Gegenwärtig werden Glykosidhydrolasen bei der Untersuchung der Herstellung einer Vielzahl von aktiven Glykosiden und Aglykonen verwendet. Unter ihnen ist die enzymatische Herstellung von Saponin- und Flavonoidglykosiden in Oxyglykosiden am weitesten verbreitet. Nach jahrelangen Bemühungen wissenschaftlicher Forscher hat die Glykosidhydrolase viele erfreuliche Ergebnisse bei der Herstellung von aktiven Glykosiden und Aglykonen erzielt.

1. Biotransformation von Flavonglykosiden

Flavonoide sind Polyphenole, die in Pflanzen weit verbreitet sind, meist in Form von Glykosiden. Studien haben ergeben, dass Flavonoide mit biologischer Aktivität die wichtigsten Wirkstoffe in essbaren Pflanzen sind und mehrere pharmakologische Aktivitäten haben, wie z. B. Leberschutz, Antioxidation, Anti-Tumor und Anti-Virus, wobei ihre Aktivität eng mit der Struktur zusammenhängt. Da die meisten Flavonoidglykoside nur schwer durch die Dünndarmwand ins Blut gelangen können und ihre Bioverfügbarkeit gering ist, ist die strukturelle Veränderung natürlicher Flavonoide zu einem Brennpunkt der aktuellen Forschung geworden. Die Verwendung von Glykosidhydrolase zur Hydrolyse der Glykosylgruppen von Flavonoidglykosiden hat sich zu einer wirksamen Methode zur Verbesserung der Aktivität von Flavonoiden entwickelt (Tabelle 1). Zu den gängigen Flavonoidglykosiden gehören Rutin, Hesperidin und Naringin, und ihre Zuckergruppen sind in der Regel Rutin (α-1,6-verknüpfte Rhamnose und Glukose) und neue Hesperose (α-1,2 verknüpfte Rhamnose und Glukose), so dass die Glykosidhydrolase die Modifikation davon hauptsächlich durch zwei Arten von Exo- und Endo-Schnitten hydrolysiert. Aus Aspergillus niger und Aspergillus nidulans wurde α-Rhamnosidase, die α-1,2- und α-1,6-Rhamnosidbindungen hydrolysieren kann, isoliert und gereinigt. Dieses Enzym kann Rutin, Naringin und Hesperidin hydrolysieren bzw. Isoquercetin, Plumosid und Hesperetin-Glucosid bilden. Die rekombinante α-Rhamnosidase, die aus Aspergillus aculeatus und Clostridium stercorarium geklont wurde, ist ebenfalls in der Lage, Rhamnose in Flavonoidglykosiden zu hydrolysieren. Für die Hydrolyse der drei oben genannten Flavonoidglykoside gibt es neben den Exoglykosidasen auch eine Vielzahl von Forschungsberichten über Endoglykosidasen. Die aus Penicillium rugulosum, Penicillium decumben[ und Fagopyri herba isolierte und gereinigte Diglycosidase sowie die rekombinante Rutinase, die aus Aspergillus niger geklont wurde, können Rutin hydrolysieren, um Quercetin mit besserer antioxidativer Aktivität herzustellen. Naringinase kann aus Aspergillus niger BCC 25166 isoliert und gereinigt werden und kann Naringin hydrolysieren, um Naringin zu produzieren. Die Naringinase in Aspergillus niger 1344 kann Naringin und Rutin gleichzeitig hydrolysieren, um Naringin zu produzieren. Yuan und Quercetin, aber Hesperidin können nicht hydrolysiert werden. Die Diglycosidase in Acremonium sp. DSM24697 und Actinoplanes missouriensis kann das neue Hesperidin in Hesperidin hydrolysieren, um hochaktive Hesperetinprodukte herzustellen.

Tabelle 1. Biotransformation von Flavonoidglykosiden durch Glykosidase

Produkt	Substrat	Reaktion	Organismus
Isoquercitrin, Prunin,	Rutin, Naringin,	α-Rhamnosidase	Aspergillus niger
Hesperetin-Glucosid	Hesperidin	α-Rhamnosidase	Aspergillus nidulans
		α-Rhamnosidase	Aspergillus aculeatus
		α-Rhamnosidase	Clostridium stercorarium
Quercetin	Rutin	β-Rutinosidase	Penicillium rugulosum
Quercetin	Rutin	β-Glykosidase	Penicillium decumbens
Quercetin	Rutin	β-Heterodisaccharidase	Fagopyri herba
Quercetin	Rutin	β-Rutinosidase	Aspergillus niger
Naringenin	Naringin	Naringinase	Aspergillus niger
Naringenin, Quercetin	Naringin, Rutin	Naringinase	Aspergillus niger
Hesperetin	Hesperidin	Diglycosidase	Acremonium
Hesperetin	Hesperidin	Diglycosidase	Actinoplanes missouriensis
Daidzein	Daidzin	β-Glucosidase	Unkultivierbare Mikroben
Daidzein	Daidzin	β-Glucosidase	Sulfolobus solfataricus
Daidzein	Daidzin	β-Glucosidase	Aspergillus oryzae
Daidzein	Daidzin	β-Glucosidase	Pyrococcus furiosus
Daidzein, Genistein	Daidzin, Genistin	β-Glucosidase	Bacillus subtilis
		β-Glucosidase	Thermotoga maritima
Daidzein, Genistein,	Daidzin, Genistin,	β-Glucosidase	Dalbergia
Glycitein	Glycitin	β-Glucosidase	Bacteroides thetaiotaomicron
Baicalein	Baicalin	β-Glucuronidase	Scutellaria viscidula
Tilianin	Linarin	Naringinase	Penicillium decumbens
Butin	Butrin	β-Glucosidase	Mandel
Phloretin	Phlorizin	β-Glykosidase	Dünndarm von Schafen

Isoflavone sind eine Art von Flavonoiden, die hauptsächlich in Hülsenfrüchten vorkommen und zur Vorbeugung von Krankheiten und zur menschlichen Gesundheit beitragen. Die Hauptbestandteile der Soja-Isoflavone sind Daidzein, Daidzein, Genistin, Genistein, Glycitein und Glycitein-Aglykon, von denen das deglycosylierte Aglykon eine bessere biologische Aktivität aufweist. Rekombinante β-Glucosidase, die in der Lage ist, Daidzein zu hydrolysieren, um Daidzein zu produzieren, wurde aus der Genbibliothek von Mangrovenboden, Sulfolobus solfataricus, Aspergillus oryzae und Pyrococcus furiosus geklont; rekombinante β-Glucosidase, die aus Thermotoga maritima und Bacillus subtilis geklont wurde, kann Daidzein und Genistein hydrolysieren, um Daidzein und Genistein zu produzieren; die aus Dalbergia isolierte und gereinigte und aus Bacteroides thetaiotaomicron klonierte und rekombinierte Glycosidase kann Daidzein, Genistin und Daidzein hydrolysieren, um Daidzein, Genistein und Glycitein-Aglykon zu erzeugen.

Die Glykosidhydrolase wurde auch bei der Hydrolyse anderer Flavonoidglykoside eingesetzt (Tabelle 1). Studien haben gezeigt, dass Baicalin Anti-Tumor- und Anti-Infektionswirkungen hat. Die aus Scutellaria viscidula Bge isolierte und gereinigte β-Glucosidase kann Baicalin hydrolysieren und Baicalein herstellen. Das deglykosylierte Produkt, Baicalein, hat eine bessere pharmakologische Aktivität. Serimarin ist ebenfalls ein seltenes Flavonoidglykosid mit blutdrucksenkenden und beruhigenden Wirkungen, das jedoch durch direkte Extraktion und chemische Synthese schwer zu gewinnen ist. Cui et al. verwendeten Naringinase zur Hydrolyse der Rhamnose in Montanosid, um Serimarin herzustellen. Außerdem verwendeten Jassbi et al. β-Glucosidase zur Hydrolyse von Butrin, um Butrin herzustellen. Die Ergebnisse der antioxidativen Experimente zeigten, dass deglykosyliertes Butrin eine bessere Aktivität als Butrin hatte. Day und andere Glykosidasen, die aus dem Dünndarm von Schafen isoliert und gereinigt wurden, können Phlorizin hydrolysieren, um Phloretin zu erzeugen.

2. Biotransformation von anderen Oxyglykosiden

Neben Saponinen und Flavonoidglykosiden wurden Glykosidhydrolasen auch zur Hydrolyse und Modifikation anderer Sauerstoffglykoside eingesetzt (Tabelle 2). Die Gardenia-Frucht ist ein traditionelles chinesisches Arzneimittel, das zur Behandlung von Herz-Kreislauf-, Gefäß-, Leber- und Gallenblasenerkrankungen eingesetzt wird. In Gardeniafrüchten sind viele Geniposide enthalten, aber der wirksame Bestandteil ist das Geniposid, das das deglykosylierte Produkt des Geniposids ist, und der Gehalt beträgt weniger als 0,01%. Die aus Penicillium nigricans und Aspergillus niger isolierte und gereinigte β-Glucosidase kann in Geniposid umgewandelt werden, um Genipin herzustellen und den Bedarf an großen Mengen Genipin zu decken. Arctium lappa hat die Wirkung, chronisches Nierenversagen zu verhindern oder zu behandeln, und seine wirksamen Bestandteile sind Arctiin und Arctigenin. Die β-Glucosidase in Grifola frondosa und Rhizoctonia solani kann die Klette umwandeln und Arctigenin produzieren. Liu et al. verwendeten kommerzielle β-Glucosidase, um die Klettenfrucht vollständig zu hydrolysieren und das Kletten-Aglykonprodukt zu erhalten. Die Umwandlung von Arctiin in Arctigenin kann die Bioverfügbarkeit wirksam verbessern. Resveratrol hat die Funktion, Tumoren und Atherosklerose zu verhindern. Die aus Aspergillus oryzae sp. 100 und Lactobacillus kimchi isolierte und gereinigte β-Glucosidase und die rekombinante β-Glucosidase, die von Mai et al. aus der Metagenomik des Mangrovenbodens geklont wurde, können Polydatin in Resveratrol umwandeln. Paclitaxel ist ein sekundärer Metabolit der Pflanze Taxus chinensis und hat eine gute therapeutische Wirkung bei Eierstock- und Brustkrebs. Das Trockengewicht von Paclitaxel in Taxus chinensis beträgt nur 0,02%, und der Gehalt an 7-Xylose-10-Deacetylpaclitaxel, das als Abfall entsorgt wird, ist mehr als zehnmal so hoch wie der von Paclitaxel. Dou et al. nutzten die extrazelluläre Xylosidase, die vom Cellulosimicrobium cellulans-Stamm F16 abgesondert wird, um 7-Xylose-10-Deacetylpaclitaxel in 10-Deacetylpaclitaxel umzuwandeln und dann durch eine einstufige Acylierungsreaktion Paclitaxel zu erzeugen.

Tabelle 2. Biotransformation von anderen O-Glykosiden durch Glykosidase

Produkt	Substrat	Reaktion	Organismus
Genipin	Geniposid	β-Glucosidase	Penicillium nigricans
Genipin	Geniposid	β-Glucosidase	Aspergillus niger
Arctigenin	Arctiin	β-Glucosidase	Grifola frondosa
Arctigenin	Arctiin	β-Glucosidase	Rhizoctonia solani
Arctigenin	Arctiin	β-Glucosidase	Kommerziell
Resveratrol	Polydatin	β-Glucosidase	Aspergillus oryzae
Resveratrol	Polydatin	β-Glucosidase	Lactobacillus Kimchi
Resveratrol	Polydatin	β-Glucosidase	Unkultivierbare Mikroben
10-Deacetylpaclitaxel	7-Xylosyl-10-Deacetylpaclitaxel	β-Xylosidase	Cellulosimicrobium Cellulans

3. Biotransformation von Kohlenstoffglykosiden und Thioglykosiden

Neben den Oxyglykosiden werden Glykosidhydrolasen auch bei der Untersuchung der Hydrolysemodifikation von Kohlenstoffglykosiden und Thioglykosiden verwendet (Tabelle 3). Kohlenstoffglykoside werden durch Dehydratationskondensation von Wasserstoff in ortho- oder para-Position gebildet, der durch die phenolische Hydroxylgruppe des Aglykons mit den Zuckergruppen aktiviert wird. Carbosidflavonoide haben zahlreiche Wirkungen wie entzündungshemmende, antibakterielle, tumorhemmende, blutzuckersenkende und immunitätssteigernde Eigenschaften. Im Vergleich zu Oxosidflavonoiden haben Carbosidflavonoide eine höhere Stabilität und können vollständig absorbiert und zu potenziellen Arzneimittelmolekülen werden. Da Kohlenstoffglykosidbindungen schwer zu hydrolysieren sind, gibt es nur wenige Berichte über die Hydrolyse von Kohlenstoffglykosidflavonoiden. Sanugul et al. isolierten ein Bakterium aus einer Mischung menschlicher Fäkalbakterien, das unter der Induktion von Mangiferin eine Glykosidase absonderte, die die Kohlenstoffglykosidbindungen in Mangiferin hydrolysieren kann, um Mangiferin mit besserer Aktivität zu produzieren. Nakamura et al. isolierten den Stamm PUE aus menschlichen Darmbakterien, der eine Carboglykosidase isolieren und reinigen kann, die Puerarin hydrolysiert, um Aglykon zu produzieren. Bei der Untersuchung von Carboglykosidase-kodierenden Genen fanden Braune et al. heraus, dass die Protein-kodierenden Gene dfgA, dfgB, dfgC, dfgD und dfgE in Eubacterium cellulosolvens Carboglykosidasen ko-exprimieren, die Isoorientin hydrolysieren können, um entsprechende Aglykone zu produzieren.

Glucosinolate sind eine wichtige Klasse von Glucosinolatverbindungen, die in Kreuzblütlern wie Senf, Brokkoli, Knoblauch usw. weit verbreitet sind. Studien haben gezeigt, dass der Verzehr von Kreuzblütlern Brustkrebs, Lungenkrebs, Dickdarmkrebs und anderen Krebsarten wirksam vorbeugen kann. Der Hauptwirkstoff ist Isothiocyanat, das nach dem Abbau von Glucosinolaten entsteht. Glucosidase, auch als Myrosinase bekannt, kommt hauptsächlich in Kreuzblütlern vor, ist aber an einer anderen Stelle als die Glucosinolate verteilt. Erst wenn die Zellen aufgebrochen werden, vermischen sie sich und reagieren. Aufgrund des geringen Gehalts an körpereigener Myrosinase ist es schwierig, Glucosinolate wirksam zu hydrolysieren, um aktive Produkte herzustellen. Sulforaphan ist ein Isothiocyanat mit pharmakologischer Aktivität. Shen et al. verwendeten exogene Myrosinase, um Glucoraphanin erfolgreich in Sulforaphan umzuwandeln. Derzeit gibt es nur wenige Studien über die hydrolytische Modifikation von Kohlenstoffglykosiden und Thioglykosiden. In Zukunft wird die Entwicklung und strukturelle Veränderung von mehr Kohlenstoffglykosiden und Thioglykosiden mehr Kandidatenmoleküle für die Arzneimittelentwicklung liefern.

Tabelle 3. Biotransformation von C-Glykosiden und S-Glykosiden durch Glykosidase.

Produkt	Substrat	Reaktion	Organismus
Norathyriol	Mangiferin	C-Glucosyl spaltendes Enzym	Bacteroides
Daidzein	Puerarin	C-Glucosyl spaltendes Enzym	Menschen Darm Bakterium
Luteolin	Homoorientin	C-Glucosyl spaltendes Enzym	Eubakterium cellulosolvens
Sulforaphan	Glucoraphanin	Myrosinase	Brokkoli-Samen

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Pullulanase	9075-68-7
Xylanase	37278-89-0
Cellulase	9012-54-8
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β-Amylase	9000-91-3
Glukose-Oxidase	9001-37-0
alpha-Amylase	9000-90-2
Pektinase	9032-75-1
Peroxidase	9003-99-0
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Urease	9002-13-5
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L-Milch-Dehydrogenase	9001-60-9
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