Amino kiseline slične mikosporinu iz morskih resursa
Aug 26, 2022
Molimo kontaktirajteoscar.xiao@wecistanche.comza više informacija
sažetak:U posljednjih 10 godina objavljen je veliki broj publikacija (i redovnih radova i recenzija) o zanimljivim molekulima—— aminokiselina sličnih mikosporinu (MAA). Uprkos značajnom napretku u istraživanju MAA, trenutni pregledi u nedavnim publikacijama koje uključuju istraživanje MAA i dalje trebaju izvještavati. Cilj ovog specijalnog izdanja je da spoji, kao interdisciplinarni pristup, fotohemijske i fotobiološke aspekte, sa naglaskom na nove prirodne resurse za dobijanje MAA algi i zooplanktona, napredak u metodologiji ekstrakcije i hemijsku identifikaciju novih MAA. Konačno, ovo posebno izdanje daje pregled bioaktivnosti MAA uključujući UVR ekran, antioksidans, imunostimulans, faktor rasta, zaštitu DNK, inhibiciju kolagenaze, elastaze i hijaluronidaze, i anti-fotostarenje, između ostalog, i njihovu potencijalnu upotrebu kao nutrakozmeceutskih molekula, oralni i tematski fotoprotektor).
Ključne riječi:antioksidans; hemijska identifikacija;baza podataka o MAA; ekstrakcija; makroalge; HPLC;masena spektroskopija; aminokiseline slične mikosporinu; zooplankton
1. Uvod
Aminokiseline slične mikosporinu (MAA) su molekuli male molekularne težine koji su rastvorljivi u vodi, obogaćeni dušikom i imaju maksimume apsorpcije u UV području (310-365 nm). Idealne su kreme za sunčanje zbog svoje visoke foto- i termostabilnosti, jake UV apsorpcije, disipacije energije kao topline i kratkotrajnog pobuđenog stanja koje izbjegava neželjene fotokemijske reakcije kao formiranje fotoproizvoda. Otkriveni su u cijanobakterijama, mikroalgama, makroalgama (uglavnom u Rhodophyta) i morskim životinjama (gutanjem). Njihova UV apsorpcija, antioksidativni kapacitet i fizičko-hemijske karakteristike daju MAA potencijal da se koriste u aplikacijama za prevenciju i terapijski tretman bolesti povezanih sa proizvodnjom slobodnih radikala i UV zračenjem kod ljudi.
Molimo kliknite ovdje da saznate više
Veliki broj redovnih radova, recenzija i knjiga objavljen je na MAA-ima što ukazuje na interes ne samo na nivou osnovnih istraživanja već i za prijenos novih napretka u kozmetičku industriju [1-11] Kreme za sunčanje na bazi MAA dostupni su na tržištu, koristeći Porphyra-334 i shinorine, ali su ova jedinjenja izdvojena iz jedne jedinstvene vrste roda Porplyra. Schmid et al.[12] razvila kremu koja sadrži liposomalnu porfiru-334 i shinorin komercijalizirana je kao Helioguard 365. Otkrili su da osim visoke aktivnosti protiv starenja, formulacija pokazuje zaštitna svojstva protiv gubitka vitalnosti stanica izazvanog UV-A i oštećenje DNK. Helioguard 365 pokazuje visoku preventivnu efikasnost protiv oštećenja ljudske kože uzrokovanih UV-A zrakama, odnosno, nakon primjene Helioguarda 365 poboljšana je čvrstoća i glatkoća kože u odnosu na netretirane dijelove kože ili kontrolu kreme [13] . Helionori je drugi proizvod koji nudi prirodnu zaštitu od opekotina od sunca, koji sadrži aktivne sastojke MAA, naime, porfiru-334 i shinorin——izvučene iz P umbilicalis. Helionori (2 posto) snažno je sačuvao membranske lipide keratinocita za 139 posto i fibroblaste za 134 posto, kao i nudio maksimalnu zaštitu DNK [14]. Nedavno je još jedan MAA, Palythine, ekstrahiran iz crvene alge Chondrus yendoi, pokazalo se da ima visok fotoprotektivni kapacitet u HaCaT ljudskim keratinocitima nakon testiranja vitalnosti ćelija, oštećenja DNK (nespecifični, ciklobutan pirimidin dimeri i oštećenja izazvana oksidacijom) i promjena ekspresije gena (povezanih s upalom, fotostarenjem i oksidativnim stresom) i antioksidativne aktivnosti [15]. Palythine je ponudio statistički značajnu zaštitu (str<0.005)against all="" end="" points="" tested="" even="" at="" extremely="" low="" concentrations="" (0.3%="" w/v)="" and="" in="" ad-dition="" it="" presents="" potent="" antioxidant="" capacity="" [15].="" thus,="" porphyra-334,="" shinorine="" and="" palythine="" present="" effective="" multifunctional="" photoprotective="" properties="" in="" vitro="" and="" have="" the="" potential="" to="" be="" developed="" as="" a="" natural="" and="" biocompatible="" alternative="" to="" currently="" approved="" uvr="" filters.="" this="" is="" an="" important="" point="" since="" the="" european="" chemicals="" agency="" (echa)is="" concerned="" about="" the="" potential="" adverse="" health="" and="" ecotoxical="" effects="" of="" eight="" of="" sixteen="" commonly="" used="" sunscreen="" filters="" in="" europe.="" the="" environmental="" effects="" assessment="" panel="" (eeap)="" of="" the="" united="" nations="" environment="" program="" has="" expressed="" similar="" concerns.="">cistanche stemSigurnost UV filtera za kreme za sunčanje određena je toksikološkim studijama, kao što su akutna oralna toksičnost, kronična toksičnost, embriofetalna toksičnost, dermalna toksičnost, foto-iritacija i perkutana apsorpcija [16]. Uloženo je mnogo napora da se razviju kreme za sunčanje sa širokim spektrom apsorpcije i bez toksičnosti, što im omogućava da apsorbuju i UV-A i UV-B zračenje, bez potrebe za velikim količinama hemikalija, jer su neke povezane sa alergijskim reakcijama ili fototoksičnost [17]. Određeni UV filteri mogu utjecati na ljudsko zdravlje kao svojstva endokrinog poremećaja [18], prodiranje u kožu [19], niska fotostabilnost, niska biorazgradivost i nedostatak djelotvornosti u zaštiti kože [20]. Postojeći komercijalni UV filteri za anorganske i organske čestice mogu izazvati oštećenja u prirodnom okruženju [21,22]. Hemijska sredstva za zaštitu od sunca nakupljaju se u obalnim i kontinentalnim vodama[23] i mogu uzrokovati brzo potpuno izbjeljivanje tvrdih koralja, čak i pri ekstremno niskim koncentracijama [24]. UV filteri su pronađeni kod beskičmenjaka i riba [21,25,26]Pored toga, Sanchez-Quiles i Tovar-Sanchez[22]pokazali su da nanočestice anorganskog oksida sa UV filterom TiOz, proizvode vodikov peroksid u obalnim vodama, zaključujući da su nanočestice TiOg glavni oksidacijski agens koji ulazi u obalne vode u turističkim područjima s direktnim ekološkim posljedicama na ekosisteme.
Stoga je važno razviti nove materijale kao UV filtere sa većom fotostabilnošću i biorazgradljivošću i bez toksičnih efekata, kako za ljude tako i za cijeli ekosistem. Među ovim kandidatima, MAA su alternativa hemijskim sintetičkim supstancama jer su filteri dobijeni iz prirodnih resursa bez ikakve prijavljene toksičnosti i imaju visoku fotostabilnost i termostabilnost [12,27]. Međutim, oni još uvijek nisu bili široko iskorišteni u komercijalnim razmjerima i dostupno je samo nekoliko proizvoda, kao što su Helioguard 365 i Helionori koji uključuju MAA ekstrahirane iz Porplyra umbilicalis. U budućnosti se očekuje napredak u razvoju novih kozmeceutskih proizvoda koji sadrže MAA dobivene iz drugih morskih resursa, osim P. umbilicalis.
Cistanche može protiv starenja
Ovo specijalno izdanje "Aminokiseline slične mikosporinu iz morskih resursa" predstavlja nekoliko poglavlja o napretku u metodologiji za ekstrakciju i hemijsku identifikaciju MAA iz različitih algi. Potrebno je istražiti nove prirodne resurse koji sadrže visoke sadržaje MAA i specifične kompozicije MAA među pulom poznatih ili novih molekula s najvećim antioksidativnim kapacitetom [8,28-30]. U ovom posebnom broju predstavljeno je nekoliko radova o distribuciji MAA među morskim organizmima kao što su makroalge i zooplankton. Konačno, MAA kao kreme za sunčanje zbog svoje UV fotoprotekcije, antioksidativnih svojstava i svojstava protiv fotostarenja recenzirani su u drugim rukopisima. Ovo specijalno izdanje ima za cilj da doprinese unapređenju istraživanja MAA, dodajući informacije o ovim moćnim fotoprotektivnim supstancama zbog njihovih UV-zaštita, antioksidativnih, DNK zaštitnih, antiinflamatornih i anti-aging svojstava [9,11]2. Metodologija
za ekstrakciju i hemijsku identifikaciju MAA
Postoji nekoliko prijavljenih protokola za ekstrakciju pomoću različitih rastvarača, temperatura i vremena ekstrakcije. Karsten et al. [31] procijenio je učinak rastvarača za ponovno otapanje (100 posto metanola, destilovane vode i HPLC eluenta), nakon sušenja, na efikasnost ekstrakcije MAA koristeći različite HPLC kolone (Synergi C18, Sphereklon C8 i Luna C8). Destilirana voda i HPLC eluent dali su gotovo identične uzorke pikova i sadržaj MAA na C8 i C18 kolonama [31]. Nasuprot tome, primjena metanola koji se široko koristi dovela je do dvostrukih vrhova ili čak do gubitka specifičnih pikova, kao i do snažnog pada ukupnih količina MAA u rasponu od oko 35 posto maksimuma u P. crispa do 80 posto vrijednosti maksimum kod P.umbilicalis [31]. Shodno tome, Karsten et al. [31] sugerirali su da metanol treba izbjegavati kao rastvarač za ponovno otapanje za pripremu HPLC uzorka. Protokol za ekstrakciju i HPLC identifikaciju baziran na C18 koloni Karstena et al.[31] se upoređuje sa protokolima navedenim u tri rada u ovom broju [32-34].
Chaves-Pefia et al.[32], u ovom broju, uporedili su ekstrakciju MAA upotrebom destilovane vode i 20 posto vodenog metanola u četiri vrste Rhodophyta. Za HPLC analizu testirani su različiti rastvarači za ponovno otapanje i C8 i C18 kolone. Porfira-334, šinorin, polieten, palitin-serin, asterina-330 i polifenol su identifikovani pomoću HPLC/ESI-MS. Odvajanje ovih MAA je poboljšano upotrebom C8-kolone i korištenjem metanola kao rastvarača za ponovno otapanje. Što se tiče ukupnih koncentracija MAA, nisu nađene razlike između dva rastvarača, ali su najveće količine MAA uočene direktno ubrizgavanjem u HPLC. Prema ovim rezultatima, destilovana voda bi mogla biti odličan rastvarač za ekstrakciju MAA, kao što su Nishida et al. [33] zaključeno je u ekstrakciji MAA iz Palmaria palmata. Nishida et al.[33] primenjena metoda sukcesivnog ekstrakcije korišćenjem vodene, a zatim metanolne ekstrakcije, a spektrofotometrijske i HPLC analize su pokazale da je prinos MAA 6 h vodene ekstrakcije najveći među ispitivanim uslovima. Ipak, prema Chaves-Pena et al.[32] ponovno otapanje u čistom metanolu nakon sušenja bila je najbolja opcija za kvalitativnu analizu najčešćih MAA u crvenim algama za razliku od onih koje su objavili Karsteen et al. [31].prednosti i nuspojave cistanche tubulosaEfikasna ekstrakcija u vodi ima prednosti za korištenje MAA u prirodnoj kozmetici jer je metanol reaktivan što nije dozvoljeno u prirodnoj kozmetici.
S druge strane, Orfanoudaki et al. [34]identificirao je sedam aminokiselina sličnih mikosporinu i dva betaina izolovana su iz sakupljene crvene alge Bostrychia scor{2}pioides u slanoj močvari korištenjem različitih hromatografskih tehnika. Njihove strukture su potvrđene spektroskopijom nuklearne magnetne rezonance (NMR) i masenom spektrometrijom visoke rezolucije (HRMS). Šest MAA i jedan betain su hemijski okarakterisani kao novi prirodni proizvodi. Identifikacija novih MAA otvara priliku za istraživanje njihove bioaktivnosti, posebno za procjenu njihovih antioksidativnih i protuupalnih svojstava. Or-fanoudaki et al. [34] predstavili su apsolutnu konfiguraciju 14 aminokiselina sličnih mikosporinu ekstrahovanih iz Bostrychia scorpiodes, utvrđenu kombinovanjem rezultata eksperimenata elektronskog kružnog dihroizma (ECD) i onih napredne Marfeyeve metode korišćenjem LC-MS. Kristalna struktura shinorin hidrata određena je ispitivanjem difrakcije rendgenskih zraka na jednom kristalu, a apsolutna konfiguracija utvrđena je na osnovu efekata anomalne disperzije.
3. Raspodjela MAA među morskim organizmima: makroalge i zooplankton Mnoge studije koje procjenjuju koncentraciju i sastav MAA su realizovane na vrstama iz različitih sredina širom svijeta – od tropskih do polarnih regija. Ovaj skrining je napor usmjeren na pronalaženje vrsta s visokim koncentracijama MAA i visokom i održivom proizvodnjom biomase tijekom cijele godine. Kako bi se pronašli novi prirodni molekuli sa fotoprotektivnim svojstvima, veoma je važno izvršiti skrining iz prirodnih resursa kao što je rađeno posljednjih godina[34-41].ekstrakt cistanche tubulosaU skrining studijama moguće je identifikovati vrste sa najvećim sadržajem MAA. Na sadržaj MAA u algama koje rastu u priobalnim vodama uglavnom utječu iradijacija i nivoi nitrata, te stoga na nivo MAA utječe sezona[40,41].
Na čileanskoj obali (umjerena regija), najveće koncentracije MAA su postignute u vrstama iz roda Porphyra (2 do 10 mg g-1 DW), a zatim Bostrychia (4,7 mg g DW) [35]. Hoyer et al. [36] izvijestio je da su od 17 proučavanih vrsta crvenih algi endemične za Antarktik vrste Porphyra endivifolium (9,7 mg gI DW), Bangia atropurpurea (5,8 mg g7 DW) i Curdiea racowitzae (4,9 mg g{16}} DW) pokazale najviše Koncentracija MAA. Na evropskoj obali najveća koncentracija MAA otkrivena je u Gymnogongrus devoniensis (1.5-7,8 mg gl DW), zatim Ceramium nodulosum (7,6 mg g-2 DW), Bangia atropurpurea (5 .5-7 mg g-1 DW) i Gelidium pusillum (5-6.5 mg g-1 DW)[37,38]. Karsten i ostali.[39] proučavao koncentraciju MAA iz 18 vrsta crvenih algi, izvještavajući o najvišoj koncentraciji MAA u Bostrychia radicans (2.9-12 mg g-1 DW), Stictosiphonia arbuscula (6 mg g-1 dw), Caloglossa leprieurii (2-6,5 mg-g-2 DW) i Catenella impudica (5,2 mg g DW). U obalnim vodama Brazila, najveći sadržaj MAA pronađen je u Pyropia acanthoma (5,9 mg gl DW), zatim Hypnea musciformis (3 mg g-1 DW) i Spyridia clavata (2 mg gI DW)[40]. Najveći sadržaj nije postignut u područjima sa najvećom dozom UVR (tropska područja), ali u obalnim vodama suptropskih područja obogaćenih nitratima zbog obalnog uzdizanja[40].Schneider et al.[41) izvijestili su o najvišim nivoima MAA u algama. sakupljeno sa mediteranskih i atlantskih obala južnog Iberijskog poluostrva u Porplyra umbilicalis (11 mg g{56}} DW), Bangia atroporpurea (5,5 mg gl DW), Felmanophycus rayssiae i Porplym leucosticta (4 mg g{61}} DW{61} ) Dakle, najveći sadržaj MAA nalazi se u vrstama reda Bangiales iz roda Pophyra, Pyropia ili Bangia.
Sun et al. [42], u ovom broju, predstavili su bazu podataka MAA makroalgi (http://210.28.32.218/MAAs/) zasnovanu na softveru CiteSpace koji se koristi na Web of Science, Springeru, Google Scholar-u i kineskoj nacionalnoj infrastrukturi znanja (CNKI ). Ranije, Sinha et al. [43] predstavili su bazu podataka mikosporina i MAA u gljivama, cijanobakterijama, fitoplanktonu, makroalgama i životinjama. Studija Sun et al.[42] sumirao i analizirao radove koji se odnose na MAA u morskim makroalgama u posljednjih 30 godina (190-2019) uglavnom fokusirane na distribuciju, sadržaj i tipove MAA. Potvrđeno je da 572 vrste morskih makroalgi sadrže MAA, odnosno 45 vrsta Chlorophytes, 41 vrsta Phaeophytes i 486 vrsta Rhodophytes, te da su pripadale 28 redova Otvorena online baza podataka za brzo pronalaženje MAA u 501 vrsti morskih predstavljene su makroalge. U svakom slučaju, identifikacija je prijavljena korištenjem različitih tehnika kao što su HPLS, ESI-masena spektroskopija i RNM. Korišćenjem samo HPLC-a nije moguće dobiti preciznu identifikaciju, stoga je neophodno u studije hemijske identifikacije uključiti podatke ESI-masene spektroskopije ili RNM. S druge strane, MAA standardi prečišćavanjem MAA iz prirodnog resursa koji će se koristiti u hemijskoj identifikaciji još uvijek nisu dostupni na tržištu. Stoga je potrebno u budućnosti ojačati istraživanja u pripremi i prečišćavanju standarda pročišćenih MAA od morskih makroalgi kako bi se unaprijedilo u kvantificiranju različitih MAA iz prirodnih resursa.
Među organizmima sa MAA, Hylander [44] pokazuje u ovom specijalnom izdanju da se koncentracije MAA zooplanktona kreću od nedetektivnih do ~13mg DW-l. Posljednji, je blizu najvišeg nivoa pronađenog u makroalgi (red Bangiales). Kopepodi, rotiferi i kril pokazuju veliki raspon koncentracija, dok kladoceri uglavnom ne sadrže MAA. Predloženi mehanizmi za dobivanje MAA su putem uzimanja hrane bogate MAA ili putem simbiotskih bakterija koje zooplankton opskrbljuju MAA. Izloženost UV zračenju povećava koncentracije u zooplanktonu, kako povećanjem koncentracije MAA u hrani fitoplanktona, tako i zbog aktivne akumulacije. Na sadržaj MAA u zooplanktonu utiče godišnja doba, uglavnom je nizak tokom zime i viši ljeti. Čini se da ženke talože MAA u svojim jajima. Osim toga, MAA u zooplanktonu se povećavaju s visinom, ali samo do određene visine, što sugerira određena ograničenja za unos. Takođe se pokazalo da visoka koncentracija MAA dovodi do nižeg mortaliteta izazvanog UV zračenjem i sveukupne povećane kondicije.
U ovom broju Jofre et al. [45] pokazuje da sadržaj i udio sastava MAA varira ovisno o vrsti i nekoliko faktora okoline. Njegov veliki kozmetički interes zahtijeva istraživanje sadržaja i sastava. Spektrofotometrijskim i HPLC tehnikama procijenjen je sadržaj i sastav MAA interplimnih subantarktičkih crvenih makroalgi Iridaea tuberculosa, Nothogenia fastigiate i Corallina officinalis. I sadržaj i sastav MAA-ova varirali su sezonski. I. tuberculosa je pokazala najveće vrijednosti MAA (iznad 1 mg gl osušene mase), porfira{6}} je bila glavna komponenta u N. fastigiata, dok je I. tuberculosa i C. officinalis pokazuju visok sadržaj palitina. Zanimljivo je da ova dva MAA, porfira-334 i palitin, imaju visoku antioksidativnu aktivnost [8,15,29]. Neki uzorci su takođe analizirani korišćenjem masene spektrometrije visoke rezolucije u kombinaciji sa HPLC-ESI-MS kako bi se preciznije identifikovao sastav MAA. HPLC-ESI-MS nam je omogućio da identifikujemo sedam različitih MAA. Dva su prvi put zabilježena u morskim algama iz subantarktičkih područja (mikosporin-glutaminska kiselina i palitin-serin), a zabilježeno je i osmo jedinjenje koje apsorbira UV zrake koje ostaje neidentificirano [45].
Konačno, Vega et al.[46] predstavlja skrining među crvenim makroalgama i cijanobakterijama aminokiselina sličnih mikosporinu i drugih supstanci za UV ekran kao što su Polifenoli i Stoneman (prisutno samo u cijanobakterijama). Najveće koncentracije MAA pronađene su u crvenim makroalgama Porphyra umbilicalis, Gelidium corneum i Osmundea pinnatifida te u cijanobakteriji Lymgbya sp. Scytonema sp. je bila jedinstvena vrsta koja je pokazala MAA sa maksimalnom apsorpcijom u UV-B opsegu, koja je po prvi put identifikovana kao mikosporin-glutaminil kod ove vrste [46]. Voda je bila najbolji rastvarač za ekstrakciju za MAA i fenole, dok je citonemin bio bolje ekstrahovan u manje polarnom otapalu kao što je etanol:aH20(4:1) i uočene su pozitivne korelacije antioksidativne aktivnosti sa različitim molekulima, posebno polifenolima, biliproteinima i MAA. [46]. Hidroetanolni ekstrakti nekih vrsta ugrađeni u kreme pokazali su povećanje fotoprotektivnog kapaciteta u odnosu na baznu kremu.cistanche tubulosa recenzijeTako se ekstrakti crvenih makroalga i cijanobakterija mogu koristiti kao prirodni foto zaštitnici poboljšavajući raznolikost krema za sunčanje. Kombinacija različitih ekstrakata obogaćenih Stoneman-om i MAA-ima mogla bi biti korisna za dizajniranje širokopojasnih prirodnih kozmetičkih proizvoda sa UV ekranom [46]. MAA kao kreme za sunčanje: antioksidativna svojstva i svojstva protiv fotostarenja
U posljednjem dijelu specijalnog izdanja, Nishida et al. [3] analizirali su MAA u sezonskoj studiji i otkrili da je i najveći antioksidativni kapacitet, određen ABTS metodama, i sadržaj MAA postignut u februaru (6,93 umol gl DW). Najveća aktivnost čišćenja i redukciona moć pronađena je u alkalnim uslovima (pH 8.0).
Orfanoudaki et al. [30] su pokazali da MAA ekstrahirani iz crvene alge Bostrychia scorpioid pokazuju svojstva protiv starenja i zacjeljivanja rana provođenjem tri različita testa, naime inhibicija kolagenaze, inhibicija krajnjih produkata napredne glikacije (AGEs) i test zacjeljivanja rana (ogrebotina test).
Konačno, Rosić[47] je predstavio pregled MAA kao molekula koji se koriste za zaštitu kože. Čisteći ROS, MAA igraju antioksidativnu ulogu i potiskuju oštećenja uzrokovana singletnim kisikom. Prema Rosiću[47], trenutno se u prirodi nalazi preko 30 različitih MAA koje se odlikuju različitim antioksidativnim i UV. apsorbujućih kapaciteta. U zavisnosti od uslova okoline i nivoa UV zračenja, regulacija gena iz biosintetskog puta MAA nagore ili nadole dovodi do sezonskih fluktuacija sadržaja MAA u vodenim vrstama.cistanche UKPregled Rosica[46] daje sažetak antioksidativnih karakteristika MAA i osobina koje apsorbuju UV zrake, uključujući gene uključene u biosintezu MAA. Konkretno, procjenjuju se regulatorni mehanizmi uključeni u puteve MAA za kontroliranu sintezu MAA, unapređujući potencijalnu upotrebu MAA u zaštiti ljudske kože. Aktivno istraživanje aminokiselina sličnih mikosporinu donijet će više saznanja o korisnosti u UV fotozaštiti kao kreme za sunčanje, aktivatori proliferacije stanica, agensi protiv raka, molekule protiv fotostarenja, stimulatori obnavljanja kože i funkcionalni sastojci UV zaštitnih biomaterijala. [48]
Ovaj članak je preuzet iz Mar. Drugs 2021, 19, 18. https://doi.org/10.3390/md19010018 https://www.mdpi.com/journal/marinedrugs
