乳酸菌によるセレンの生物変換。セレンナノ粒子とセレンアミノ酸の形成

Biotransformation of Selenium by Lactic Acid Bacteria: Formation of Seleno-Nanoparticles and Seleno-Amino Acids.

• Fernando Gabriel Martínez
• Gustavo Moreno-Martin
• Micaela Pescuma
• Yolanda Madrid-Albarrán
• Fernanda Mozzi

抄録

セレン（Se）は、生物の大部分のための必須微量栄養素であり、それはグルタチオンペルオキシダーゼ、チオレドキシン還元酵素、およびデイオジナーゼなどのいくつかのセレンタンパク質の活性部位のセレンシステインとして同定されています。ヒトにおけるセレン欠乏は、ウイルス感染症、甲状腺機能障害、さまざまなタイプの癌、および老化と関連しています。アルゼンチンと同様に、いくつかのヨーロッパ諸国では、Seの摂取量は、推奨される食事摂取量（RDI）の下にあります。いくつかの乳酸菌（LAB）は、蓄積し、セレン酸（毒性）をセレンナノ粒子（SeNPs）とセレンアミノ酸（非毒性）に生物変換することができます。本研究では、セレン酸を濃縮したLABの微生物増殖、セレン酸代謝物分布、及びグルタチオン還元酵素（セレン酸還元に関与）活性を研究した。5 ppm の亜セレン酸ナトリウム存在下で生育可能な菌株は 96 株であった。そのうち8菌株は、添加されたセレン酸ナトリウムの80%以上を培地から除去することができた。これらの菌株は、1.2～2.5 ppm のセレン酸ナトリウムを細胞内に蓄積しており、CRL 2034 は最も多くのセレン酸ナトリウムを細胞内に蓄積していた。これらの菌株は、LC-ICP-MSで観察されたセレノアミノ酸SeCysのみを産生し、LC-ESI-MS/MSで確認された。細胞内のSeCys濃度は0.015～0.880 ppmであり、CRL 2051株（0.873 ppm）、CRL 2030株（0.867 ppm）、CRL 2034株（0.625 ppm）が最も高濃度であった。グルタチオン還元酵素活性値は、CRL 2034 株を除き、Se の存在下で生育させた場合に高い値を示したが、CRL 2034 株は逆の挙動を示した。興味深いことに，すべての菌株は透過型電子顕微鏡（TEM）で測定したところ，球状のSeNPを形成することができた．また，GC-MSで検出された揮発性Se化合物であるジメチルジセレニドを生成したのは2株のみであった。この結果から、CRL 2051、CRL 2030およびCRL 2034は、栄養補助食品の開発や、SeCysおよびSeNPを用いた発酵果実飲料のバイオ濃縮のためのスターター培養物として使用できることが明らかになった。

Selenium (Se) is an essential micronutrient for the majority of living organisms, and it has been identified as selenocysteine in the active site of several selenoproteins such as glutathione peroxidase, thioredoxin reductase, and deiodinases. Se deficiency in humans is associated with viral infections, thyroid dysfunction, different types of cancer, and aging. In several European countries as well as in Argentina, Se intake is below the recommended dietary Intake (RDI). Some lactic acid bacteria (LAB) can accumulate and bio-transform selenite (toxic) into Se-nanoparticles (SeNPs) and Se-amino acids (non-toxic). The microbial growth, Se metabolite distribution, and the glutathione reductase (involved in selenite reduction) activity of Se-enriched LAB were studied in this work. The ninety-six assayed strains, belonging to the genera , and could grow in the presence of 5 ppm sodium selenite. From the total, eight strains could remove more than 80% of the added Se from the culture medium. These bacteria accumulated intracellularly between 1.2 and 2.5 ppm of the added Se, from which CRL 2034 contained the highest intracellular amount. These strains produced only the seleno-amino acid SeCys as observed by LC-ICP-MS and confirmed by LC-ESI-MS/MS. The intracellular SeCys concentrations were between 0.015 and 0.880 ppm; CRL 2051 (0.873 ppm), CRL 2030 (0.867 ppm), and CRL 2034 (0.625 ppm) were the strains that showed the highest concentrations. Glutathione reductase activity values were higher when the strains were grown in the presence of Se except for the CRL 2034 strain, which showed an opposite behavior. The cellular morphology of the strains was not affected by the presence of Se in the culture medium; interestingly, all the strains were able to form spherical SeNPs as determined by transmission electron microscopy (TEM). Only two strains produced the volatile Se compounds dimethyl-diselenide identified by GC-MS. Our results show that CRL 2051, CRL 2030, and CRL 2034 could be used for the development of nutraceuticals or as starter cultures for the bio-enrichment of fermented fruit beverages with SeCys and SeNPs.

Copyright © 2020 Martínez, Moreno-Martin, Pescuma, Madrid-Albarrán and Mozzi.