Чи є багатофункціональні морські полісахариди міфом чи реальністю?

Світлана Єрмакова

1 Г.Б. Тихоокеанський інститут біоорганічної хімії імені Єлякова Далекосхідного відділення Російської академії наук, Владивосток, Росія

Михайло Кусайкін

Антоніо Трінконе

2 Istituto di Chimica Biomolecolare, Consiglio Nazionale delle Ricerche, Поццуолі, Італія

Звягінцева Тетяна

Морські водорості - це древні фотосинтезуючі організми, які становлять найбільшу групу в царстві рослин. Вони використовуються для функціонального харчування, косметичних добавок, виробництва добавок, а також у традиційній медицині завдяки смаковим, профілактичним та терапевтичним ефектам. Водорості містять мікроелементи та йодовмісні органічні сполуки, а також вітаміни, маніт більше, ніж наземні рослини.

Зараз вважається, що фукоїдани є видоспецифічними полісахаридами. Це означає, що кожна водорость синтезує фукоїдан або набір фукоїданів, характерних лише для нього. У моносахаридному складі фукоїданів обов'язково присутні сульфатовані залишки фукози і часто галактози. Як другорядні компоненти присутні залишки манози, глюкуронової кислоти, ксилози та інших більш рідкісних моносахаридів (Кусайкин та ін., 2008).

1,3-α-L-фукани найчастіше містяться в водоростях (Звягінцева та ін., 2003; Анастюк та ін., 2010). α-1,4-глікозидна зв'язок між залишками L-фукози зустрічається рідше і присутня переважно у вигляді 1,3; 1,4-α-L-фуканів. Бурі водорості також часто синтезують галактофукани. Положення та вміст залишків галактози в різних галактофуканах залежать від типу водоростей; вміст часто порівнянний із вмістом фукози (Шевченко та ін., 2007; Анастюк та ін., 2009; Тінх та ін., 2013). Це найбільш різноманітна за структурою група фукойданів. Найменша група фукоїданів представлена фукоманнуронанами (Imbs et al., 2011). Крім того, існують фукоїдани, що містять більш неоднорідний моносахаридний склад.

Для встановлення структури полісахаридів найбільш перспективний підхід заснований на застосуванні ферментів. Ферментативна трансформація полісахаридів може бути надзвичайно корисною не лише для встановлення структурних особливостей, але й для доступу до біологічно активних фрагментів (Silchenko et al., 2013; Menshova et al., 2014; Trincone, 2014). Повідомлення про продуценти та властивості ферментів (фукоїданаз) рідкісні, незважаючи на зростаючий інтерес до фукоїданів (Кусайкін та ін., 2008). Відомо не більше 20 продуцентів фукоїданаз, в основному виділених з морських грибів та бактерій (Sakai et al., 2003; Descamps et al., 2006; Rodriguez-Jasso et al., 2010; Silchenko et al., 2013, 2014) . Ця рідкість пояснюється відсутністю кількісних простих методів визначення активності фукоїданаз. Точній оцінці ферментативних особливостей також заважає використання структурно нехарактерних субстратів. Отже, в їх трансформації повинні брати участь ферменти з різною специфікою.

Серед морських безхребетних було виявлено небагато джерел фукоїданаз (Kitamura et al., 1992; Giordano et al., 2006; Silchenko et al., 2014). Фукоиданаза у Patinopecten yessoensis була виявлена в 1992 р. Дією на фукоїдан від Nemacystus decipiens (Kitamura et al., 1992). Інформація про структуру субстрату, про яку повідомляється в статті, що складається із залишків L-фукози та невеликої кількості залишків D-галактози, є досить мізерною. Дані про тип глікозидних зв'язків відсутні (Tako et al., 1999). Продукти з високою молекулярною масою (близько 50 кДа) утворюються в достатній мірі під дією фукоїданази з P. yessoensis. Інформація про їх структури не доступна.

Ми знайшли нові джерела фукоїданаз: в’єтнамський молюск Lambis sp. і морські бактерії водоростей Formosa KMM 3553 (Khanh et al., 2011; Silchenko et al., 2014). Аналіз продуктів гідролізу фукоїданів із встановленою структурою з колекції нашої лабораторії показав, що обидві фукоїданази є ендоферментами, що гідролізують α-1,4-глікозидні зв'язки у фуканах (Silchenko et al., 2014).

Ступінь очищення фукоїданів також важливий для дослідження біологічних властивостей. На жаль, нехарактеризовані сирі препарати часто використовуються навіть у наукових дослідженнях. Методи виділення та очищення фукоїдану можуть бути різними. Найбільш універсальна схема включає попередню обробку водоростей органічними розчинниками, що екстрагують більшість вторинних метаболітів, таких як поліфеноли та інші сполуки, що поглинають УФ (Шевченко та ін., 2005). Ці речовини, як правило, потужні антиоксиданти, часто тісно пов’язані з фукоїданами, і їх виведення спричиняє великі труднощі. Ми показуємо, що очищення фукоїданів від домішок призводить до втрати антиоксидантної активності (Imbs et al., 2015). Не тільки антиоксидантна, але й антибактеріальна активність фукоїданів може бути повністю або частково обумовлена домішками. Відокремлення фукоїданів від них не завжди можливо, оскільки полісахариди часто утворюють сильні комплекси з поліфенолами, які неможливо зруйнувати, не впливаючи на цілісність молекул фукоїдану. Проте дані про антиоксидантну активність внаслідок домішок фукоїданів вивчались досить інтенсивно (Wang et al., 2008; Hu et al., 2010; Costa et al., 2011). Однак дані про чистоту фукоїданів часто відсутні.

Цікаво відзначити, що специфічна біологічна діяльність фукоїданів пов’язана з їх структурами. Отже, утворення та ріст колонії клітин раку молочної залози пригнічується галактофуканами з Saccharina japonica та Undaria pinnatifida. Клітини раку товстої кишки людини більш чутливі до фукоїдану із Saccharina cichorioides (що складається з (1 → 3) -а-L-фукозних залишків), клітин меланоми людини - до фукоїдану з Fucus evanescens (Moon et al., 2009; Vishchuk et al., 2011, 2013).

Таким чином, активізація структурних досліджень фукоїданів та використання високоочищених препаратів допоможе розвіяти деякі міфи про дію фукоїданів на організми та окреслити діапазон біологічних властивостей, що стосуються лише полісахаридів. Перша - імуномодулююча (Хільченко та ін., 2011), антибактеріальна, противірусна (Прокофєва та ін., 2013) та протипухлинна діяльність (Єрмакова та ін., 2011; Віщук та ін., 2011, 2013).

У Росії в 2006 р. Був зареєстрований суплемент «Fucolam®» (№ 77.99.23.3.y.739.1.06, Росія), заснований на структурно охарактеризованому фукоїдані з бурої водорості Fucus evanescens, що синтезує від 12 до 15% полісахариду. Біологічні ефекти препарату “Фуколам®” детально вивчені. Встановлено, що «Фуколам®», крім імуномодулюючої, антибактеріальної, противірусної та протипухлинної активності, має пробіотичні, гепатопротекторні, глюкозо- та холестеринознижуючі ефекти (Дрозд та ін., 2006, 2011; Кузнєцова, 2009; Хільченко та ін., 2011; Лапікова та ін., 2012; Беседнова та ін., 2014, 2015; Запорожець та ін., 2014). Це видатний представник багатофункціонального агента і може служити основою для розробки ліків.

Згідно з відомими даними вищезгаданих досліджень, спектр біологічних властивостей фукоїданів досить широкий. Ці природні речовини є видатними представниками багатофункціональних сполук, і це не міф, а реальність.

Заява про конфлікт інтересів

Автори заявляють, що дослідження проводилось за відсутності будь-яких комерційних або фінансових відносин, які можна трактувати як потенційний конфлікт інтересів.

Подяка

Ця робота була підтримана грантами від REBR (14-04-93003, 15-04-01004_a) та Програмою FEB RAS “P-42”.