Artyku³ przegl¹dowy Review
Naturalne polisacharydy oraz glikopeptydy izolowa-ne ze ciany komórkowej dro¿d¿y, takie jak â-glukan i mannoproteiny, wykazuj¹ szereg po¿ytecznych w³a-ciwoci w organizmie zwierz¹t i ludzi. Proponowane s¹ dlatego jako suplementy diety. Przede wszystkim podkrela siê ich rolê w stymulacji odpowiedzi immu-nologicznej organizmu. Z takiej aktywnoci wynika m.in. dzia³anie przeciwdrobnoustrojowe â-glukanów i mannoprotein dro¿d¿y, aktywuj¹cych uk³ad odpor-nociowy do zwalczania obcych komórek. Z drugiej strony, ich aktywnoæ przeciwdrobnoustrojowa mo¿e polegaæ na fizycznym wi¹zaniu patogenów. Prozdro-wotne oddzia³ywanie sk³adników ciany komórkowej dro¿d¿y opiera siê ponadto na wi¹zaniu szkodliwych substancji chemicznych, co ogranicza ich cytotoksycz-noæ. Artyku³ jest przegl¹dem literatury traktuj¹cym o przedstawionych w tytule w³aciwociach sk³adni-ków ciany komórkowej dro¿d¿y.
Budowa ciany komórkowej dro¿d¿y
ciana komórkowa dro¿d¿y stanowi blisko 30% suchej masy komórki. Jest struktur¹ dwuwarstwow¹ (ryc. 1). Buduj¹ j¹ g³ównie polisacharydy, wród któ-rych dominuj¹ â-glukany (ok. 60% suchej masy ko-mórki). Wród â-glukanów dro¿d¿y wyró¿nia siê dwa typy polimerów, co uzale¿nione jest od miejsca two-rzenia wi¹zania glikozydowego miêdzy cz¹steczkami â-D-glukopiranozy. Wyró¿niamy zatem glukany nie-rozpuszczalne w zasadach, tj. â(1,3)-glukany oraz
roz-puszczalne w kwasach, a nierozroz-puszczalne w zasadach â(1,6)-glukany. Budowa przestrzenna cz¹steczki D-glukanów wykazuje strukturê trójwymiarow¹ z na-przemiennie wystêpuj¹cymi regionami w formie przy-padkowego zwoju, pojedynczej spirali oraz spirali potrójnej (11). Stwierdzono, ¿e d³ugo³añcuchowe â(1,3)-glukany, zbudowane z ok. 1500 podjednostek â-D-glukopiranozy, to ok. 85% sk³adników ciany komórkowej dro¿d¿y. Z kolei â(1,6)-glukany s¹ poli-merami zbudowanymi z ok. 150 podjednostek gluko-zy, wystêpuj¹cymi w strukturze ciany komórkowej w blisko 15%. Odpowiedzialne s¹ za tworzenie po³¹-czeñ kowalencyjnych miêdzy â(1,3)-glukanami, man-noproteinami oraz chityn¹, wp³ywaj¹c tym samym na integralnoæ ciany komórkowej dro¿d¿y (1, 7). Sto-pieñ rozga³êzienia â(1,3)-glukanów jest cech¹ gatun-kow¹ dro¿d¿y. Zale¿y od warunków hodowli, ponie-wa¿ dro¿d¿e wykorzystuj¹ dwa kompleksy syntetaz
Przeciwtoksyczne i przeciwdrobnoustrojowe
w³aciwoci sk³adników ciany komórkowej dro¿d¿y
ANNA BZDUCHA-WRÓBEL, STANIS£AW B£A¯EJAKZak³ad Biotechnologii i Mikrobiologii ¯ywnoci, Katedra Biotechnologii, Mikrobiologii i Oceny ¯ywnoci Wydzia³u Nauk o ¯ywnoci SGGW, ul. Nowoursynowska 159c, 02-787 Warszawa
Bzducha-Wróbel A., B³a¿ejak S.
Antitoxic and antimicrobial properties of the yeast cell wall components
Summary
The article reviews the literature pertaining to functional proprieties of yeast cell wall components used as dietary supplements. The chemical construction of the yeast cell wall was discussed in connection with the ability of toxin binding, like mycotoxins, as well as heavy metals.
Toxin removal with yeast utilization is mainly based on the physical adsorption of harmful chemicals to â-glucans, mannoproteins or glucomannans of the yeast cell wall. Special attention was also paid to the usage of yeast cell wall components as anti-infectious agents on account of antimicrobial activity of glucans and mannoproteins. A possible mechanism of such activity was presented.
Keywords: â-glucan, mannoproteins, glukomannans, toxins bounding, antimicrobial activity
mannoproteiny â(1,3)-glukan â(1,6)-glukan b³ona cytoplazmatyczna chityna
â(1,3)-glukanu, na co wp³ywaj¹ ród³o wêgla oraz faza wzrostu (14). Stopieñ rozga³êzienia cz¹steczek â(1,3)--glukanów determinuje ich w³aciwoci bioaktywne (7).
Drug¹ wa¿n¹ grup¹ zwi¹zków strukturalnych cia-ny komórkowej dro¿d¿y s¹ mannoproteicia-ny (fosfopep-tydomannan), stanowi¹ce blisko 40% suchej masy komórki. S¹ heterogenn¹ grup¹ glikoprotein dotych-czas zidentyfikowano ok. 70 ró¿nych bia³ek tego ro-dzaju w cianie komórkowej dro¿d¿y. Frakcja wêglo-wodanowa mo¿e stanowiæ do 90% cz¹steczki manno-protein. Fragment oligosacharydowy tworz¹ g³ównie polimery mannozy (mannan), których udzia³ w gliko-proteinach wynosi 50%. W komórkach dro¿d¿y Can-dida utilis stwierdzono obecnoæ glukomannanu, któ-ry jest chemotypem mannanu. Hydroliza kwasowa tego polimeru wykaza³a, ¿e jego sk³adnikami budulcowy-mi by³y D-glukoza oraz D-mannoza. Stosunek man-nozy do glukozy w hydrolizacie wynosi³ 23 : 2 (20). Fragment peptydowy mannoprotein stanowi 3%-5% cz¹steczki, natomiast blisko 2% to fosfor (8). Urylowanie fragmentu mannozylowego (mostki fosfo-diestrowe) odpowiada za wypadkowy ³adunek ujem-ny powierzchni komórki dro¿d¿y. Fragmenty polisa-charydowe mannoprotein ³¹cz¹ siê z resztami aspara-giny, treoniny lub seryny w proteinowym fragmencie cz¹steczki poprzez mostki diacetylochitobiozowe lub wi¹zania N-glikozydowe (19, 31).
Polimery N-acetyloglukozoaminy, czyli chityna, sta-nowi zaledwie od 2% do 4% suchej masy komórki (1, 27). W przypadku dzia³ania na komórkê zwi¹zków chemicznych zaburzaj¹cych biosyntezê ciany komór-kowej, komórka uruchamia tzw. mechanizm wyrów-nawczy (compensatory mechanism), którego skutkiem jest wzrost zawartoci polimeru acetyloglukozoaminy do ok. 20% suchej masy.
Aguilar-Uscanga i François (1) potwierdzili do-wiadczalnie, ¿e zawartoæ â-glukanów i mannanów w cianie komórkowej grzybów jednokomórkowych jest cile uzale¿niona od warunków wzrostu, na któ-re decyduj¹cy wp³yw maj¹ ród³a wêgla i azotu w po-¿ywce hodowlanej, kwasowoæ czynna i temperatura. Nie bez znaczenia pozostaje tak¿e sposób prowadze-nia hodowli. Odnotowano ró¿nice w sk³adzie chemicz-nym ciany komórkowej miêdzy dro¿d¿ami hodowa-nymi w kolbach poddawanych wytrz¹saniu oraz w fer-mentorze. W literaturze ród³owej niewiele jest jednak informacji z tego zakresu (1). Badania biotechnolo-giczne nad biosyntez¹ sk³adników ciany komórkowej dro¿d¿y i okreleniem wp³ywu czynników rodowi-skowych indukuj¹cych ekspresjê genów odpowiada-j¹cych za syntezê poszczególnych polisacharydów s¹ interesuj¹cym zagadnieniem naukowym ze wzglêdu na w³aciwoci funkcjonalne glukanów i mannopro-tein. S¹ one obszarem zainteresowania przemys³u far-maceutycznego, spo¿ywczego, paszowego i kosme-tycznego. W niniejszym opracowaniu przedstawiono zdolnoci wi¹zania substancji szkodliwych oraz
dzia-³anie przeciwdrobnoustrojowe sk³adników ciany ko-mórkowej dro¿d¿y.
Wi¹zanie substancji toksycznych przez sk³adniki ciany komórkowej dro¿d¿y Wykorzystywanie mikroorganizmów ¿ywych b¹d sk³adników ich komórek do usuwania zanieczyszczeñ chemicznych (dekontaminacja biologiczna) jest zna-n¹, wci¹¿ rozwijaj¹c¹ siê strategi¹ wspó³czesnej bio-technologii. Interesuj¹ce wyniki uzyskiwane s¹ w przy-padku stosowania ¿ywych komórek dro¿d¿y b¹d sk³adników ich cian komórkowych, do usuwania mi-kotoksyn z uk³adów modelowych in vitro, pasz lub ¿ywnoci (4, 10, 12, 15, 23, 24, 26-28, 32). Badania nad funkcjonalnoci¹ sk³adników ciany komórkowej stwarzaj¹ mo¿liwoæ zagospodarowania biomasy ko-mórkowej dro¿d¿y lub sk³adników cian komórko-wych stanowi¹cych produkt odpadowy m.in. przy wytwarzaniu piwa i wina oraz bia³ek pochodzenia mikrobiologicznego.
Mikotoksyny s¹ produktami przemian metabolicz-nych grzybów strzêpkowych toksycznymi dla ludzi i zwierz¹t domowych. Do grupy tych zwi¹zków nale-¿¹ m.in.: aflatoksyny, ochratoksyna A, patulina, fumo-nizyny, zearalenon, trichoteceny, sterigmatocystyna czy womitoksyna (26). Pierwsze publikacje traktuj¹ce o wykorzystaniu dro¿d¿y do adsorpcji toksycznych metabolitów pleni siêgaj¹ lat siedemdziesi¹tych (27). Shetty i wsp. (26) prowadzili badania nad zdol-noci¹ wi¹zania aflatoksyny B1 przez ¿ywe komórki dro¿d¿y. Badano ró¿ne szczepy grzybów jednokomór-kowych sporód dwunastu gatunków, tj.: Saccharomy-ces cerevisiae, SaccharomySaccharomy-ces fibuligera, Saccharo-myces ludwigii, Candida crusei, Candida parapsilo-sis, Candida catenulanta, Pichia anomala, Pichia membranefaciens, Zygosaccharomyces balii, Schizo-saccharomyces pombe, Debaromyces hansenii oraz Trichosporum mucoides. Eksperyment prowadzono w 1 cm3 pod³o¿a modelowego (bufor PBS zawieraj¹-cy 5 µg aflatoksyny B1), w którym pocz¹tkowa liczba komórek dro¿d¿y by³a ustalona na poziomie 108 jtk. Hodowlê prowadzono przez 72 h w temp. 25°C. Stwierdzono, ¿e szczepy z gatunku Saccharomyces cerevisiae oraz Candida crusei wi¹za³y ponad 60% mikotoksyny zawartej w pod³o¿u modelowym. Pozo-sta³e dro¿d¿e wykazywa³y zdolnoæ wi¹zania toksyny na poziomie 15%, co by³o zale¿ne od szczepu.
Dewegowda i wsp. (10) podaj¹, ¿e w badaniach prowadzonych in vitro mannan izolowany ze cian komórkowych dro¿d¿y Saccharomyces cerevisiae wi¹za³ mikotoksyny z wydajnoci¹ 95%, przy czym najwiêksze obni¿enie zawartoci obserwowano w przy-padku zearalenonu i fumonizyny B1, przy jednoczes-nej niewielkiej redukcji zawartoci deoksyniwalenolu.
Wyniki prac ró¿nych zespo³ów badawczych wska-zuj¹, ¿e w wi¹zaniu toksyn przez dro¿d¿e uczestnicz¹ zarówno â-glukany, mannoproteiny, jak i glukoman-nany (23, 36, 37). W oparciu o dane pimiennictwa (5,
27) stwierdzono, ¿e usuwanie substancji szkodliwych z wykorzystaniem dro¿d¿y opiera siê bardziej na ad-hezji do sk³adników cian komórkowych ni¿ na two-rzeniu wi¹zañ kowalencyjnych, poniewa¿ martwe ko-mórki nie trac¹ omawianych w³aciwoci. Budowa ciany komórkowej dro¿d¿y wskazuje, ¿e na jej po-wierzchni istniej¹ obszary uczestnicz¹ce w fizycznej adsorpcji zwi¹zków chemicznych (27). Dowiadcze-nie Bejaouii i wsp. (5) pozwoli³o ustaliæ, ¿e martwe komórki dro¿d¿y lub izolaty cian komórkowych efek-tywniej obni¿a³y zawartoæ toksyny (adsorpcja 95%) w porównaniu z komórkami ¿ywymi (adsorpcja 35%), co potwierdza fizyczn¹ naturê tych oddzia³ywañ. Wy-dajnoæ adsorpcji by³a wprost proporcjonalna do licz-by komórek dro¿d¿y w rodowisku dowiadczalnym. Stwierdzono, ¿e w procesie tym ju¿ w ci¹gu 5 minut zwi¹zaniu z dro¿d¿ami ulega³o 90% toksyny.
Nadal niewiele wiadomo o mechanizmie chemicz-nych interakcji poszczególchemicz-nych mikotoksyn ze sk³ad-nikami ciany komórkowej dro¿d¿y i ich wzajemnym powinowactwie. Przestrzenny model wi¹zania wybra-nych mikotoksyn z glukanami dro¿d¿y zaproponowali Yannikouris i wsp. (38) ryc. 2.
Yiannikouris i wsp. (38) oraz Jouany i wsp. (12) uzyskali interesuj¹ce wyniki badañ, studiuj¹c interak-cje zachodz¹ce miêdzy zearalenonem i â-glukanami przy wykorzystaniu H-NMR oraz w oparciu o zjawi-sko dyfrakcji promieni X i uzyskane spektra UV. Za-obserwowali, ¿e â(1,3)-glukany wytwarza³y z badan¹ przez nich toksyn¹ bardzo stabilne wewn¹trz-spiralne kompleksy stabilizowane ³añcuchami â(1,6)-glukanów. W tak powstaj¹cych po³¹czeniach identyfikowano wi¹zania wodorowe oraz wystêpowanie oddzia³ywañ opieraj¹cych siê na si³ach van der Waalsa. Wydaje siê zatem, ¿e sk³adniki polisacharydowe s¹ g³ównym miej-scem wi¹zania zwi¹zków toksycznych, a proces za-chodzi w ró¿nych miejscach cz¹steczki, zale¿nie od wi¹zanej substancji.
Shetty i Jespersen (27), powo³uj¹c siê na badania innych autorów, podaj¹, ¿e istnieje zale¿noæ stopnia wi¹zania ochratoksyny A przez komórki dro¿d¿y od wartoci parametru pH. Dro¿d¿e Saccharomyces ce-revisiae poddawano procesowi sterylizacji i ³¹czono w stosunku 4/6 (% wagowe) z biomas¹ dro¿d¿y od-padowych po fermentacji piwa. Najwy¿szy stopieñ
wi¹zania toksyn wystêpowa³ w pH 3, co wskazywa³o, ¿e jest to proces opieraj¹cy siê na fizycznych oddzia³ywa-niach ciany komórkowej dro¿d¿y z ochratoksyn¹. Po-dobn¹ tendencjê opisuj¹ Yiannikouris i wsp. (38). Okrelili oni stopieñ adsorp-cji zearalenonu przez â-glu-kany w pH 3, pH 6 i pH 8. W rodowisku kwanym i obojêtnym obserwowano najwy¿sz¹ zdolnoæ wi¹zania toksyny (64-77%), któ-ra obni¿a³a siê wktó-raz ze wzrostem alkalicznoci rodo-wiska. Autorzy t³umaczyli ten fakt odczynem alkalicz-nym rodowiska, który mo¿e doprowadzaæ do nisz-czenia trójwymiarowej konformacji â-glukanów. W konsekwencji powstaje pojedyncza spirala i/lub cz¹-steczki o strukturze przypadkowego zwoju. Proces taki utrudnia powstawanie oddzia³ywañ wodorowych i si³ van der Waalsa miêdzy omawianym polisacharydem i toksyn¹. Stwierdzono, ¿e â(1,3)-glukany o wysokim stopniu rozga³êzienia â(1,6)-glukanami s¹ bardziej oporne na dzia³anie rodowiska alkalicznego (12).
Dostêpnych jest wiele informacji dotycz¹cych wy-korzystania cian komórkowych dro¿d¿y jako dodat-ków do pasz, maj¹cych za zadanie ograniczaæ toksycz-ne oddzia³ywanie mikotoksyn. Podawatoksycz-ne s¹ przyk³a-dy wykorzystywania cian komórkowych dro¿d¿y, pozyskiwanych z biomasy odpadowej po procesie fermentacji alkoholowej, jako dodatków do pasz dla drobiu znacz¹co obni¿aj¹cych szkodliwe dzia³anie aflatoksyn (25). Powstaj¹ce kompleksy mikotoksyna sk³adnik ciany komórkowej dro¿d¿y s¹ prawdopo-dobnie stabilne w uk³adzie pokarmowym zwierz¹t, dziêki czemu toksyny s¹ wydalane wraz z ka³em z or-ganizmu zwierzêcia. Taki rodzaj mechanizmu obron-nego ma tê zaletê, ¿e nie zostaj¹ zwi¹zane substancje od¿ywcze (25). Aktywnoæ â-glukanów wynika rów-nie¿ z faktu, ¿e na 1 g czynnego sk³adnika preparatu przypada oko³o 20 m2 powierzchni zdolnej adsorbo-waæ mikotoksyny. Dodatek â-glukanu do paszy dla zwierz¹t w iloci 2 g/kg masy cia³a powodowa³ obni-¿enie toksycznego dzia³ania tych substancji (15, www.international.inra.fr: Yeast cell wall extracts to contact the effects of mycotoxins in pigs). Kusuma-ningtyas i wsp. (18) odnotowali obni¿enie zawartoci aflatoksyny B1 w paszy dla kurcz¹t, do której doda-wano dro¿d¿e Saccharomyces cerevisiae. W próbkach z dodatkiem dro¿d¿y stê¿enie aflatoksyny B1 po 5, 10 i 15 dniach prowadzenia dowiadczenia by³o istotnie ni¿sze w porównaniu z zawartoci¹ w próbkach kon-trolnych, tj. wynosi³o, odpowiednio, 0,6326, 2,7472 oraz 2,5044 ppm. Zawartoæ w próbkach bez dodatku dro¿d¿y by³a na poziomie 1,5828 ppm, 3,8628 ppm oraz 3,5607 ppm. Zdolnoæ redukcji zawartoci tok-syn wytwarzanych przez Aspergillus flavus
obserwo-Zearalenon Aflatoksyna A Deoksyniwalenol Patulina
Ryc. 2. Wizualizacja komputerowa interakcji mikotoksyn z pojedyncz¹ heliks¹ ³añcucha â-(1,3)-D-glukanu. Strza³ki wskazuj¹ wi¹zania wodorowe (38)
wano tak¿e dla dro¿d¿y z gatunków Pichia guillier-mondii, Candida krusei WRL-035 i Kluyveromyces spp. W badaniach na szczurach dodatek sk³adników ciany komórkowej dro¿d¿y do diety zwierz¹t nie wodowa³ oznak toksycznoci, jedynie przy dawce po-wy¿ej 5 g/dzieñ stwierdzono w nielicznych przypad-kach biegunkê, bóle brzucha i wzdêcia (2).
W eksperymencie Swamy i wsp. (28) kontrolowa-no 175 wiñ karmionych pasz¹ zanieczyszczon¹ mi-kotoksynami pleni z rodzaju Fusarium. Zwierzêta podzielono na piêæ grup, w zale¿noci od sk³adu die-ty. Grupie kontrolnej podawano ziarna nieska¿one mikotoksynami. Grupê drug¹ zwierz¹t karmiono ziar-nami ska¿onymi 5,5 ppm detoksyniwalenolu, 0,5 ppm 15-acelolodeoksyniwalenolu, 26,8 ppm kwasu fusa-rynowego i 0,4 ppm zearelanonu. Kolejne grupy otrzy-mywa³y z diet¹ ziarna zanieczyszczone wymieniony-mi wymieniony-mikotoksynawymieniony-mi oraz dodatkiem, odpowiednio, 0,05%, 0,10% i 0,20% glukomannanów dro¿d¿y. Stwierdzono, ¿e suplementacja glukomannanami za-pobiega³a niektórym zmianom indukowanym przez mikotoksyny. Efektywnoæ sk³adników cian komór-kowych dro¿d¿y w przeciwdzia³aniu toksycznoci metabolitów pleni wykazali równie¿ w badaniach na zwierzêtach Raju i Devegowda (23), Aravind i wsp. (4), Ringot i wsp. (24) i inni.
Badania in vivo udowodni³y ponadto, ¿e â-glukany zapobiegaj¹ niszcz¹cemu wp³ywowi czynników mu-tagennych na komórki. Mechanizm dzia³ania gluka-nów polega³ prawdopodobnie na wi¹zaniu aminoan-tracenu, co uniemo¿liwia³o interakcjê tego zwi¹zku z komórkowym DNA (20).
W odniesieniu do dekontaminacji ¿ywnoci, wyni-ki badañ równie¿ potwierdzaj¹ mo¿liwoæ wykorzy-stywania martwych komórek Saccharomyces cerevi-siae do usuwania ochratoksyny A z soku grapefruitów (5). Var i wsp. (32) okrelali natomiast zdolnoæ wi¹-zania wtórnych metabolitów pleni przez 21 szczepów dro¿d¿y izolowanych z winogron. ¯ywe komórki dro¿d¿y (108 jtk/cm3) oraz martwe, uzyskane pod wp³y-wem wysokiej temperatury, inkubowano przez 4 go-dziny w 25°C w pod³o¿ach modelowych, tj. buforze PBS oraz bia³ym winie, zawieraj¹cych 10 ng ochra-toksyny A. Zdolnoæ adsorpcji ochraochra-toksyny przez ¿ywe komórki dro¿d¿y mieci³a siê w zakresie 1,96--26,11% w przypadku PBS oraz 4,75-21,40% w wi-nie. Dro¿d¿e Candida famata D7 oraz Candida lusi-tanie D11 w najwy¿szym stopniu obni¿a³y zawartoæ toksyny w pod³o¿ach dowiadczalnych. Dla komórek ¿ywych by³a to odpowiednio redukcja na poziomie 26,11% i 23,46%. W przypadku komórek martwych najwy¿sz¹ wydajnoci¹ wi¹zania ochratoksyny w wi-nie (30,45%) cechowa³ siê szczep Candida famata D7. Autorzy wysunêli hipotezê zak³adaj¹c¹, ¿e znacz¹c¹ rolê w dekontaminacji odgrywa³y mannoproteiny cian komórkowych. Zdaniem naukowców, miêdzygatun-kowe zró¿nicowanie struktury fizycznej omawianych glikoprotein (³adunek ca³kowity, rozmieszczenie
³a-dunku, wielkoæ porów oraz powierzchnia w³aciwa) odpowiada³o za odmienne zdolnoci adsorpcji toksyn przez badane dro¿d¿e.
Sk³adniki cian komórkowych dro¿d¿y wykazuj¹ w³aciwoci chemisorpcji w stosunku do ró¿nych pier-wiastków metalicznych, w tym metali toksycznych, jak rtêæ, o³ów czy uran. U³atwiaj¹ w ten sposób ich usu-wanie np. ze cieków przemys³owych b¹d, jeli spo-¿ywane z diet¹, odpowiadaj¹ za ich wydalanie z orga-nizmu, zapobiegaj¹c tym samym wch³anianiu (33). W przypadku ¿ywych komórek dro¿d¿y zjawisko wi¹zania kationów mo¿e mieæ jednoczenie charakter biosorpcji, gdy w wi¹zanie zaanga¿owany jest trans-port aktywny komórki. Potwierdzono, ¿e skutecznymi biosorbentami dla metali ciê¿kich mog¹ byæ dro¿d¿e z rodzajów Saccharomyces, Candida czy Pichia (33). Kratochvil i Volesky (17) prowadzili badania nad wi¹-zaniem przez dro¿dze Saccharomyces cerevisiae pier-wiastków metalicznych z roztworów wodnych. W przy-padku o³owiu obserwowano wi¹zanie na poziomie oko³o 300 mg Pb/g suchej masy dro¿d¿y, w odniesie-niu do miedzi by³o to oko³o 20 mg Cu/g suchej masy dro¿d¿y, natomiast chromu i niklu oko³o 40 mg/g suchej masy dro¿d¿y. Stê¿enie radioaktywnego uranu ulega³o obni¿eniu o blisko 300 mg U/g suchej masy dro¿d¿y.
Jednoczenie mannoproteiny cian komórkowych dro¿d¿y uczestnicz¹ w procesie kowalencyjnego wi¹-zania kationów metali niezbêdnych dla przebiegu me-tabolizmu komórkowego, np. magnezu, cynku, sele-nu. Stwarza to szansê pozyskiwania biopleksów lepiej przyswajalnych przez organizmy ludzkie i zwierzêce w porównaniu z preparatami mineralnymi tych pier-wiastków (6).
W³aciwoci przeciwdrobnoustrojowe sk³adników ciany komórkowej dro¿d¿y Preparaty cian komórkowych dro¿d¿y stymuluj¹ uk³ad odpornociowy ludzi i zwierz¹t, przez to odgry-waj¹ rolê w kszta³towaniu opornoci komórkowej. Korzystnie wp³ywaj¹ na zwalczanie zaka¿eñ bakteryj-nych, wirusowych, grzybiczych i paso¿ytniczych, co pozwala na ich wykorzystanie w terapii przeciwzaka-nej (20). Mantanovani i wsp. (20) wskazali, ¿e â-glu-kan ogranicza³ wzrost bakterii Escherichia coli oraz Bacillus subtilis. Zmodyfikowany chemicznie glukan do formy kationowej efektywniej ogranicza³ wzrost Gram-ujemnych Escherichia coli w porównaniu z Gram-dodatnimi bakteriami Bacillus subtilis. Mo-g³o to wynikaæ z interakcji dodatnio na³adowanej cz¹-steczki glukanu, podstawionej grupami aminowymi, z obdarzon¹ ³adunkiem ujemnym powierzchni¹ bak-terii Gram-ujemnych. W wyniku takich oddzia³ywañ dochodzi do przerwania ci¹g³oci b³ony komórkowej i w konsekwencji do zahamowania wzrostu bakterii.
Kogan i Kocher (15) badali przeciwdrobnoustrojo-we w³aciwoci polisacharydów preparatu Bio-Mos firmy Alletech Inc. (Nicholasville, KY) pozyskiwanych
ze cian komórkowych dro¿d¿y Saccharomyces cere-visiae. Preparat ten stosowany jest w suplementacji diety trzody chlewnej. Test przeciwdrobnoustrojowe-go dzia³ania â-glukanów i á-mannanów polega³ na okrelaniu zdolnoci aglutynacji 258 szczepów bakte-rii patogennych. Badany preparat wykazywa³ zdolnoæ aglutynacji wobec 56% badanych bakterii. Najwy¿sz¹ aktywnoæ wykazano w odniesieniu do gatunków Escherichia coli, Salmonella Enteritidis, Salmonella Typhimurium oraz Clostridium spp.
Niektóre â-glukany izolowane z grzybów dziêki odpowiednim mechanizmom immunomoduluj¹cym skutecznie zwalczaj¹ wiêkszoæ bakterii chorobotwór-czych w tym antybiotykoopornych (9). Betafektin z Saccharomyces cerevisiae okaza³ siê skuteczny w za-pobieganiu infekcjom ran wywo³ywanych przez Sta-phylococcus aureus, ³¹cznie ze szczepami opornymi na antybiotyki â-laktamowe (w tym na metycylinê). Makrofagi otrzewnowe myszy leczonych glukanem izolowanym z dro¿d¿y Saccharomyces cerevisiae by³y bardziej aktywne w zwalczaniu zaka¿eñ wywo³ywa-nych bakteri¹ Pseudomonas brasiliensis. Prawdopo-dobnie sk³adniki cian komórkowych dro¿d¿y poma-gaj¹ równie¿ usuwaæ mikroorganizmy chorobotwór-cze z przewodu pokarmowego na drodze ich fizycz-nego wi¹zania. Ponadto uczestnicz¹ w tworzeniu ochronnej bariery luzowej (biopow³oki) w jelicie, któ-ra utrudnia patogenom adhezjê do komórek nab³onka jelita. Hamowane jest tak¿e wydzielanie toksyn w prze-biegu infekcji (15). Z drugiej strony, preparaty zawie-raj¹ce â-glukany, np. Alpharma, stanowi¹cy wyeks-trahowany komponent mannanooligosacharydowy MOS czy Biolex-Beta HP w postaci wyci¹gu dro¿d¿o-wego, s¹ powszechnie wykorzystywane jako ród³o prebiotyków. Alpharma jest stosowana w hodowli dro-biu, trzody chlewnej i byd³a w dawce 0,5-1 kg/t paszy treciwej, a Biolex-Beta HP u prze¿uwaczy w iloci 5 g/kg paszy treciwej. W ¿ywieniu zwierz¹t, w celu uzyskania lepszych efektów dzia³ania prebiotycznego, â-glukany mog¹ byæ stosowane w po³¹czeniu z pro-biotykami, czyli jako synbiotyki (29).
â-glukan wykazuje równie¿ dzia³anie przeciwgrzy-bicze, np. zymozan chroni³ komórki gospodarza nie tylko przed infekcjami powodowanymi przez Pseudo-monas carinii, ale tak¿e Candida albicans. U zwie-rz¹t objêtych terapi¹ opart¹ na ³¹czeniu leków prze-ciwgrzybiczych z immunostymulatorami w postaci â-glukanów dro¿d¿owych obserwowano lepszy efekt przeciwdzia³ania zaka¿eniom wywo³anym przez Aspergillus fumigatus (9).
Istotnym problemem badañ biotechnologicznych i medycznych s¹ choroby ludzi i zwierz¹t wywo³ywa-ne przez paso¿yty, takie jak: Eimeria, Toxoplasma, Neospora czy Cryptosporidium. Profilaktyka chorób paso¿ytniczych, oprócz przestrzegania zasad higieny, polega na podawaniu rodków o dzia³aniu przeciwpa-so¿ytniczym. Suplementacja diety â-glukanami po-twierdzi³a ich aktywnoæ przeciwpaso¿ytnicz¹ u
kur-czaków. Dodatek 0,05% preparatów ciany komórko-wej dro¿d¿y wywo³a³ znacz¹c¹ redukcjê iloci jaj pa-so¿ytów usuwanych wraz z ka³em, tj. z 32 805 ± 572,8 oocytów/g ka³u w próbkach pobieranych od zwierz¹t grupy kontrolnej do 6505 ± 128,06 oocytów/g ka³u kurcz¹t suplementowanych â-glukanami (11). Auto-rzy wysunêli pAuto-rzypuszczenie, ¿e â-glukany wp³ywa³y na zwiêkszenie odpowiedzi humoralnej organizmu kurcz¹t oraz immunologicznej odpowiedzi komórko-wej. Prawdopodobnie aktywowane subpopulacje lim-focytów T, tj. limfocyty T pomocnicze (CD4+) oraz limfocyty T cytotoksyczne (CD8+) ogranicza³y pro-ces rozmna¿ania paso¿ytów w przewodzie pokarmo-wym badanych zwierz¹t. Glukany nale¿¹ bowiem do grupy substancji modyfikuj¹cych odpowied odpor-nociow¹ organizmu (16, 29). Pobudzaj¹ m.in. makro-fagi, monocyty, neutrofile do produkcji cytokin, a przez to dochodzi do aktywacji limfocytów i produkcji od-powiednich przeciwcia³ (29). Suplementacja diety zwierz¹t glukanami pozyskiwanymi ze cian komór-kowych dro¿d¿y nale¿y do nieinwazyjnych metod od-dzia³ywania na organizmy, czyli polega na ich poda-waniu wraz z pasz¹ (34). Mo¿na je stosowaæ zamiast syntetycznych stymulatorów odpowiedzi immunolo-gicznej (29).
Mayell (21) podaje, ¿e â-glukany dro¿d¿y, jak: so-nifilan, lentinan, zymozan wykazywa³y skutecznoæ przeciwko czynnikom wirusowym. Kakumu i wsp. (13) zaobserwowali, ¿e sonifilan umo¿liwia³ kontro-lowanie przewlek³ego zapalenia w¹troby typu B po-przez modulacjê komórkowej i humoralnej odpowie-dzi immunologicznej. Ara i wsp. (3) zaobserwowali natomiast wp³yw zymosanu Saccharomyces cerevisiae na zwiêkszenie odpornoci immunologicznej u osób zaka¿onych wirusem niedoboru odpornoci (HIV).
Podsumowanie
Wyniki badañ naukowych dokumentuj¹ wa¿n¹ rolê â-glukanów i mannoprotein dro¿d¿y w biologicznej dekontaminacji szkodliwych metabolitów pleni, jak równie¿ aktywnoæ przeciwdrobnoustrojow¹ sk³adni-ków ciany komórkowej dro¿d¿y. Mechanizm takiej aktywnoci nadal pozostaje przedmiotem studiów wie-lu orodków badawczych. Istniej¹ jednak dowody wskazuj¹ce na mo¿liwoæ wykorzystania funkcjonal-nych w³aciwoci sk³adników ciany komórkowej dro¿d¿y zarówno w przemyle spo¿ywczym, paszo-wym, jak i farmaceutycznym. S¹ to obiecuj¹ce sub-stancje w promocji zdrowia ludzi i zwierz¹t. Wa¿ne jest, ¿e ich produkcja mo¿e opieraæ siê na hodowli bio-masy dro¿d¿y w pod³o¿ach zawieraj¹cych ró¿nego ro-dzaju odpady przemys³owe lub na pozyskiwaniu tych sk³adników z komórek dro¿d¿y poprodukcyjnych. Poniewa¿ zagadnienia z zakresu funkcjonalnoci sk³adników cian komórkowych dro¿d¿y s¹ nadal nie do koñca poznane, otwiera to interesuj¹c¹ perspekty-wê prowadzenia dalszych prac badawczych w kierun-ku dok³adnego opisania szlaków biosyntezy ciany
komórkowej dro¿d¿y oraz zrozumienia biologicznej aktywnoci jej sk³adników budulcowych.
Pimiennictwo
1.Aguilar-Uscanga B., François J. M.: A study of the yeast cell wall composi-tion and structure in response to growth condicomposi-tions and mode of cultivacomposi-tion. Lett. Appl. Microbiol. 2003, 37, 268-274.
2.Alonso-Sande M., Teijeiro-Osorio D., Remuñán-López C., Alonso M. J.: Glucomannan, a promising polysaccharide for biopharmaceutical purposes. Eur. J. Pharm. Biopharm. 2008, 72, 453-462.
3.Ara Y., Saito T., Takagi T., Hagiwara E., Miyagi Y., Sugimama M., Kawa-moto S., Ishii N., Yoshida T., Hanashi D., Koshino T., Okada H., Okuda K.: Zymosan enhances the immune responce to DNA vaccine for human immu-nodeficiency virus type-1 through the activation of complement system. Im-munology 2001, 103, 98-105.
4.Aravid K. L., Patil V. S., Devegowda G., Umakantha B., Ganpule S. P.: Efficacy of esterified glucomannan to counteract mycotoxicosis in naturally contaminated feed on performance and serum biochemical and hematologi-cal parameters in broilers. Poultry Sci. 2003, 82, 571-576.
5.Bejaouii H., Mathieu F., Taillandier P., Lebrihi A.: Ochratoxin A removal in sznthetic and natural grape juices bz selected oenological Saccharomyces strains. J. Appl. Microbiol. 2004, 97, 1038-1044.
6.B³a¿ejak S., Duszkiewicz-Reinhard W., Gniewosz M., Mazurkiewicz B.: Lokalizacja magnezu w komórkach dro¿d¿y paszowych Candida utilis ATTC 9950 wzbogaconych o ten pierwiastek. Acta Sci. Pol. 2004, 3, 95-110. 7.Bohn J. A., BeMiller J. N.: (1,3)-â-glucans as biological response modifiers:
a review of structure-functional activity relationships. Carbohydr. Polym. 1995, 28, 3-14.
8.Chaffin L. W., Lopez-Ribot L. J., Casanova M., Gozalbo D., Martinez P. J.: Cell wall and secreted proteins of Candida albicans: identification, function and expretion. Microbiol. Mol. Biol. Rev. 1998, 62, 130-180.
9.Chen J., Seviour R.: Medicinal importance of fungal â(1-3), â(16)-glucans. BMS 2007, 635-652.
10.Dewegowda G., Arvind B. I. R., Morton M. G.: Saccharomyces cerevisiae mannooligosaccharides to conteract aflatoxicosis in broilers. Proc. Austra-lian Poultry Science Symposium, Sydney 1996, s. 103-106.
11.Gómez-Verduzco G., Cortes-Cuevas A., López-Coello C., Ávilo-González E., Nava G. M.: Dietary supplementation of mannan-oligosachcaride enhances neonatal immune responses in chickens during natural exposure to Eimeria sp. Acta Vet. Scand. 2009, 51, 11-17.
12.Jouany J. P., Yiannikouris A., Bertin G.: The chemical bonds between myco-toxins and cell wall components of Saccharomyces cerevisiae have been iden-tified. Arch. Zootech. 2005, 8, 26-50.
13.Kakumu S., Ishikawa T., Wakita T., Yoshioka K., Ito Y., Shinagawa T.: Effect of sizofiran, a polysaccharide, on interferon gamma, antibody production and lymphocyte proliferation specific for hepatitis B virus antigen in pa-tients with chronic hepatitis. Int. J. Immunopharmacol. 1991, 13, 969-975. 14.Klis M. F., Mol P., Hellingwerf K., Brul S.: Dynamics of cell wall structure in
Saccharomyses cerevisiae. FEMS Microbiol. Rev. 2002, 26, 239-256. 15.Kogan G., Kocher A.: Role of yeast cell wall polysaccharides in pig nutrition
and health protection. Livestock Sci. 2007, 109, 161-165.
16.Kogan G., Stako A., Bauerová K., Polovka M., oltés L., Brezová V., Nava-rová J., Mihalová D.: Antioxidant properties of yeast (1-3)-â-glucan studied by electron paramagnetic resonance spectroscopy and its activity in the adju-vant arthritis. Carbohydr. Polym. 2005, 61, 18-28.
17.Kratochvil D., Volesky B.: Advances in the biosorption of heavy metals. Trends Biotechnol. 1998, 16, 291-300.
18.Kusumaningtyas E., Widiastuti R., Maryam R.: Reduction of aflatoxin B1 in chicken feed by Rusing Saccharomyces cerevisiae, Rhizopus oligosporus and their combination. Mycopathologia 2006, 162, 307-311.
19.Lipke P. N., Ovalle R.: Cell wall architecture in yeast: new structure and new challengest. J. Bacteriol. 1998, 180, 3735-3740.
20.Mantanovani M. S., Bellini M. F., Angeli J. P. F., Oliveira R. J., Silva A. F., Ribeiro L. R.: â-Glucans in promoting health: Prevention against mutation and cancer. Mutation Res. 2008, 658, 154-161.
21.Mayell M.: Maitake extracts and their therapeutic potential. Alternative Medicine Rev. 2001, 6, 48-60.
22.Ogawa K., Matsuda K., Tamari K., Kiyo-Oka S.: A glucomannan from Candida utilis: Characterization of oligosaccharides from partial acid hydro-lyzate of the glucomannan. Agr. Biol. Chem. 1978, 42, 1101-1109. 23.Raju M., Devegowda G.: Influence of esterified glucomannan on
performan-ce and organ morphology, serum biochemistry and haematology in broilers expose to individual and combined mycotoxicosis aflatoxin, ochratoxin and T-2 toxin. Br. Poult. Sci. 2000, 41, 640-650.
24.Ringot D., Lerzy B., Bonhoure J. P., Auclair E., Oriol E., Larondelle Y.: Effect of temperature on in vitro ochratoxin A biosorption onto yeast cell wall derivatives. Process Biochem. 2005, 40, 3008-3016.
25.Santin E., Paulilo A. C., Maiorka A., Nakaghi L. S. O., Macan M., de Silva A. V. F.: Evaluation of Saccharomyces cerevisiae cell wall to ameliorate the toxic effects of aflatoxin in broilers. Int. J. Poult. Sci. 2003, 2, 241-344. 26.Shetty P. H., Hald B., Jespersen L.: Surface binding of aflatoxin B1 by
Sac-charomyces cerevisiae strains with potential decontaminating abilities in in-digenous fermented foods, Int. J. Food Microbiol. 2006b, 113, 41-46. 27.Shetty P. H., Jespersen L.: Saccharomyces cerevisiae and lactic acid bacteria
as potential mycotoxin decontaminating agents. Trends Food Sci. Technol. 2006a, 17, 48-55.
28.Swamy H. V. L. N., Smith T. K., MacDonald E. J., Boermans H. J., Squires E. J.: Effects of feedind a blend of grains naturally contaminated with Fusarium mycotoxins on swine performance, brain regional neurochemistry and serum chemistry and efficiency of a polymeric glukomanan mycotoxin adsorbent. J. Anim. Sci. 2002, 80, 3257-3267.
29.Szymañska-Czerwiñska M., Bednarek D.: Betaglukany alternatyw¹ antybio-tykowych stymulatorów wzrostu. ¯ycie Wet. 2007, 82, 842.
30.Szymañska-Czerwiñska M., Bednarek D.: Wp³yw prebiotyków na procesy immunologiczne u zwierz¹t. Medycyna Wet. 2008, 64, 262-264.
31.Tizard I. R., Carpenter R., McAnalley B. H., Kemp M. C.: The biological activities of mannans and related complex carbohydrates. Mol. Biother. 1989, 1, 290-297.
32.Var I., Erginkaya Z., Kabak B.: Reduction of ochratoxin A levels in white wine by yeast treatment. J. Inst. Brew. 2009, 115, 30-34.
33.Wang J., Chen C.: Biosorbents for heavy metals removal and their future. Biotechnol. Adv. 2009, 27, 195-226.
34.Wójcik R., Ma³aszewska J., Trapkowska S., Siwicki A. K.: Wp³yw â-1,3/1,6--D-glukanu na nieswoiste komórkowe mechanizmy obronne jagni¹t. Medy-cyna Wet. 2007, 63, 84-86.
35.Yiannikouris A., François J., Poughon L., Dussap C.-G., Bertin G., Jeminet G.: Adsorption of zearalenoneby â-D-glucans in the Saccharomyces cerevisiae cell wall. J. Food Prot. 2004a, 67, 1195-1200.
36.Yiannikouris A., Andre G., Buleon A., Dussap C.-G., Bertin G., Jeminet G., Canet I., François J.: Comprehensive conformational study of key inter-actions involved in zearalenone complexation with â-D-glucans. Biomacro-mol. 2004c, 5, 2176-2185.
37.Yiannikouris A., François J., Poughon L., Dussap C.-G., Bertin G., Jeminet G.: Alkali extraction of â-D-glucans from Saccharomyces cerevisiae cell wall and study of their adsorptive properties towards zearalenone. J. Agric. Food Chem. 2004b, 52, 3666-3673.
38.Yiannikouris A., François J., Poughon L., Dussap C.-G., Bertin G., Jeminet G.: Influence of pH on complexing of model â-D-glucans with zearalenone. J. Food Prot. 2004 d, 67, 2741-2746.
Adres autora: dr in¿. Anna Bzducha-Wróbel, ul. Nowoursynowska 159c, 02-787 Warszawa; e-mail: anna_bzducha_wrobel@sggw.pl
