌、酵母菌等其他細(xì)胞工廠相比仍存在差距，這也是當(dāng)前科研人員亟待攻克的課題。

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乳酸菌不能直接加入護(hù)膚品

雖然乳酸菌及其代謝產(chǎn)物在護(hù)膚方面有神奇功效，但就國內(nèi)情況而言，由于目前國內(nèi)護(hù)膚品行業(yè)對微生物數(shù)量有著嚴(yán)格的國家質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，乳酸菌還不能直接添加到護(hù)膚品當(dāng)中。

山東大學(xué)微生物改造技術(shù)全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副教授郭婷婷解釋說，乳酸菌屬于活菌，若直接添加到護(hù)膚品中，會受到外界環(huán)境因素如溫度、濕度等的影響，導(dǎo)致其活性降低甚至死亡。

因此，目前的替代方案是在化妝品中多使用乳酸菌溶胞物及其代謝產(chǎn)物?！叭樗峋馨锛赐ㄟ^溶解乳酸菌整個細(xì)胞而獲得的物質(zhì)，具備保濕、美白、抗皺、抗衰老等多種功效。”山東大學(xué)微生物改造技術(shù)全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授孔健介紹。這一舉措不僅提升了化妝品的質(zhì)量穩(wěn)定性，減少了對皮膚的刺激，還保留了乳酸菌的護(hù)膚功效，因此被廣泛應(yīng)用于多種國內(nèi)外高端化妝品中。

據(jù)郭婷婷和同事們的調(diào)研，乳酸菌溶胞物及其代謝產(chǎn)物在護(hù)膚品中的應(yīng)用速度達(dá)到了每年12％的增長。