Abstracto:Es bien sabido que los ambientes terrestres albergan una inmensa biodiversidad microbiana. Expuestos a diferentes tipos de estrés, como la radiación ultravioleta, las fluctuaciones de temperatura, la disponibilidad de agua y la competencia inter/intraespecífica por los recursos, los microorganismos terrestres han evolucionado para producir un amplio espectro de moléculas bioactivas. Las bacterias, las arqueas, los protistas, los hongos y las algas han mostrado un alto potencial para producir biomoléculas con fines farmacéuticos u otros fines industriales, ya que combinan un proceso de producción sostenible, relativamente económico y rápido. En este documento, proporcionamos una descripción general de las diferentes moléculas bioactivas producidas por microorganismos terrestres con aplicaciones para la protección de la piel. El alto contenido en compuestos polifenólicos y carotenoides producidos por varias cepas y la presencia de exopolisacáridos, melaninas, derivados de indol y pirrol, ciclosporina, ácidos carboxílicos y otras moléculas, se discuten en el contexto de sus propiedades antioxidantes, fotoprotectoras y blanqueadoras de la piel. actividad. También se analizan las herramientas biotecnológicas relevantes desarrolladas para la producción mejorada de productos naturales de alto valor agregado, así como el efecto protector de algunas enzimas antioxidantes, hidrolíticas y degradantes. Además, describimos clases de compuestos microbianos que se usan o pueden usarse potencialmente como antimicrobianos, humectantes, biosurfactantes, pigmentos, saborizantes y fragancias.

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Según estudios relevantes,cistanchees una hierba común que se conoce como "la hierba milagrosa que prolonga la vida". Su principal componente escistanósido, que tiene varios efectos tales comoantioxidante, antiinflamatorio, ypromoción de la función inmunológica. El mecanismo entre la cistanche ypielblanqueoreside en el efecto antioxidante de la cistancheglucósidos. La melanina en la piel humana es producida por la oxidación de tirosina catalizada portirosinasa, y la reacción de oxidación requiere la participación de oxígeno, por lo que los radicales libres de oxígeno en el cuerpo se convierten en un factor importante que afecta la producción de melanina. Cistanche contiene cistanosido, que es un antioxidante y puede reducir la generación de radicales libres en el cuerpo, inhibiendo así la producción de melanina.

1. Introducción

Los microorganismos son organismos extremadamente diversos, que incluyen bacterias, arqueas, protistas, hongos y algas. En las últimas décadas, ha habido un gran progreso en la explotación de la inmensa diversidad química disponible en el abundante mundo microbiano [1,2]. Después del descubrimiento del metabolito fúngico penicilina en 1928, que fue el comienzo de la era dorada de los productos naturales y farmacéuticos derivados de microbios, siguieron tratamientos para infecciones fúngicas y parasitarias, así como para varios tipos de cáncer [3]. En los años cuarenta y principios de los cincuenta, se descubrieron casi todos los grupos de antibióticos antibacterianos importantes (tetraciclinas, cefalosporinas, aminoglucósidos, macrólidos), mientras que en los años cincuenta y sesenta se aislaron metabolitos antitumorales, antivirales y no antibióticos inhibidores de enzimas. principalmente de especies de Streptomyces [4].

Entre los diversos factores ambientales que afectan la homeostasis de la piel, la radiación ultravioleta (UV) es el componente más peligroso, ya que puede atravesar la epidermis y alcanzar la dermis superior. Los parámetros adicionales que afectan a todas las capas de la piel y, por lo tanto, contribuyen al envejecimiento de la piel son la dieta (p. ej., una dieta rica en grasas) y los hábitos de estilo de vida (p. ej., fumar), varios contaminantes del aire, así como factores internos como el metabolismo, las hormonas, los procesos inflamatorios, etc. [7–9] (Figura 1). Los agentes dañinos modulan numerosos eventos moleculares y vías de señalización que (entre otros) conducen a la disfunción mitocondrial, al aumento del genoma y al daño del proteoma; aumento de la síntesis y actividad de las metaloproteasas de la matriz, disminución de la producción de colágeno, activación de la senescencia prematura inducida por el estrés (SIPS) y acumulación del fenotipo secretor asociado a la senescencia inflamatoria (SASP) [8-11]. El mantenimiento de un sistema de defensa intra o extracelular altamente efectivo capaz de proteger contra los efectos adversos de la irradiación y otros factores estresantes es crucial para salvaguardar la homeostasis de la piel. Los efectos adversos se caracterizan macroscópicamente por la pérdida del tono de la piel y aumento de las arrugas, deshidratación (debido al aumento del espesor epidérmico), hiperpigmentación y palidez (piel amarillenta o teñida de color pálido) (Figura 1).

A pesar de la gran cantidad de estudios individuales y evidencia del uso potencial de microorganismos terrestres en el sector cosmético de rápido crecimiento, hasta el momento ninguna revisión sistemática ha abordado sus aplicaciones. Cabe mencionar que el mercado global de productos cosméticos y cosmecéuticos se valoró en USD 532,4 mil millones en 2017, y se espera que alcance un valor de mercado de USD 805,6 mil millones para 2023, registrando una CAGR (Tasa de Crecimiento Anual Compuesta) de 7,14 por ciento durante 2018–2023 [12].

En el estudio actual, proporcionamos una descripción general de los diferentes compuestos bioactivos con efectos protectores de la piel (y, por lo tanto, de interés cosmético y cosmecéutico) aislados de una amplia gama de microorganismos terrestres, incluidas bacterias, algas, hongos y protistas. Se incluyen ejemplos de biomoléculas con interés protector de la piel que se producen heterólogamente y/o se biotransforman. El término "terrestre" abarca microorganismos del suelo y de agua dulce, endófitos de plantas y líquenes. Se excluyen los microorganismos y hongos marinos (todos Basidiomycota y Ascomycota), ya que se han revisado recientemente [2,13]. Se discuten compuestos bioactivos representativos de microorganismos terrestres con actividad antioxidante, fotoprotectora y blanqueadora de la piel, junto con agentes antimicrobianos e hidratantes, pigmentos, fragancias y sabores. Se proporciona una tabla detallada que incluye moléculas bioactivas, los organismos de origen, su hábitat y la actividad biológica y su presencia en la lista de sustancias e ingredientes cosméticos de la Unión Europea (Inventario CosIng [14]).

2. Antioxidantes

El estrés oxidativo es una de las principales causas del envejecimiento de la piel debido al aumento de la producción y/o acumulación de Especies Reactivas de Oxígeno (ROS) y Nitrógeno (RNS). El desequilibrio entre su producción y los mecanismos de defensa antioxidantes endógenos puede resultar en estrés oxidativo celular, causando arrugas, sequedad, fotoenvejecimiento, pigmentación y elastosis de la piel. Además, la acumulación de radicales libres puede ser responsable de la inflamación cutánea y del cáncer de piel [15].

Las especies reactivas de oxígeno (ROS) se forman como subproducto del metabolismo normal (p. ej., fosforilación oxidativa mitocondrial), así como por NAD(P)H oxidasas, o por fuentes exógenas como contaminantes atmosféricos, luz ultravioleta, rayos X o gamma. -rayos [16]; si su concentración excede la capacidad antioxidante celular, las ROS causan estrés oxidativo y daño a todas las biomoléculas celulares [10].

Los productos antioxidantes tópicos podrían actuar como carroñeros de especies reactivas, inhibiendo el inicio de reacciones en cadena, responsables del estrés oxidativo celular [17]. Muchos informes han demostrado la capacidad de los microorganismos marinos para biosintetizar compuestos antioxidantes [2]. Con respecto a los microbios terrestres, los compuestos con una inhibición significativa de las reacciones de oxidación, como los polifenoles, los carotenoides o los exopolisacáridos, se analizan ampliamente en las siguientes secciones.

Bioensayos que involucran la neutralización de diferentes radicales como el radical estable 2,2-difenil-1-picrilhidrazilo (DPPH), el radical catiónico 2,20 -azino-bis-3-etilbenzotiazolina{ {7}}El ácido sulfónico (ABTS), así como los radicales hidroxilo y óxido nítrico se aplican ampliamente para determinar el potencial antioxidante in vitro. Incluso si la relación con la eficacia antioxidante in vivo no se describió claramente, la actividad antioxidante medida puede dar una estimación de la cantidad de compuestos que se pueden oxidar en las condiciones de los ensayos [18].

2.1. Compuestos fenólicos

Los compuestos fenólicos son bien conocidos por su fuerte actividad antioxidante y captadora de radicales, así como por su interacción con diferentes dianas farmacológicas. La fuerte correlación entre el contenido fenólico microbiano y la actividad antioxidante ha sido demostrada por varios autores utilizando diferentes microorganismos. Huang et al. confirmaron esta correlación positiva durante su investigación de endófitos fúngicos aislados de plantas medicinales chinas [19]. La fuerte contribución a la actividad antioxidante también se confirmó en Aspergillus austroafricanus, un hongo endófito aislado del rizoma de Zingiber offiffifficinale. El análisis HPLC del extracto crudo mostró principalmente la presencia de ácidos hidroxicinámicos como el ácido ferúlico (1), ácido p-cumárico (2) y ácido cinámico (3) [20] (Figura 2). Esas moléculas son bien conocidas en el reino vegetal y han sido ampliamente estudiadas por su capacidad antioxidante (Tabla 1).

Se sacaron conclusiones similares utilizando cultivos de la microalga Arthrospira platensis [21] y de otras Arthrospira sp. [22,23]. Los ácidos fenólicos e hidroxicinámicos simples, como el ácido gálico, el ácido clorogénico, el ácido ferúlico y el ácido de la cafeína, se han aislado de diferentes especies de microalgas, por ejemplo, Chlorella vulgaris, Haematococcus pluvialis, Diacronema lutherie, Phaeodactylum tricornutum, Tetraselmis suecica, Ankistrodesmus sp., Spirogyra sp. ., Euglena cantabrica, Caespitella patchier y Porphyridium purpureum [24–26].

Los estudios sobre especies de cianobacterias terrestres de los géneros Anabaena, Nostoc, Nodularia, Microcheate, Oscillatoria, Synechocystis, Hapalosiphon, Mastigocladus, Scytonema, Westiellopsis, Cylindrospermum, Aulosira, Chroococcus, Lyngbya, Calothrix, Dichothrix, Phormidiochaete, Limnothrix y Phormidium también han informado la correlación de su actividad antioxidante con su contenido fenólico total. El clorogénico y el ácido gálico se identificaron como los principales fenoles en varias especies de cianobacterias, con Dichothrix sp. siendo uno de los productores más eficientes de estos compuestos (77,9 µg/g y 24,4 µg/g de peso fresco, respectivamente) [26].

El resveratrol (4), otro compuesto natural muy conocido producido por las plantas, se ha informado recientemente a partir de endófitos aislados de variedades de vid [27,28]. Se considera uno de los compuestos más famosos por sus propiedades antienvejecimiento únicas (Figura 2). Se ha informado ampliamente que es un fuerte inhibidor de la producción de ROS y la oxidación de proteínas y un agente más eficaz que las vitaminas E y C contra la peroxidación de lípidos [29]. Los microorganismos han sido considerados con éxito para la producción de resveratrol ya que su síntesis y/o extracción de las plantas se considera ineficiente debido a los altos requerimientos de solventes orgánicos, biomasa y bajo rendimiento final. El resveratrol se produjo industrialmente por primera vez en 2009, utilizando Saccharomyces cerevisiae. Desde este desarrollo, se han utilizado diferentes métodos como la bioconversión y la ingeniería genética para obtener mayores rendimientos. Por ejemplo, el resveratrol ha sido producido por Alternaria sp. (1,4 µg/L), y por S. cerevisiae modificada genéticamente (531,4 mg/L) y E. coli (2370 mg/L) [30]. Las moléculas analizadas, así como los compuestos fenólicos microbianos adicionales que tienen actividad antioxidante u otras actividades biológicas relacionadas, se presentan en la Tabla 1.

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