7 Minutės
Skrudinta kava gali būti daugiau nei ryto stimuliatorius: tyrėjai aptiko anksčiau nežinomų molekulių grupę skrudintoje Coffea arabica, kurios stipriai slopina svarbų gliukozės reguliavimui susijusį fermentą. Pasitelkę tikslingą, veikla grįstą atrankos srautą (activity-guided screening), mokslininkai išskyrė kelis diterpeninius esterus, turinčius perspektyvią α-glukozidazės slopinimo aktyvumą — tai atradimas, galintis paveikti ateities funkcinio maisto, maisto papildų (nutraceuticals) ir antidiabetinių ingredientų vystymą, skirtą 2 tipo cukrinio diabeto valdymui ir postprandialinės gliukozės kontrolei.
Kaip mokslininkai iššifravo kavos cheminę sudėtingumą
Maisto matricos, tokios kaip skrudinta kava, yra cheminiu požiūriu itin sudėtingos — skrudinimo metu susidaro tūkstančiai junginių, iš kurių dauguma lieka nekarakterizuoti. Norėdami efektyviai identifikuoti bioaktyvias molekules, Minghua Qiu vadovaujama grupė Kunmingo botaniniame institute (Kunming Institute of Botany) sujungė klasikines frakcionavimo technikas su moderniais spektroskopiniais ir masių spektrometrijos metodais. Vietoje to, kad būtų testuojami eilė po eilės nefiltruoti ekstraktai, tyrėjai taikė specializuotą veikla grįstą darbo eigą, sukurtoje tam, kad atskleistų tiek gausius, tiek ir itin mažos koncentracijos α-glukozidazės inhibitorių junginius — fermentą, atsakingą už paskutinius angliavandenių skaidymo žingsnius ir gliukozės įsisavinimo tarpinę kontrolę.
Žingsnis po žingsnio, veiklos orientuota strategija
- Frakcionavimas: Sudėtingas skrudintos kavos ekstraktas buvo suskaidytas į 19 frakcijų naudojant silikagelio chromatografiją, taip supaprastinant mišinio komponentų analizę ir leidžiant atskirti chemines klases.
- NMR atranka: Kiekvienai frakcijai užfiksuoti 1H NMR spektrai padėjo žemėlapyti vandenilį turinčius struktūrinius bruožus; šie spektriniai modeliai buvo koreliuojami su α-glukozidazės slopinimo testais, siekiant identifikuoti bioaktyvias sritis.
- Duomenų vizualizavimas: Klasterinis šilumos žemėlapis (cluster heatmap) sugrupavo frakcijas, kurios turėjo panašią cheminę „pirštų atspaudą" ir biologinį aktyvumą, nukreipdamas tyrėjų dėmesį į perspektyviausias mėginių grupes.
- Tikslinė valyba: Pasirodžiusios aktyvios frakcijos buvo toliau valomos semipreparatyvine HPLC technika ir charakterizuotos taikant 13C-DEPT bei papildomus 1D/2D NMR eksperimentus, kad būtų patikslintos struktūrinės detalės.
- Mažos koncentracijos atradimas: LC-MS/MS analizė, susieta su molekuliniu tinklaveikos (molecular networking) įrankiais, tokiais kaip GNPS ir Cytoscape, atskleidė susijusias molekules, esančias labai mažame kiekyje ir kurias įprasta NMR atranka gali praleisti.
Šis integruotas dereplikacijos (dereplication) metodas leido sumažinti tirpiklių naudojimą, sutrumpinti analizės laiką ir tuo pačiu padidinti tikimybę atrasti naujus bioaktyvius metabolitus cheminiu požiūriu sudėtingame maisto produkte, tokiame kaip kava. Toks kombinacinis požiūris — klasikinės chromatografijos ir aukštos raiškos masių spektrometrijos sujungimas — yra efektyvus būdas optimizuoti išteklių panaudojimą ir identifikuoti tiek pagrindines, tiek retas molekules, svarbias sveikatai.
Ką jie rado: nauji diterpenų esteriai, slopinantys α-glukozidazę
Tyrėjų komanda išskyrė ir struktūriškai apibūdino tris anksčiau nežinomus diterpeninius esterus, kuriems suteikė vardus caffaldehydes A, B ir C. Aukštos skiriamosios gebos masių spektrometrija (HRESIMS) kartu su išsamiais 1D ir 2D NMR metodais leido nustatyti diterpeninį skeletą ir atskleisti skirtumus prie prijungtų riebalinių rūgščių grandinių: pirmojo junginio prijungta palmitinė (palmitic) rūgštis, antrojo — stearino (stearic) rūgštis, o trečiojo — arachidinė (arachidic) rūgštis.
Visi trys junginiai parodė in vitro α-glukozidazės inhibiciją, su pusiau maksimalios slopinimo koncentracijos (IC50) vertėmis, maždaug 45,07 μM, 24,40 μM ir 17,50 μM atitinkamai. Svarbu pažymėti, kad šios veikimo stiprybės palyginamos arba net geresnės nei acarbose (akarbozės), klinikinio α-glukozidazės inhibitoriaus, kuris vartojamas siekiant sumažinti po valgio kylantį gliukozės kiekį pacientams, sergantiems 2 tipo cukriniu diabetu. Tokie rezultatai rodo, kad kavos dariniai gali būti reikšmingas natūralių α-glukozidazės inhibitorių šaltinis, tinkamas tolimesnei farmakologinei ar maisto technologinei plėtrai.
Kad užfiksuotų dar mažesnės koncentracijos diterpenus, tyrėjai taikė LC-MS/MS kartu su molekuline tinklaveika. Tai atskleidė dar tris susijusius esterinius junginius (žymėtus kaip junginiai 4–6), kurie skiriasi prijungtų riebalinių rūgščių pobūdžiu — tarp jų aptikti junginiai su margarino tipo (margaric), oktadeceno bei nonadecano rūgštimis. Šios mažo santykinio kiekio molekulės nebuvo randamos viešose cheminėse duomenų bazėse, kas sustiprina jų naujumą ir mokslinę vertę bei rodo, jog skrudintos kavos cheminė įvairovė gali slepti dar neaprašytus bioaktyvius junginius.
Kodėl tai svarbu diabetui ir funkcinio maisto inovacijoms
α-Glukozidazės slopinimas sulėtina sudėtingų angliavandenių virsmą į absorbuojamas paprastas cukraus formas, taip sušvelnindamas greitą gliukozės koncentracijos padidėjimą kraujyje po valgio. Natūralių α-glukozidazės inhibitorių radimas kasdieniame maiste, tokiame kaip kava, atveria kelias svarbias galimybes tiek mitybos, tiek farmacijos bei maisto pramonės srityse:
- Mitybos pagrindu paremtos intervencijos: Koncentruoti kavos ekstraktai arba izoliuoti diterpenų esteriai galėtų būti vystyti kaip funkciniai ingredientai arba maisto papildai (nutraceuticals), padedantys valdyti postprandialinę glikemiją ir papildantys esamas dietines strategijas, skirtas 2 tipo cukrinio diabeto prevencijai ir valdymui.
- Analitiniai pasiekimai: Pateiktas dereplikacijos darbo srautas yra modelis greitam sudėtingų maisto produktų atrankiniam tyrimui, skirtam naujų bioaktyvių medžiagų atradimui — nuo antioksidantų iki fermentų inhibitorių — taip pagreitindamas sveikatai reikšmingų junginių identifikaciją.
Vis dėlto reikia pabrėžti, kad in vitro fermentų slopinimo duomenys yra tik pirminis žingsnis. Pagrindiniai klausimai, kuriuos būtina išspręsti prieš praktinį pritaikymą: ar šios molekulės yra gerai įsisavinamos per burną, ar jos išlieka aktyvios paruoštoje (nurinktų ar užplikytų) kavoje, kaip jos metabolizuojamos organizme ir kokia yra jų sauga bei toksikologinis profilis ilgalaikėje vartojimo perspektyvoje?
Ekspertės įžvalga
"Klasikinio frakcionavimo ir modernios molekulinės tinklaveikos derinys yra galinga strategija kasdienių maisto produktų sveikatai reikšmingų cheminių komponentų paieškai," sako Dr. Laura Chen, maisto chemijos tyrėja (fiktyvi), kuri tiria bioaktyvius metabolitus augalinės kilmės produktuose. "Tirti diterpenų esterus, kurie in vitro prilygsta ar net lenkia klinikinį α-glukozidazės inhibitorių, yra įdomu; tačiau reikia kruopščių farmacokinetikos ir toksikologijos tyrimų, kad būtų įvertintas tikrasis praktinis potencialas. Vis dėlto šis darbas pabrėžia faktą, jog įprasti maisto produktai gali slėpti struktūriškai įvairesnes ir biologiniu požiūriu reikšmingas molekules."
Kiti žingsniai ir praktiniai iššūkiai
Tiesioginis šių atradimų vertimas į visuomenės sveikatos priemones reikalauja kelių svarbių etapų: išsamių toksikologinių tyrimų, biologinio aktyvumo ir saugumo patvirtinimo gyvūnų modeliuose bei žmogaus klinikiniuose tyrimuose, taip pat mastelio didinimo metodų sukūrimo aktyvių esterinių junginių išgavimui arba tvariam jų sintezavimui. Be to, reglamentavimo keliai funkcinio maisto ingredientams ir maisto papildams reikalauja patikimų saugos, stabilumo ir veiksmingumo duomenų, kad būtų galima gauti rinkos leidimus ir atitikti maisto saugos normas.
Už diabeto ribų, čia taikytas darbo srautas yra plačiai pritaikomas: tyrėjai gali adaptuoti metodiką kitų skrudintų ar fermentuotų maisto produktų, prieskonių ir botanikų tyrimams, siekdami atskleisti metabolitus su antioksidantiniu, neuroprotekciniu ar priešuždegiminiu aktyvumu. Kai analitinės platformos, tokios kaip LC-MS/MS, GNPS molekulinė tinklaveika ir aukšto lauko NMR, taps prieinamesnės laboratorijoms, galima tikėtis greitesnių atradimų ciklų ir turtingesnio maisto bioaktyvumo žemėlapio.
Kol kas šie rezultatai prideda naują sluoksnį prie mūsų supratimo apie kavos cheminę įvairovę ir nukreipia dėmesį į kavos kilmės molekules kaip potencialų fermentus taikantį šaltinį, svarbų gliukozės kontrolei ir antidiabetinės strategijoms. Tolimesni tyrimai, apimantys cheminę optimizaciją, farmakokinetiką ir saugumo vertinimą, yra būtini, kad ši perspektyva galėtų peraugti į realius funkcinio maisto produktus ar maisto papildus, skirtus gliukozės kontrolės palaikymui.
Šaltinis: scitechdaily
Palikite komentarą