특성화 및

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 11399(2023) 이 기사 인용

223 액세스

1 알트메트릭

측정항목 세부정보

이집트 후르가다 홍해의 Sahl Hashish에서 수집한 해양 퇴적물에서 4종의 박테리아 분리물을 얻었습니다. 이 연구는 유망한 항알츠하이머 천연 다당류를 검색하기 위해 고안되었습니다. 따라서 4개의 분리주를 엑소폴리사카라이드(EPS) 생산 및 아세틸콜린에스테라제 억제에 대해 스크리닝했습니다. 분리주 S16은 가장 높은 EPS 수율(7.51g/L)과 아세틸콜린에스테라제 억제를 제공했습니다. 16S rRNA 유전자 서열분석을 이용하여 형태학적, 유전학적으로 Bacillus maritimus로 동정하였다. S16 엑소폴리사카라이드(BMEPS)의 물리화학적 분석이 추정되었으며, 이는 우론산과 황산염(각각 24.7% 및 18.3%)의 존재를 나타냅니다. HPLC 분석 결과, 만누론산, 글루쿠론산, 글루코스 및 만노스가 각각 0.8:1.0:2.8:2.3의 몰비로 존재하는 것으로 나타났습니다. 게다가, FT-IR은 풍부한 β-배열을 밝혀냈습니다. GPC는 평균 분자량(Mw)을 4.31 × 104 g/mol로 추정했습니다. BMEPS는 다음의 배양 기간 동안 AChE(IC50; 691.77 ± 8.65 μg/ml), BChE(IC50; 288.27 ± 10.50 μg/ml) 및 티로시나제(IC50; 3.34 ± 0.09, 14.00 ± 0.14 및 22.96 ± 1.23 μg/ml)를 억제했습니다. 10분, 20분, 40분). 또한 COX-1보다는 COX-2에 대한 선택적 항염증 작용도 입증되었습니다. 더욱이, BMEPS는 자유 라디칼 및 산소 반응성 종(ROS) 제거제, 금속 킬레이트제, 환원제 및 지질 과산화 억제제로서 항산화 능력을 나타냈습니다. 이러한 활동은 독특한 화학적 구성으로 인해 발생합니다. 이번 연구 결과는 BMEPS가 체외 모델에서 유망한 항질병 알츠하이머(AD) 물질로 간주될 수 있음을 나타내며, 이는 대체 알츠하이머 치료법 발견에 대한 고급 생체 내 연구에 적합한 자격을 갖습니다.

세계에서 가장 널리 퍼진 유기물질은 다당류입니다1. 다당류는 인간의 광범위한 생리적 기능에 참여하는 일반적인 생물학적 거대분자입니다. 이는 면역 기능, 혈압, 혈당 및 혈액 순환 조절을 포함하여 광범위한 생물학적 기능을 수행합니다1. 산업용 다당류는 식물, 동물, 조류 및 미생물에서 추출되는 경우가 많습니다. 미생물은 EPS2라는 수용성 또는 불용성 고분자를 분비합니다. 또한, 미생물은 모든 다당류 제공자 사이에서 재현성이 높은 구조로 간주되어 엄격하게 규제되는 반면, 식물 및 동물 공급원에서 생산된 EPS(외다당류) 구조는 기후, 환경 및 사료 환경의 영향을 받습니다. 주로 해양 환경은 지구 생태계의 생존을 위한 필수 기능을 위해 다양한 박테리아 개체군이 필요한 규모가 크고 독특한 환경을 구성합니다. 반면, EPS는 독특한 물리적, 유변학적 특성으로 인해 식품 산업에서 점성화제, 안정화제, 겔화제 또는 유화제로 자주 활용됩니다2. 미생물 다당류는 생물 응집제, 생물 흡수제, 중금속 제거 및 약물 전달제3와 같은 새로운 대상에 통합됩니다. 또한 항종양, 항바이러스, 면역 자극 및 항염증 작용은 EPS의 생물학적 효과 중 하나입니다4. 미생물 중에는 바실러스 수액(Bacillus sap)이 있다. 균주는 levan, β-(1,3)-glucan5, 해양 B. amyloliquefaciens 3MS 20176의 산성 EPS, Bacillus sp.의 산성 EPS와 같은 다양한 유형의 EPS를 생산합니다. NRC57. 일부 Bacillus EPS는 탁월한 유화, 응집, 중금속 제거 또는 약효 특성을 보여주었습니다5.

AD는 만성 신경변성 관련 장애입니다8. 현재 약 ≃ 5천만 명이 AD 진단을 받고 있으며, 2050년에는 이 수치가 1억 3천만 명을 넘어설 것으로 예상됩니다9. 여러 중요한 생리적 작용과 관련된 이상은 콜린성 독성, 아밀로이드 축적, 금속 이온 독성, 타우 독성, 생체분자 손상, 산화 스트레스, 면역 분노, 신경 혈관 독성, 칼슘 이온 항상성 장애, 림프 기능 장애를 포함하는 다차원 독성의 원인입니다. 미토콘드리아 기능 장애, α-시누클레인 매개 독성, 시냅스 기능 장애, 막 독성, 세포사멸 기능 장애, 텔로머라제 활성 저하, 비정상적인 번역 후 변형, 미생물 불균형 및 감염, 고혈당증, 소포체 스트레스, 고콜레스테롤혈증, 자가포식 기능 장애, 유전적 위험 및 인슐린 저항성과 당뇨병10. CNS(중추신경계)에서는 정상적인 조건에서 금속 이온(CuII, ZnII 및 FeIII)이 효소의 보조 인자 역할을 하며 미토콘드리아 및 신경 기능을 전달합니다11. 반대로, ZnII, CuII 및 FeII는 Aβ와 조화를 이루어 아밀로이드 축적 및 금속 의존성 플라크 형성을 가속화합니다. Aβ-Cu 및 Aβ-Fe 복합체는 과잉 반응성 중간종(RIS)의 생성을 유도합니다. RIS는 산화 스트레스와 신경 염증을 유발하는 중요한 구성 요소입니다8. 따라서 금속 킬레이터 물질을 발견하는 것은 유망한 치료 접근법입니다. RIS(과산화물 라디칼, 과산화수소, 하이드록실 라디칼, 산화질소, 과산화질산염 및 차아염소산)의 과잉 생산은 지질과 단백질을 손상시켜 신경 세포 사멸을 초래하는 심각한 산화 스트레스를 조장합니다. AD 뇌 조직은 과도한 RIS 수준으로 인해 상당한 고통을 받습니다8. 산화환원 활성 금속 이온(CuII 및 FeIII)은 Aβ 펩타이드를 포착하고 올리고머 종을 안정화하며 저장소 역할을 하여 과도한 RIS12를 생성합니다. 따라서 산화 스트레스는 AD 진행의 기본이자 AD 치료의 잠재적 목표입니다. 신경 원형질막에는 4-hydroxynonenal13과 같은 신경독성 성분을 유도하는 RIS에 의한 과산화에 민감한 다량의 다중불포화지방산이 포함되어 있습니다. AD 뇌 조직에서 산화 스트레스 매개 콜레스테롤 마이크로도메인은 지질막의 항산화 비타민 E를 억제합니다. 이전 설명에 따르면 산화 스트레스는 AD와 관련된 세포 기능 장애의 핵심 단계입니다. 동시에, 유기체로부터 얻은 많은 다당류는 i) 금속 이온 포획(CuII, ZnII 및 FeIII) 포획; ii) ROS 및 RNS 생산의 억제; iii) 과산화로부터 지질을 보호하고; 및 iv) 자유 라디칼의 중화. 예를 들어 Adansonia digitata14의 EPS, Novel Bacillus sp.의 EPS. M315, paenibacillus lactes NRC116의 EPS, B. amyloliquefaciens 3MS 20176의 EPS 및 Bacillus sp. NRC57. 반면, 콜린성 뉴런은 기억, 주의력, 반응, 감각 정보 처리 등 다양한 인지 과정에서 중요한 역할을 합니다. 콜린성 뉴런의 손상은 콜린성 독성과 관련이 있습니다. 따라서 콜린성 신경전달의 개선은 AD10의 초기 단계에서 인지 및 행동 장애의 대증 치료의 주요 접근법으로 남아 있습니다. 시냅스 틈에 아세틸콜린에스테라제(AChE)가 존재하면 아세틸콜린은 콜린과 아세트산으로 가수분해됩니다. 콜린 아세틸트랜스퍼라제(ChAT)와 AChE 효소는 ACh 합성과 분해를 조절합니다10. AD 환자에서 ChAT 활동의 결함이나 AChE의 과잉 활동은 피질, 해마 및 편도체의 시냅스 틈에서 ACh 함량의 고려된 감소를 촉발합니다. 따라서 콜린성 신경 기형을 복구하는 것은 AD 환자의 인지 장애를 개선하기 위한 목표입니다. 따라서 AChE 억제제는 뇌 ACh 가수분해를 방지하여 뇌 ACh 농도를 높이고 뇌 콜린성 신경전달 결핍을 개선합니다. Achromobacter Piechaudii NRC217의 EPS, Isochrysis Galbana 및 Nannoclopsis oculate18의 EPS, 버섯의 다당류19와 같은 유기체의 많은 다당류에는 AChE 억제 효과가 있습니다.

glucuronic acid > galactouronic acid38. The fourth axis, molecular weight has a strong effect on antioxidant capacities, where low molecular weight polysaccharide is superior to molecules with high masses. PS with low molecular weight has potent reducing power to neutralize the free radicals. Xing et al.39 demonstrated that chitosan that has a low molecular weight (9 kDa) exhibited O2− scavenger efficacy better than chitosan with a high molecular weight (760 kDa). Additionally, Rice polysaccharides, with low molecular weights, have promising reducing power, metal chelation, and free radicals scavenging abilities. The fifth axis is attached function groups, sulfated low molecular weight polysaccharides such as Ulva pertusa polysaccharides have better antioxidant abilities than the sulfated polysaccharide with high molecular weight PS40. Finally, sulfate groups increased the ability of sulfated polysaccharides as free radicals’ scavengers, metal chelators, and inhibition of lipid peroxidation formation38. High sulfate-content polysaccharides were more effective than the low ones41. Scavenging free radicals of materials is via electron transfer or hydrogen donates from the antioxidant materials to this radical to be a stable form24. The PS can donate hydrogen atoms because hydrogen bonds have low dissociation energies. Polysaccharide hydrogen bonds are weak because of the position of the sulfur in the sulfated polysaccharides. Also, sulfate groups of sulfated PS trapped free radicals electrostatically42. The sixth axis is pH, the antioxidant abilities of acidic low molecular weight polysaccharides are better than acidic high molecular weight polysaccharides43. According to the structure–activity relationship mentioned before, it could be suggested that the antioxidant properties of BMEPS could be associated with its low molecular weight (4.31 × 104 g/mol), uronic acids (24.7%), sulfate (18.3%), monosaccharaides composition; mannuronic acid, glucouronic acid, glucose and mannose in a molar ratio of 0.8:1.0:2.8:2.3, respectively./p>

소식