06.05.2022 в 21:20
Биоактивный потенциал бурых водорослей
Специальный выпуск Обзорная статья | Открытый доступ
1 Центр материаловедения и регенеративной медицины, Институт высшего образования и исследований Бхарата, Селайюр, Тамил Наду 600 073, Индия
2 Школа биологических наук, факультет медицины, биологических наук и сестринского дела, Университет MAHSA, Джалан SP2, Бандар-Сауджана-Путра, 42610, Дженджаром, Селангор, Малайзия
3 Лаборатория возобновляемых источников энергии, кафедра электротехники и электроники, Инженерно-технологический институт KPR, Коимбатур, 641407 Тамил Наду, Индия
4 Departamento de Quimica Organica, Universidad de Cordoba, EdificioMarie Curie (C-3), Ctra Nnal IV-A, Km 396, E14014 Cordoba, Испания
5 Кафедра медицинской биотехнологии, Исследовательский центр Института медицинских наук Карпага Винаяга, Тамил Наду 603 308, Индия
6 Кафедра электротехники и электроники, Бангладешский университет, Дакка 1207, Бангладеш
Абстрактно:
Натуральные продукты морского происхождения являются богатым источником вторичных метаболитов с огромным потенциалом, включая новые терапевтические агенты. Морские водоросли считаются хорошим источником вторичных метаболитов с разнообразной биологической активностью. За последние несколько десятилетий исследования, связанные с натуральными продуктами, полученными из бурых водорослей, значительно активизировались, поскольку они содержат активные соединения с разнообразной биологической активностью, такой как противомикробные, противораковые, антиоксидантные, противовоспалительные, противодиабетические и противопаразитарные свойства. Основные биологически активные компоненты, такие как флоротаннин, фукоксантин, альгиновая кислота, фукоидан и ламинарин, были кратко обсуждены здесь вместе с их составом и биологической активностью. В этом обзоре описываются и обсуждаются биологическая функция экстрактов и метаболитов бурых водорослей, а также их фармакологические эффекты с описанием возможного механизма их действия. Кроме того, ожидается, что в этом исследовании будут изучены многофункциональные свойства бурых водорослей, которые способствуют получению натуральных продуктов из водорослей, включая способность интегрировать эти функциональные свойства в различные приложения.
1. Введение
Океаны являются ценным источником биологически активных соединений, где макроводоросли и микроводоросли являются наиболее плодовитыми производителями, которые потенциально могут быть использованы в связи с их высокими медицинскими перспективами. В основном существует два типа водорослей: микроводоросли, встречающиеся в бентосе, прибрежных водах и по всему морю, и макроводоросли или морские водоросли, встречающиеся в прибрежной зоне. Макроводоросли — это эукариотические организмы, живущие в соленой или пресной воде, и были обнаружены как возможный источник фундаментальных биоактивных молекул. В отличие от большинства наземных растений, эти макроводоросли не имеют корней, листьев и сосудистой системы и питаются в процессе осмоса. По пигментации и форме водоросли подразделяются на Chlorophyta (зеленые водоросли), Phaeophyta (бурые водоросли) и Rhodophyta (красные водоросли). За последние несколько десятилетий, используя изображения электронной микроскопии и анализы молекулярной биологии, было продуманное влияние на классификацию . Наличие пигмента хлорофилла придает зеленый цвет хлорофитам, у которых такой же пигмент присутствует почти во всех высших растениях. У Phaeophyta коричневый цвет обусловлен наличием пигмента фукоксантина, а присутствие пигментов фикоцианина и фикоэритрина у Rhodophyta делает их красными.
Более 150 000 видов макроводорослей или морских водорослей происходят из мировых морей и тропических вод. На побережье мира зарегистрировано около 8000 морских водорослей, и некоторые из них встречаются на глубине до 270 м. Во всем мире возникло около 2000 видов бурых, 1200 видов зеленых и 6000 красных макроводорослей с годовым производством, оцениваемым в 6 756 521 миллион тонн биомассы . Западно-центральная, юго-западная и северо-западная Атлантика, а также юго-западная и центрально-восточная части Тихого океана являются основными резервуарами водорослей. Из-за длинной береговой линии Индия имеет обширные морские заповедники вдоль многих лиманов и доступных береговых линий [ 7]. Вдоль южного побережья штата Тамил Наду между Каньякумари и Рамешварамом, который включает 21 остров в заливе Маннар, можно увидеть многочисленные виды красных, зеленых и бурых водорослей с пышным ростом [8 ] . На индийском побережье насчитывается почти 814 видов водорослей, принадлежащих к 217 родам. Многие виды были зарегистрированы на побережье Индии, в том числе 216 видов Chlorophyta, 191 группа видов Phaeophyta, 217 видов Rhodophyta и 3 группы видов Xanthophyta. Из них примерно 202 вида были получены в Гуджарате. Во всем мире замечено более 1700 видов бурых водорослей, и в эту группу входят некоторые широко распространенные роды. Бурые водоросли встречаются в 691 713 местах по всему миру. В Индии сообщается о 265 родах и 2040 видах Phaeophyta, где 95% этих групп живут в умеренных и холодных водах .
Бурые водоросли представляют собой разнообразный класс водорослей, известных своим цветом, от оливково-зеленого до светло-золотисто-коричневого. Они варьируются от мелких нитчатых до больших групп сложных водорослей. Это связано с тем, что их хроматофоры содержат золотисто-коричневый ксантофилловый пигмент фукоксантин; из-за большого количества фукоксантина и каротиноидов, покрывающих остаточные пигменты хлорофилл с и а и другие ксантофиллы, он выглядит коричневатым. Размер бурых водорослей варьирует небольшими нитями до наиболее значимых морских водорослей, и большинство бурых водорослей встречается в приливно-отливной зоне. Недавно из различных запасов океана были выделены многочисленные биологически активные вторичные метаболиты, такие как морские микробы, фитопланктон, зоопланктон, оболочники, губки, морские водоросли и макроводоросли, красные, зеленые и бурые водоросли [13 ] . Изучение вторичных метаболитов в большей степени сосредоточено на макроводорослях, а не на фитопланктоне, поскольку морские водоросли производят большое разнообразие превосходных природных соединений. Хотя эти молекулы вносят минимальный вклад в общую биомассу организма, участие этих соединений в существовании иногда может быть похоже на метаболиты, образующиеся в результате первичного метаболизма. Эти метаболиты обладают хорошими антимикробными, антиоксидантными, противовоспалительными, противодиабетическими и противоопухолевыми свойствами. Зная о бурых водорослях, в этом обзоре основное внимание уделяется характеристикам бурых водорослей и основных вторичных метаболитов, обнаруженных в бурых водорослях, с особым вниманием к активным метаболитам, имеющим потенциальное фармацевтическое и медицинское применение.
2. Характеристики бурых водорослей
Большинство представителей этой группы одноклеточные или многоклеточные. Размер может варьировать от микроскопических нитей с ответвлениями до макроскопических талломов. Слоевище содержит ножки, лопасти или вайи, а также фиксатор. Как и у корней высших растений, таллом прикрепляется к субстрату. Ножка сравнима со стеблями высших растений, а вайи аналогичны листьям. Организация ножки и вайи является одним из основных морфологических признаков для идентификации нескольких видов бурых водорослей. Морфологические изменения водорослей возможны в зависимости от конкретных условий среды. Некоторые из известных бурых водорослей: (1) Ламинария., имеющая крупное спорофитное тело, вырастает до 1-3 м и прикрепляется к скальной породе с помощью прихватки; (2) Dictyota представляет собой дихотомически разветвленный спорофитный таллом, а спорангии образуют четыре гаплоидные споры (рис. 1 ); (3) Саргассум представляет собой свободно плавающую или прикрепленную форму, где прикрепленная форма состоит из трех частей: прихватки, основной оси и боковых сторон ; (4) Ectocarpus – нитчатая водоросль, прикрепляющаяся к твердому субстрату с помощью простаты и ризоида; и (5) фукуспредставляет собой кожистую плоскую разветвленную коричневую водоросль, на ветвях которой есть зачатки. Некоторые из этих видов цепляются за камни или другие поддерживающие вещества, в то время как другие дрейфуют по поверхности воды, образуя одноклеточные или многоклеточные колонии, а третьи цепляются за морское дно с помощью корневидных структур (зацепов). Значимые пигменты бурых водорослей состоят из хлорофилла а, с 1 , с 2 , β -каротина, лютеина, фукоксантина, диоантина и виолаксантина. Кроме того, некоторая пища для хранения включает ламинарин, маннит и некоторые масла, а клеточные стенки бурых водорослей состоят из целлюлозы и альгиновой кислоты.
2.1. Состав бурых водорослей
Бурые макроводоросли богаты минералами, составляющими от 14 до 35% сухого вещества. Они имеют относительно более низкие уровни общего белка (8–13 %) для ламинарии и сахарины соответственно, тогда как для саргассума он составляет около 6–11 %, для Macrocystis pyrifera ( M. pyrifera ) – 7–13 % , а для Аскофиллум узловатый ( A. nodosum ). Блэк (1950a и b) обнаружил значительные вариации химического состава в зависимости от сезона года, при этом содержание сырого протеина колеблется от 4–8% осенью до 12–14% сухого вещества весной. Клеточные стенки состоят из альгиновой кислоты и целлюлозы, гетерополисахарида с длинными многочисленными цепями (20–27%, 20–45% и 15–30% для M. pyrifera )., Laminaria digitata ( L. digital ) и A. nodosum соответственно). Фукоиданы состоят из полисахаридных единиц с различной степенью сульфатации и составляют клеточные стенки многих бурых макроводорослей, особенно Laminariales и Fucales. В отличие от других морских водорослей, в которых запасным углеводом является крахмал, бурые водоросли хранят углеводы в форме ламинарина, полисахарида глюкозы. Натрий (2,2% у L. digitata и 4% у A. nodosum ), калий (3,8% и 3% у L. digitata и A. nodosum) ., соответственно), и йода (1,1% и 0,1% в L. digitata и A. nodosum соответственно) высоки в бурых водорослях. Конечно, ламинария может поглощать йод со скоростью, более чем в тридцать тысяч раз превышающей скорость концентрации йода в океане. Состав варьируется в зависимости от различных особенностей; например, M. pyrifera , выращенная летом на мексиканском побережье, содержит больше аминокислот и минералов, чем M. pyrifera , собранная зимой. Фенольные соединения (флоротаннины), содержащиеся в A. nodosum.не растворяются в пищеварительном тракте животных. Многие виды морских водорослей содержат большое количество свободной глутаминовой кислоты, которая отвечает за привкус « умами » в японских блюдах и используется в качестве улучшителя вкуса в продуктах питания. Саргассум содержит мало белка, но много углеводов и является легкодоступным минералом. Они также богаты витаминами и β -каротином и не содержат антинутриентов.
3. Основные биоактивные молекулы бурых водорослей
3.1. флоротаннины
Полифенолы также известны как фитохимические вещества, потому что они присутствуют в растениях. Полифенолы представляют собой обширную и гетерогенную группу встречающихся в природе молекул с фенольными характеристиками в водной и наземной среде в качестве вторичных метаболитов. Из-за их широкого спектра биологических применений эти встречающиеся в природе полифенолы были идентифицированы как возможные заменители ряда промышленных составов, включающих нутрицевтики, пищевые добавки, космецевтики и фармацевтические препараты. Таннины представляют собой полифенольные соединения, встречающиеся в природе в растениях. Они встречаются как у морских, так и у наземных растений. В отличие от дубильных веществ, обнаруженных в наземной среде, только морские бурые водоросли содержат флоротаннины. Они имеют более простую структуру, чем наземные дубильные вещества, и полностью состоят из полимеризации флороглюцина. За прошедшие годы было проведено множество исследований функций и роли флоротаннинов. Кроме того, различные производные флоротаннина были извлечены из ряда бурых водорослей: Ecklonia kurome , Ecklonia cava , Ecklonia bicyclis и Ecklonia radiate. Сообщается, что флоротаннины способствуют сну), антибактериальное, антиоксидантное и альгицидное действие. Было обнаружено, что он оказывает ингибирующее действие на обратную транскриптазу ВИЧ-1.
3.2. фукоксантин
Фукоксантин является одним из наиболее распространенных вариантов ксантофиллов в бурых водорослях, природным пигментом, принадлежащим к семейству каротиноидов. Наряду с каротином он присутствует в съедобных бурых водорослях, таких как Hyalogonium fusiforme , Undaria pinnatifida , Laminaria japonica и Sargassum fulvellum . Это один из самых распространенных каротиноидов. Внешне у всех видов водорослей присутствие фукоксантина можно легко определить, наблюдая за их окраской. Как следует из названия, он используется в качестве аддитивного красителя в хлоропластах бурых водорослей и многих других гетероконтов, придавая им оливково-зеленый или коричневый цвет. В настоящее время сообщается о большом количестве исследований по извлечению фукоксантина из некоторых видов бурых водорослей, что позволит использовать это вещество в различных функциональных приложениях. Согласно некоторым исследованиям питания и обмена веществ, проведенным в Университете Хоккайдо на мышах и крысах, фукоксантин стимулирует сжигание жира в белой жировой ткани за счет увеличения экспрессии термогенина. Кроме того, было обнаружено, что фукоксантин предлагает широкий спектр биоприменений, таких как антиоксидантная и противовоспалительная активность.
3.3. Альгиновая кислота и фукоидан
Полисахариды на основе биоактивных природных продуктов в последние годы вызывают большой интерес в фармакологии. Морские водоросли богаты растворимыми полисахаридами и могут использоваться в качестве грубого корма. В частности, обнаружено, что бурые водоросли вырабатывают эффективные полисахариды, включая фукоиданы и альгинаты. Противоопухолевая, антикоагулянтная, противовирусная и противовоспалительная активность относятся к числу различных биологических свойств производных альгиновой кислоты и фуканов. Альгиновая кислота (альгин или альгинат) представляет собой гелеобразующий полисахарид из -L-гулу-ироновой и 1,4-связанной β -D-маннуроновой кислоты, расположенных в неправильном порядке по цепи. Этот гидрофильный коллоидный полисахарид обычно встречается в бурых водорослях .s внутриклеточные вещества и клеточные стенки. Это также один из наиболее важных структурных полисахаридов бурых водорослей. Фукоидан и альгиновая кислота составляют большую часть кислых полисахаридов в клеточных стенках бурых водорослей. Альгинат бурых водорослей обычно используется в различных фармацевтических препаратах. Это также полезный загуститель для желе, напитков и мороженого в пищевой промышленности. Он также используется в косметическом производстве в качестве водосвязывающего и загущающего агента, поскольку альгинат легко поглощает воду, что делает его полезной добавкой в косметических препаратах.
Фукоидан представляет собой полисахарид, который содержит значительное количество групп сульфатного эфира и L-фукозы и присутствует во многих видах бурых водорослей. Бурые водоросли содержат этот сульфатированный полисахарид в своей клеточной стенке. Сульфатированные полисахариды, также известные как фукоиданы в морских бурых водорослях, обладают потенциальной антиоксидантной и противовоспалительной активностью. Высокая степень сульфатирования фукоиданов, по-видимому, определяет их биологические функции, но эти функции основаны на их молекулярной массе и тонкой структуре. Фукоидан также может улучшать косметические свойства кожи. Следовательно, это универсальный ингредиент, который можно применять в основных косметических рецептурах. Полигалактозиды связываются с внешним слоем, защищающим кожу, образуя защитный увлажняющий комплекс за счет ион-ионного взаимодействия, тогда как полимеры фукозы являются абсорбентами и действуют как увлажняющие вещества. Фукус имеет высокое содержание незаменимых и заменимых аминокислот, таких как лизин, пролин и глицин, которые присутствуют в эластичных волокнах кожи. С этой точки зрения сульфатированный полисахарид фукоидан бурых водорослей может помочь сохранить эластичность кожи за счет повышения гидратации и, таким образом, укрепления эластичности кожи.
3.4. Ламинарин/Ламинараны
Бурые водоросли содержат важный запасной полисахарид, называемый ламинараном или ламинарином (например, ламинария или сахарин ), на долю которого приходится до 32–35% (сухая масса) от общего запаса полисахаридов. Ламинарин представляет собой глюканы, содержащие линейные полисахариды, состоящие из β -глюкозы в соотношении 3:1 со случайным β-(1С6) внутрицепочечное разветвление. Величина полимеризации варьируется от 20 до 50 единиц. Полимерные цепи подразделяются на два типа: G-цепи с остатком глюкозы и М-цепи с остатком D-маннита. В зависимости от степени полимеризации (обычно 25) молекулярная масса ламинарии составляет около 5 кДа. Сообщалось, что ламинарин обладает множеством биологических активностей, включая противоопухолевую, антиапоптозную, противовоспалительную, антикоагулянтную и антиоксидантную активность. Ремия и др. сообщили об экстракции ламинарина с использованием бурых водорослей Turbinaria ornata , которые действуют как потенциальный биоактивный компонент.
3.5. Другие биоактивные молекулы бурых водорослей
Бурые водоросли в основном используются для лечения болезней желудка, астмы, головной боли, гипотиреоза, целлюлита, кашля и усталости. Помимо помощи в уходе за кожей, бурые водоросли также способствуют похудению. Перспективными метаболитами антиоксидантов в бурых водорослях были признаны почти полифенолы и пигменты. Они присутствуют во многих растениях и морских водорослях и хорошо известны своей антиоксидантной активностью за счет удаления активных форм кислорода (АФК) и активности ингибирования перекисного окисления липидов. Известно, что бурые водоросли содержат огромное количество полисахаридов в клеточной стенке, наиболее заметным из которых является сульфатированный полисахарид фукоидан, отсутствующий у наземных растений. Фукоидан содержит значительное количество сульфатированных эфирных и L-фукозных групп и обладает широким набором фармакологических и биомедицинских свойств; было проведено немало исследований различной биологической активности, структурных параметров, молекулярной массы и физиологических особенностей полисахаридов морских водорослей.
4. Механизм биоактивности бурых водорослей.
4.1. Антимикробная активность
Метод экстракции и кондиционирования может повлиять на выход биоактивных соединений. Стадия сушки имеет решающее значение, поскольку высокие температуры могут вызвать дефицит непостоянных противомикробных препаратов, связанных со свежими водорослями (терпеноиды, перекись водорода, бромэфирные соединения и летучие жирные кислоты). Улучшенная проницаемость клеточных мембран наблюдалась и была обнаружена в высушенных экстрактах морских водорослей, обработанных при высокой температуре, которые показали более широкие зоны ингибирования в отношении Listeria innocua , Pseudomonas aeruginosa , Salmonella enteritidis и Staphylococcus aureus. Было обнаружено, что сушеный Chondrus crispusсырые этанольные экстракты имели более низкую MIC, чем экстракты из свежих морских водорослей, в отношении роста фитопланктона и бактерий. Аналогичным образом, при сушке и гидротермальной обработке обнаружено снижение содержания антиоксидантов и общего фенольного содержания по отношению к H . удлинить . Содержание фитохимических веществ увеличивалось, и наблюдался повышенный ингибирующий потенциал при сушке с последующим кипячением. Запасные полисахариды и полисахариды клеточных стенок, полученные в красных, бурых и зеленых водорослях, такие как ламинарин, альгинаты, каррагинаны, фуканы и ульваны, могут активировать механизмы контроля устойчивости растений к патогенам. Олигосахариды, образующиеся при деполимеризации полисахаридов водорослей, защищают растения от бактериальных, грибковых и вирусных инфекций, что приводит к накоплению противомикробных соединений и белков. Исследование цитотоксичности в отношении мышиной клеточной линии макрофагов RAW264.7, а также испытание на острую токсичность на мышах показали, что умеренные дозы радиоактивных производных E. cava могут безопасно использоваться людьми. Доказательства значительной антимикробной активности наблюдались у различных видов водорослей. В одном исследовании оценивалось влияние растворяющих экстрактов бурых водорослей Spatoglossum asperum на дерматофиты и недерматофиты. Максимальный потенциал хлороформного экстракта в отношении недерматофитных грибовОпределяли Aspergillus flavus . Метанольный экстракт показал значительную противогрибковую активность против грибков-дерматофитов Candida albicans и Candida tropicalis по сравнению с другими экстрактами растворителей. В другом исследовании экстракты бурых водорослей из Laminaria digitata и Undaria pinnatifida продемонстрировали самую сильную противогрибковую активность против Botrytis cinerea на клубнике и Monilinia laxa на персиках, а затем на Penicillium digitatum на лимонах. Различные экстракты растворителей из водорослей были протестированы против некоторых патогенных человеческих грибов Candida albicans., Candida parapsilosis , Fusarium sp., Aspergillus flavus и Aspergillus fumigatus . Было обнаружено, что гексан, хлороформ и спиртовые экстракты сильно ингибируют Candida albicans и Candida parapsilosis. Некоторые соединения, выделенные из бурых водорослей, также обладают определенной антимикробной активностью. Сообщается, что флоротаннин, выделенный из бурых водорослей, обладает противогрибковой активностью в отношении кожных и растительных грибов. У Chnoospora bicanaliculata , Sargassum wightii , Padina tetrastromatica и Stocheospermum marginatum.экстракты, полученные с юго-западного побережья Индии, дают достоверную информацию о том, что бурые водоросли поддерживают успешную антимикробную активность. Механизм этих молекул может заключаться в том, что они напрямую взаимодействуют с ферментом и ингибируют действие ферментов или вызывают потерю проницаемости мембраны и утечку белка, где это проявляется полисахаридами, полифенолами и флоротаннинами .
4.2. Противораковая активность
Эффективный подход к уничтожению раковых клеток состоит в том, чтобы спровоцировать апоптоз над опухолевыми клетками. Связанный с фактором некроза опухоли (TNF-) лиганд, индуцирующий апоптоз (TRAIL), является интегральным мембранным белком, который может связываться с мембраносвязанными рецепторами смерти. TRAIL и его рецептор связываются друг с другом и передают апоптотический сигнал через свои зоны внутриклеточной гибели. В результате этого раковые клетки подвергаются апоптозу. На клеточной линии желудка (AGS) человека была исследована противораковая активность этанольного экстракта Hyalogonium fusiforme ( H. fusiforme ), и результаты показали, что экстракт (от 0 до 25 мкг /мл) может индуцировать апоптоз в опухолевых клетках путем повышая экспрессию TNF- α. В недавнем исследовании было обнаружено, что экстракты были взяты с использованием этилового спирта H. fusiforme для экспрессии белка в раковых клетках гепатомы человека Hep3B и ингибируют активность матриксной металлопротеиназы (MMP), а также было обнаружено, что он контролирует метастазирование и инвазивность опухоли. гены (TSP-1, клаудины, IGF-1R и E-кадгерин), а также связанные с активностью гены MMP (TIMP-1, TIMP-2, MMP-1 и MMP-2), которые индуцируют апоптоз при раке клетки. 5-гидрокси-3,6,7,8,3,4 - гексаметоксифлавон обнаружен в экстрактах этанола (80%) H. fusiforme , который также обладает потенциальной противораковой активностью в линиях раковых клеток AGS и DR4 человека, где выделенное соединение увеличивало медиаторы апоптоза, связанные с рецептором смерти, такие как TRADD, Fas, FADD и Fas L, которые были дозозависимыми (рис. 3 ). Сон и др. [76] заявили, что экстракты H. fusiforme с использованием этанола могут минимизировать развитие аберрантных очагов крипт, регулируемых азоксиметаном, у самцов крыс. Пренопластическое повреждение толстой кишки, которое приводит к колоректальному раку, упоминается как аберрантные очаги крипт. Этаноловый экстракт H. fusiforme также может провоцировать апоптоз клеточных линий лейкемии человека U937. Результаты исследований показали, что апоптотическая гибель клеток в клетках U937 была вызвана ингибированием и подавлением белка Bcl-2 в форме членов семейства IAP, таких как XIAP, IAP1 и IAP2 Ремия и др. изучали фитохимический состав и профилирование Turbinaria ornata и ее антипролиферативное действие против клеток Y79 ретинобластомы человека. По сравнению с существующими химиотерапевтическими агентами химиопрофилактические агенты, извлеченные из природных ресурсов, привлекли большое внимание из-за их способности подавлять развитие раковых клеток с меньшими побочными эффектами или без них.
Цитотоксический эффект был обнаружен в некоторых экстрактах растворителей, таких как этилацетат, хлороформ и метанол, из различных видов бурых водорослей, таких как Colpomenia sinuosa , Cystoseira myrica и Sargassum swartzii , в отношении NIH 3T3, HT-29, T47D, Caco-2 и Клетки MDA-MB468. Экстракты Dictyota dichotoma ( D. dichotoma ) на семи линиях раковых клеток проявляли сильную дозозависимую цитотоксичность, но были более избирательны в отношении PC-3 и MCF-7. Фракция из хлороформного экстракта D. dichotoma обладала наибольшим эффектом цитотоксичности в отношении САСО (IC 50 мкг /мл), PC3 (IC 50) и MCF-7 (IC 50), соответственно. Помимо экстрактов, некоторые биоактивные компоненты, выделенные из многочисленных бурых водорослей, показали хороший цитотоксический потенциал в отношении линий раковых клеток. Увеличивая продукцию АФК, фукоидан, выделенный из бурых водорослей Sargassum cinereum, проявляет потенциальное апоптотическое и противораковое действие на клетки Caco-2. Противораковый потенциал экстрагированных полисахаридов Sargassum wightii был оценен на клеточных линиях рака молочной железы MDA-MB-231 и MCF7, и было обнаружено, что полисахариды существенно снижают развитие раковых клеток. При значениях IC 50 11,6 и 32,0 мкг/мл, несколько фракционных соединений и три дополнительных линейных дитерпена, выделенных из Bifurcaria bifurcate, мягко предотвращали развитие клеток MDA-MB-231.
4.3. Антиоксидантная активность
Сырые экстракты и соединения, выделенные из морских водорослей, использовались в качестве защитников здоровья, в косметике и продуктах питания; изучалась антиоксидантная активность. Бурые водоросли имеют относительно более высокие уровни и мощные антиоксиданты по сравнению с зелеными и красными водорослями. Антиоксидантное свойство основано на его способности поглощать радикалы или кислород; хелатирование металлов и удаление свободных радикалов жизненно важны для определения антиоксидантных свойств. Фенольные производные (фенольные -ОН) обладают способностью переносить атом водорода на свободные радикалы и образовывать устойчивый продукт; длительность сохранения стабильности продукта определяет антиоксидантные свойства выделенного компонента.
Фенольные кислоты имеют фенольное кольцо с карбоксильной группой. Показано, что в бурых водорослях присутствуют фенольные кислоты, включая галловую кислоту, катехин, кофейную кислоту, кумаровую кислоту, кверцетин, рутин и кемпферол, и сообщалось об антиоксидантных свойствах этих молекул. Структура ароматического бензольного кольца вышеупомянутых фенольных смол с -ОН (гидроксильными) фрагментами играет решающую роль в свойствах донорства водорода и свободной очистки. Сообщалось, что бензольное кольцо с фрагментом -CH = CH-COOH увеличивает донорство водорода и повышает антиоксидантные свойства. Флоротаннины, гидрофильные метаболиты морских водорослей размером от 125 до 600 кДа, которых много в бурых водорослях, классифицируются как фугалолы (дополнительная гидроксильная группа в третьем кольце), флоретоли (эфирная связь), фуколы (фенильная связь), фукофлороэтолы (эфирная связь). и фенильная группа) и эколов (дибензодиоксиновая связь). Эти дополнительные функциональные группы усиливают его антиоксидантные свойства. Антиоксидантная активность бурых водорослей, а именно Anthophycus longifolius , Sargassum plagiophyllum и Sargassum myriocystum , оценивалась с помощью различных исследований антиоксидантов in vitro . Экстракт этилацетата из Anthophycus longifoliusпродемонстрировали значительно более высокую способность поглощать радикалы гидроксильных радикалов и показали свою эффективность в стабилизации 2,2-азино-бис-3-этилбензотиозолин-6-сульфоновой кислоты (ABTS), а также 1,1-дифенил-2-пикрила. -гидразильные (DPPH) радикалы. Не наблюдалось существенных различий в поглощающих свойствах перекиси водорода и свойствах хелатирования ионов двухвалентного железа этилацетатных экстрактов морских водорослей. Ascophyllum nodosum , Laminaria japonica , Lessonia trabeculate и Lessonia nigrecens были исследованы на предмет их антиоксидантной активности. Среди всех четырех видов экстракты Ascophyllum nodosum обладают самой сильной антиоксидантной активностью. В другом исследовании для получения сырых экстрактов съедобных водорослей Ascophyllum nodosum ( A. nodosum ) использовали бинарную систему растворителей этанол и вода . Экстракт A. nodosum был оптимизирован с использованием дизайна Бокса-Бенкена, а также методологии поверхности отклика для получения экстрактов с высокой антиоксидантной активностью или высокой эффективностью. Было обнаружено, что в двух оптимальных условиях антиоксидантное свойство находится на уровнемл/г относительно выхода примг. Это объясняет способность обеих моделей точно прогнозировать и улучшать экстракцию антиоксидантов с использованием A. nodosum [ 96 ]. Padina tetrastromatica содержит значительное количество полифенолов, обладающих антиоксидантными свойствами. Альгинаты натрия, которые были получены в различные сезоны из бурых водорослей, Cystoseira schiffneri , были проверены на антиоксидантную активность с использованием DPPH и анализов хелатирующего потенциала Fe 2+ , где антиоксидантные свойства значительно варьировались в зависимости от сезона.
4.4. Противовоспалительная активность
Активные формы кислорода (АФК) в норме участвуют в сигнальных путях как часть метаболизма; в основном АФК продуцируются митохондриями во время дыхания. Когда они вырабатываются на более высоком уровне, чем обычно, они разрушают биологические макромолекулы, включая липиды, ДНК и белки, что приводит к аномальной клеточной функции, включая воспаление [100 ] . Клетки, индуцирующие воспаление, в основном тучные клетки и эозинофилы, генерируют химические сигналы, ведущие к высвобождению АФК, где они запускают трансдукцию сигнала и индуцируют ядерный фактор каппа-В (NF- kB ), циклооксигеназу-2 (ЦОГ-2), синтазу оксида азота (iNOS). ), фактор некроза опухоли -α (TNF- α ) и интерлейкин-1β ( IL-1β ). Эта индукция приводит к более сильному воспалению и повреждает здоровые клетки, что иногда также вызывает раковые клетки. Снижение экспрессии этих вышеупомянутых генов или любых путей передачи сигнала или удаления свободных радикалов уменьшает воспалительную реакцию. Апо-9 - фукоксантинон, норисопреноид, выделенный из Sargassum muticum , эффективен против синтеза оксида азота (NO) и простагландина E2 (PGE2) при опосредованном ЛПС воспалении против клеточной линии RAW264.7, где он регулирует активацию активации NF- κB . путем подавления I κ B- α внутри макрофагов (рис. 5 ). Этанольный и ДМСО экстрактCystoseira amentacea , собранная в Лигурийском море, показала сильный противовоспалительный эффект против воспалительных цитокинов [ 101 ]. Сульфатированный полисахарид на основе фукоидана (PCF-) из бурых водорослей Padina commersonii исследовали на противовоспалительную активность, а также тестировали против макрофагов RAW 264.7, активированных ЛПС. В результате было обнаружено, что PCF является многообещающим компонентом, который ингибирует воспалительные реакции, вызванные LPS, путем предотвращения передачи сигналов LRT/MyD88/NF- kB [ 102 ]. Кроме того, экстракт фукоидана Turbinaria decurrens был протестирован на предмет его противовоспалительных свойств. Фукоидан обладал противовоспалительным потенциалом с повышением уровня антиоксидантов через NF- κ.B, тем самым подавляя провоспалительные гены.
Противовоспалительную активность бурых морских водорослей, таких как Cystoseira crinita (AQ-C cri), Cystoseira sedoides (AQ-C sed) и Cystoseira pressa (AQ-C com), оценивали in vivo с помощью теста на отек крысиной лапы, генерируемого каррагинаном. Экстракты AQ-C cri, AQ-C sed и AQ-C com показали важный противовоспалительный эффект в зависимости от дозы, коррелирующей с препаратами сравнения. Turbinaria conoides , собранные в заливе Маннар, экстрагированные тремя замещенными пираноидами 2H, которые проявляли активность против 5-липоксигеназы и циклооксигеназы-2, оказались более эффективными, чем нестероидные препараты, представленные на рынке. В частности, фракции флоротанина Cystoseira sedoides (PHT-SED), собранные на побережье Туниса, были протестированы на фармакологический потенциал с другими водорослями. Существенная противовоспалительная активность фракций была установлена с использованием моделей in vivo при дозе 100 мг/кг по сравнению с эталонным препаратом.
4.5. Антидиабетическая активность
Противодиабетический потенциал бурых водорослей широко изучался в течение последних нескольких лет из-за наличия в них нескольких биологически активных соединений. Ферменты, такие как α -амилаза и α -глюкозидаза, необходимы для гидролиза углеводов и высвобождения глюкозы; ингибирование этих ферментов уменьшает постпрандиальную гипергликемию; и ингибиторы этих ферментов могут быть противодиабетическими препаратами. Другие ферменты, включая альдозоредуктазу, протеинтирозинфосфатазу и протеинтирозинфосфатазу 1В, играют важную роль в образовании глюкозы, поэтому их действие блокируется для предотвращения постпрандиальной гипергликемии. Сообщалось, что флоротаннин подавляет активность α-амилаза и α -глюкозидаза. Метанольный экстракт и фракция фукоксантина, полученные из Sargassum siliquosum и Sargassum polycystum, показали ингибирующее действие на ангиотензинпревращающие ферменты, такие как α -амилаза, а также α -глюкозидаза. Было обнаружено, что флоротаннин экол Ecklonia maxima является эффективным ингибитором α -глюкозидазы, где соединения фолотаннинов, такие как флороэкол и диекол из Eisenia bicyclis , ингибировали 87% кислотности α- амилазы.Было обнаружено, что Ascophyllum nodosum эффективен против обоих вышеупомянутых ферментов. Было показано, что метанольный экстракт Laminaria digitata и ацетоновый экстракт Undaria pinnatifida ингибируют α -амилазу со значениями IC 50 примг/мл имг/мл соответственно. Фенольное соединение 2,5-дигидроксибензойной кислоты в обеих водорослях было эффективным ингибитором α -амилазы со значением IC 50 .мг/мл. Альгинаты и полисахариды, присутствующие в бурых водорослях, проявляют сильное ингибирование α -амилазы с диапазоном IC 50 от 0кмг/мл. В целом, приведенные выше результаты показали, что сырые экстракты, фенольные соединения и альгинаты бурых съедобных водорослей являются сильными ингибиторами α -амилазы. Кроме того, была изучена экстракция фенолов, выделенных из четырех бурых водорослей, таких как Ascophyllum nodosum , Laminaria japonica , Lessonia trabeculate и Lessonia nigrecens , на активность ингибирования панкреатической липазы и тирозиназы. Среди четырех водорослей экстракт Lessonia trabeculate продемонстрировал сильную активность в отношении α -амилазы, α -глюкозидазы, панкреатической липазы и ингибирующей активности тирозиназы. Бурая водоросль Padina tetrastromatica использовалась для выделения полифенолов и изучения их антидиабетических свойств. Полифенолы показали сильный эффект α -амилазы при значении IC50 . мкг и α -глюкозидаза при мкг ингибирующей активности.
Есть некоторые метаболиты, которые являются активными моделями диабета. Фукоксантин, полученный с использованием морских водорослей Ishige okamurae, был оценен на окислительный стресс из-за высокого уровня сахара в крови в отношении эндотелиальных клеток пупочной вены in vitro , а также в модели рыбок данио in vivo . Два упомянутых выше исследования продемонстрировали, что выделенный фукоксантин способен обеспечивать защиту от повреждения органов и клеток. Противодиабетическая эффективность олигосахаридов из бурых водорослей Sargassum confusum (SCO) оценивалась in vivo.с хомяками с высоким содержанием сахарозы. После введения SCO наблюдалось снижение уровня глюкозы в крови. Первичная функция SCO в антидиабетическом эффекте была выявлена с помощью 1/фосфатидилинозитол-3-киназы и N-концевой киназы c-Jun путей субстрата рецептора регулятора инсулина. Таким образом, SCO использовался у людей с ожирением и диабетом для регуляции кишечной микробиоты. Флоротаннины, полученные с помощью Cystoseira pressa , проверяли на антидиабетический эффект. Результаты свидетельствуют о том, что флоротаннины значительно снижают активность сывороточной глюкозы, малонового диальдегида печени, α-амилаза и глюкозидаза, а также гистопатологические исследования показали, что флоротаннины отчетливо уменьшают и защищают повреждения в β- клетках поджелудочной железы.
4.6. Противопаразитарная активность
Было показано, что многие наземные растения обладают противопаразитарной активностью и клинически выраженной лекарственной ценностью, но потенциал водорослей изучен меньше. Активность Sargassum oligocystum , собранных на побережье Бушера на юго-западе Ирана, против видов Leishmania in vitro была оценена как очень значительная. Профилактическое действие нескольких экстрактов водорослей с южного побережья Англии было изучено против паразитов кровяной и печеночной стадий Plasmodium . Судя по многочисленным экстрактам, Cystoseira tamariscifolia (CT) и Cystoseira baccata (CB) обладают максимальным противомалярийным действием IC50 .в пределах от 3,3 до 3,8 мкг /мл. Дальнейшее исследование показало, что дитерпен, называемый элеганолоном, был получен с использованием французских водорослей Bifurcaria bifurcate , ингибирующих Trypanosoma brucei и Plasmodium falciparum. Аналогичным образом оценивали биологическую активность дихлорметан/метанольного экстракта (ДМЭ) Dictyota mertensii на Leishmania amazonensis . Это указывало на ингибирующий эффект IC 50 при 71,60 мкМ.г/мл над ростом промастиготных форм. ДМЭ показал токсичность против промастиготных и амастиготных форм, которые оказались эффективными, что указывает на потенциальное средство для лечения кожного лейшманиоза. Бурые макроводоросли Cladostephus spongiosum , Cystoseira sedoides , Dictyota Spiralis , Padina pavonica и Halopteris scoparia были собраны в прибрежной зоне Табарки для изучения антипротозойной активности против A. castellanii . Все экстракты продемонстрировали паразитарное ингибирование с IC 50 .мкг /мл для этилацетата имкг /мл для гексановых экстрактов. Это может привести к выводу, что его можно использовать как лучший антиамебный источник. Фукостерол, выделенный вместе с Sargassum linearifolium из юго-восточной Индии, исследовали на антиплазмодический эффект против Plasmodium falciparum ( P. falciparum ). Значения IC 50 наблюдались при 7,48 мкг /мл и 12,81 мкг /мл на основе антиплазмодического эффекта фукостерола против P. falciparum и хлорохина соответственно. Фукоидан, существующий полисахарид, присутствующий в Fucus vesiculosus.Было установлено, что он обладает повышенной иммуномодулирующей активностью в отношении Schistosoma japonicum . Приведенные выше результаты предполагают появление нового терапевтического механизма, инициируемого хронической паразитарной инфекцией для заболеваний печени с более высоким ответом.
5. Вывод
В связи с ростом интереса к натуральным продуктам, особенно к продуктам, полученным из морских видов, морские водоросли стали предметом интенсивных исследований из-за доказанной способности бурых водорослей синтезировать широкий спектр вторичных метаболитов. Морская экосистема, включающая разнообразный спектр видов водорослей, может быть лучшим средством изучения новых терапевтических средств. Создание современных и инновационных методов культивирования бурых водорослей для увеличения разнообразия культивируемых изолятов и сокращения времени культивирования может быть полезным для получения значительного количества клеток для повышения эффективности и улучшения производства целевых молекул. Ключевые прорывы в выделении, извлечении и характеристике новых метаболитов и их структуры могут помочь в эффективной оценке их терапевтического потенциала и биологической активности. Кроме того, ожидается, что макроводоросли станут незаменимым сырьем для производства витаминов, аминокислот и других фармацевтических препаратов. Таким образом, культивирование макроводорослей может дать всестороннее представление об их биотехнологических последствиях и практическом использовании, что может помочь в производстве соединений с терапевтическим потенциалом. Изучение фитокомпонентов бурых водорослей показывает, что это обширное сообщество морских водорослей используется не только для производства продуктов питания и кормов, но и в качестве огромного источника вторичных метаболитов. Настоящий обзор полностью посвящен биологически активным метаболитам бурых водорослей, которые имеют гораздо больше функциональных характеристик, чем зеленые и красные водоросли, поскольку сообщество Phaeophyta является ключевым представителем фукоиданов и полисахаридов, ответственных за их влиятельные биологические процессы. Было замечено, что на разновидности и концентрации вторичных метаболитов, измененных видами, влияют условия окружающей среды. Множественные механизмы действия стимулируют выработку биологически активных вторичных метаболитов с использованием бурых водорослей, которые точно усиливают биологическую активность и, таким образом, способствуют развитию производства лекарств в фармацевтической промышленности. В результате эффективное исследование этой популяции бурых водорослей поможет в разработке новых лекарственных молекул, которые можно использовать для лечения многих смертельных заболеваний человека. Было замечено, что на разновидности и концентрации вторичных метаболитов, измененных видами, влияют условия окружающей среды. Множественные механизмы действия стимулируют выработку биологически активных вторичных метаболитов с использованием бурых водорослей, которые точно усиливают биологическую активность и, таким образом, способствуют развитию производства лекарств в фармацевтической промышленности. В результате эффективное исследование этой популяции бурых водорослей поможет в разработке новых лекарственных молекул, которые можно использовать для лечения многих смертельных заболеваний человека. Было замечено, что на разновидности и концентрации вторичных метаболитов, измененных видами, влияют условия окружающей среды. Множественные механизмы действия стимулируют выработку биологически активных вторичных метаболитов с использованием бурых водорослей, которые точно усиливают биологическую активность и, таким образом, способствуют развитию производства лекарств в фармацевтической промышленности. В результате эффективное исследование этой популяции бурых водорослей поможет в разработке новых лекарственных молекул, которые можно использовать для лечения многих смертельных заболеваний человека. Множественные механизмы действия стимулируют выработку биологически активных вторичных метаболитов с использованием бурых водорослей, которые точно усиливают биологическую активность и, таким образом, способствуют развитию производства лекарств в фармацевтической промышленности. В результате эффективное исследование этой популяции бурых водорослей поможет в разработке новых лекарственных молекул, которые можно использовать для лечения многих смертельных заболеваний человека. Множественные механизмы действия стимулируют выработку биологически активных вторичных метаболитов с использованием бурых водорослей, которые точно усиливают биологическую активность и, таким образом, способствуют развитию производства лекарств в фармацевтической промышленности. В результате эффективное исследование этой популяции бурых водорослей поможет в разработке новых лекарственных молекул, которые можно использовать для лечения многих смертельных заболеваний человека.
Авторские права Copyright © 2022 RR Remya et al. Это статья с открытым доступом, распространяемая в соответствии с лицензией Creative Commons Attribution License , которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии надлежащего цитирования оригинальной работы.
