Svetlana Ermakova

1 G.B. Institutul Elyakov Pacific de Chimie Bioorganică, Filiala Orientului Îndepărtat a Academiei Ruse de Științe, Vladivostok, Rusia

colab 2011

Mihail Kusaykin

1 G.B. Institutul Elyakov Pacific de Chimie Bioorganică, Filiala Orientului Îndepărtat a Academiei Ruse de Științe, Vladivostok, Rusia

Antonio Trincone

2 Institutul de Chimie Biomoleculară, Consiliul Național de Cercetare, Pozzuoli, Italia

Zvyagintseva Tatiana

1 G.B. Institutul Elyakov Pacific de Chimie Bioorganică, Filiala Orientului Îndepărtat a Academiei Ruse de Științe, Vladivostok, Rusia

Algele marine sunt organisme fotosintetice antice care constituie cel mai mare grup din regnul plantelor. Acestea sunt utilizate pentru alimente funcționale, aditivi cosmetici, producții de suplimente și în medicina tradițională datorită efectelor gustative, profilactice și terapeutice. Algele conțin microelemente și compuși organici care conțin iod, precum și vitamine, manitol mai mult decât plantele terestre.

Acum se consideră că fucoidanii sunt polizaharide specifice speciilor. Aceasta înseamnă că fiecare algă sintetizează fucoidan sau un set de fucoidani caracteristici numai pentru acesta. În compoziția monozaharidică a fucoidanilor există în mod necesar reziduuri sulfatate de fucoză și adesea galactoză. Ca componente minore sunt prezente reziduuri de manoză, acid glucuronic, xiloză și alte monozaharide mai rare (Kusaykin și colab., 2008).

1,3-α-L-Fucanii se găsesc cel mai adesea în alge (Zvyagintseva și colab., 2003; Anastyuk și colab., 2010). Legătura α-1,4-glicozidică între reziduurile de L-fucoză este mai puțin frecventă și este prezentă în principal ca 1,3; 1,4-α-L-fucani. Algele brune sintetizează adesea galactofucanii. Poziția și conținutul reziduurilor de galactoză din diferiți galactofucani depind de tipul algelor; conținutul este frecvent comparabil cu cel al fucozei (Shevchenko și colab., 2007; Anastyuk și colab., 2009; Thinh și colab., 2013). Acesta este cel mai divers grup structural de fucoidani. Un grup mai mic de fucoidani este reprezentat de fucomannuronani (Imbs și colab., 2011). Mai mult, există fucoidani, care conțin compoziție de monozaharide mai eterogenă.

Pentru a stabili structura polizaharidelor, cea mai promițătoare abordare se bazează pe utilizarea enzimelor. Transformarea enzimatică a polizaharidelor poate fi extrem de utilă nu numai pentru stabilirea caracteristicilor structurale, ci și pentru accesul la fragmente biologic active (Silchenko și colab., 2013; Menshova și colab., 2014; Trincone, 2014). Rapoartele despre producători și proprietățile enzimelor (fucoidanaze) sunt rare, în ciuda interesului crescând față de fucoidani (Kusaykin și colab., 2008). Nu sunt cunoscuți mai mult de 20 de producători de fucoidanaze, izolate în principal de ciuperci și bacterii marine (Sakai și colab., 2003; Descamps și colab., 2006; Rodriguez-Jasso și colab., 2010; Silchenko și colab., 2013, 2014) . Această conștientizare se datorează absenței unor metode simple cantitative pentru determinarea activității fucoidanazelor. Evaluarea precisă a caracteristicilor enzimatice este, de asemenea, îngreunată de utilizarea substraturilor necaracterizate structural. Deci, în transformarea lor ar trebui implicate enzime cu specificități diferite.

Puține surse de fucoidanaze au fost găsite printre nevertebratele marine (Kitamura și colab., 1992; Giordano și colab., 2006; Silchenko și colab., 2014). Fucoidanaza din Patinopecten yessoensis a fost descoperită în 1992 prin acțiunea asupra fucoidanului de la Nemacystus decipiens (Kitamura și colab., 1992). Informațiile despre structura substratului raportate în articol, constând din reziduuri de L-fucoză și cantități mici de reziduuri de D-galactoză, sunt destul de rare. Datele privind tipul legăturilor glicozidice sunt absente (Tako și colab., 1999). Produsele cu greutate moleculară mare (aproximativ 50 kDa) s-au format suficient sub acțiunea fucoidanazei de la P. yessoensis. Informațiile despre structurile lor nu sunt disponibile.

Am găsit noi surse de fucoidanaze: molusca vietnameză Lambis sp. și bacteriile marine Formosa algele KMM 3553 (Khanh și colab., 2011; Silchenko și colab., 2014). Analiza produselor de hidroliză a fucoidanilor cu structură stabilită din colecția laboratorului nostru a arătat că ambele fucoidanaze sunt endoenzime care hidrolizează legături α-1,4-glicozidice în fucani (Silchenko și colab., 2014).

Gradul de purificare a fucoidanilor este, de asemenea, important pentru investigarea proprietăților biologice. Din păcate, preparatele brute necaracterizate sunt adesea folosite chiar și în cercetările științifice. Metodele de izolare și purificare a fucoidanului pot fi diferite. Cea mai universală schemă include preprocesarea algelor prin solvenți organici care extrag majoritatea metaboliților secundari, cum ar fi polifenoli și alți compuși absorbanți ai razelor UV (Shevchenko și colab., 2005). Aceste substanțe, de obicei antioxidanți puternici, sunt adesea puternic asociate cu fucoidanii și îndepărtarea acestora implică mari dificultăți. Arătăm că purificarea fucoidanilor de impurități duce la pierderea activității antioxidante (Imbs și colab., 2015). Nu numai activitatea antioxidantă, ci și activitatea antibacteriană a fucoidanilor se poate datora complet sau parțial impurităților. Separarea fucoidanilor de aceștia nu este întotdeauna posibilă, deoarece polizaharidele formează adesea complexe puternice cu polifenoli, care nu pot fi distruse fără a afecta integritatea moleculelor fucoidane. Cu toate acestea, dovezile activității antioxidante datorate impurităților fucoidanilor au fost studiate destul de intens (Wang și colab., 2008; Hu și colab., 2010; Costa și colab., 2011). Cu toate acestea, datele privind puritatea fucoidanilor sunt adesea absente.

Este interesant de observat că activitățile biologice specifice fucoidanilor sunt asociate cu structurile lor. Deci, formarea și creșterea coloniei de celule canceroase la sân sunt suprimate de galactofucani din Saccharina japonica și Undaria pinnatifida. Celulele canceroase ale colonului uman sunt mai sensibile la fucoidan din Saccharina cichorioides (alcătuite din (1 → 3) -α-L-fucoză reziduuri), celule de melanom uman - la fucoidan din Fucus evanescens (Moon și colab., 2009; Vishchuk și colab., 2011, 2013).

Astfel, intensificarea studiilor structurale asupra fucoidanilor și utilizarea preparatelor foarte purificate vor ajuta la disiparea unor mituri despre efectul fucoidanilor asupra organismelor și la conturarea gamei de proprietăți biologice legate doar de polizaharide. Primul este imunomodulator (Khil'chenko și colab., 2011), antibacterian, antiviral (Prokofjeva și colab., 2013) și activități antitumorale (Ermakova și colab., 2011; Vishchuk și colab., 2011, 2013).

În Rusia, în 2006, a fost înregistrat suplimentul „Fucolam®” (nr. 77.99.23.3.y.739.1.06, Rusia), pe baza fucoidanului caracterizat structural din alga brună Fucus evanescens, sintetizând de la 12 la 15% din polizaharidă. Efectele biologice ale „Fucolam®” sunt studiate în detaliu. S-a stabilit că „Fucolam®” pe lângă activitățile imunomodulatoare, antibacteriene, antivirale și antitumorale are efecte probiotice, hepatoprotectoare, de glucoză și de scădere a colesterolului (Drozd și colab., 2006, 2011; Kuznetsova, 2009; Khil'chenko și colab., 2011; Lapikova și colab., 2012; Besednova și colab., 2014, 2015; Zaporozhets și colab., 2014). Este un reprezentant proeminent al unui agent multifuncțional și poate servi drept bază pentru dezvoltarea medicamentelor.

Conform datelor cunoscute din studiile menționate mai sus, spectrul proprietăților biologice ale fucoidanilor este suficient de larg. Aceste substanțe naturale sunt reprezentanți remarcabili ai compușilor multifuncționali, iar acest lucru nu este un mit, ci o realitate.

Declarație privind conflictul de interese

Autorii declară că cercetarea a fost efectuată în absența oricărei relații comerciale sau financiare care ar putea fi interpretată ca un potențial conflict de interese.

Mulțumiri

Această lucrare a fost susținută de subvenții de la REBR (14-04-93003, 15-04-01004_a) și programul FEB RAS „P-42”.