Микроводораслите и техните ползи за здравето на червата и черния дроб

През последните десетилетия се наблюдава постоянно нарастващ интерес към микроводораслите. Изследователите гледат на тях като на един все още неизползван природен ресурс – източник на полезни съединения с широк спектър на потенциални приложения. Две от тях са в хранителната и фармацевтичната индустрии. Микроводораслите са потенциален източник на протеини с добавена стойност на положителни ефекти върху човешкото здраве.

В изследователския проект Algae4IBD експерти от различни области изследват микроводорасли, за да намерят нови решения за болестта на крон, улцерозен колит и други форми на възпалително заболяване на червата с молекули на водорасли като ключова съставка – както лекарства, така и функционални храни. Като част от проекта, в Global Challenges е публикуван литературен преглед по темата с основен акцент върху потенциалните здравни приложения на базираните на микроводорасли биоактивни вещества при хронично възпаление на червата и неалкохолна мастна чернодробна болест.

Представяме кратко обобщение на публикувания материал.

• Причини за интереса към микроводораслите
• Недостатъци на настоящия хранителен модел
• Микроводораслите – устойчиви алтернативи на протеин
• Кое прави микроводораслите привлекателни за изследователите
• Протеини и пептиди, базирани на микроводорасли – здравни ползи
• Микроводораслите като превенция срещу възпалителни заболявания на червата
• Микроводораслите и неалкохолната мастна чернодробна болест (НАМЧБ)
• Перспективи

Причини за интереса към микроводораслите

Засиленият интерес към микроводораслите се дължи на:

• увеличаващото се население
• очертаващата се продоволствена несигурност
• екологичните проблеми, свързани с използваните хранителни модели

Постоянното нарастване на населението, грижата за изхранването му и климатичните промени са сериозно основание за търсене на алтернативни устойчиви хранителни източници без отрицателно въздействие върху околната среда.

Недостатъци на настоящия хранителен модел

Недостатъците на настоящия хранителен модел се основават главно на употребата на продукти от животински и растителен произход. Примери са:

• прекомерната експлоатация на земни и водни ресурси;
• разрушаването на екосистеми, загубата на местообитания и биоразнообразие;
• негативното влияние върху климата.

Протеинът е ключов компонент на здравословното хранене. Животинският протеин са счита за по-добър от останалите поради добре балансирания състав на незаменими аминокиселини и добри показатели за смилаемост.

Минусите на неговото използване са вредите, които производството му нанася на околната среда и негативните ефекти на някои животински продукти върху здравето на хората. Животинските храни често са с високо съдържание на наситени мазни, холестерол, естрогени и патогенни микроорганизми и ниско съдържание на фибри, сложни въглехидрати, антиоксиданти и други полезни компоненти. Консуматорите на животински храни са изложени на по-висок риск от затлъстяване и хронични заболявания (сърдечносъдови, онкологични, диабет, възпалителни заболявания на червата, неалкохолна мастна чернодробна болест и др.). Предвид това, има разбираем стремеж към ограничаване консумацията и производството на животински храни.

За разлика от животинските, растителните храни са богати на фибри. Нарастващото търсене може да се посрещне с разширяване на обработваемите площи и увеличаване на добивите, но това ще задълбочи съществуващите екологични проблеми.

Към 2023-а половината от световния пазар на протеини е с растителен произход, но до 2054 г. се очаква значителна част да бъде заменена от протеини, получени от микроводорасли.

Микроводораслите – устойчиви алтернативи на протеин

Микроводораслите са силни конкуренти в търсенето на устойчиви протеинови алтернативи за задоволяване на растящото потребление.

Поради съдържащите в тях протеини и други полезни вещества, те могат да увеличат хранителната стойност на хранителните продукти и да стимулират производството на функционални храни, хранителни добавки и нови лекарствени молекули.

Кое прави микроводораслите привлекателни за изследователите

Микроводораслите предизвикват интерес в научните среди поради няколко причини:

1. Изключително богато видово разнообразие – около 200 000 вида, като много малко от тях са проучени. Това са Spirulina, Chlorella, Dunaliella, Izochrysis, Nannochloropsis Haematococcus. Поради дългата история на употреба, статут на общопризнати за безоасни имат Spirulina, Chlorella, Dunaliella, Haematococcus, Schzochritrium, Porphiridium cruentum и Crypthecodinium cohnii.
2. Голям биосинтетичен потенциал – описани са над 15 000 съединения, произведени от микроводорасли.
3. Физиологична и биохимична пластичност – могат да променят метаболизма си в отговор на промени в околната среда.
4. Нямат негативно влияние върху околната среда, дори напротив – като фотосинтезиращи организми те улавят вредите емисии от въглероден диоксид и ги използват за производство на кислород. Половината от атмосферния кислород се произвежда от тях.
5. Богат източник на протеини – обикновено протеиновото съдържание на микроводораслите е до 70-80%, значително по-високо от традиционните източници на растителен протеин (соя – 35% и нахут – 18%) и сравнимо с източниците на животински протеин (пуешко – 63% и говеждо – 50%).
6. Добре балансиран аминокиселинен профил – 7% от протеиновата маса са незаменимите (непроизвеждани от хората аминокиселини) аминокиселини аргинин, левцин и лизин, а 4% са други, такива като: изолевцин, фенилланин,треонин и валин. Аминокиселинните профили на Chlorella и Arthrospira (Spirulina) са близки до тези на някои традиционни източници на протеини, като яйца и соя. Диетични продукти на базата на микроводорасли, могат да осигурят големи количества незаменими аминокиселини.
7. Естествен източник и на други ценни съставки:

• Полизахариди (пектини, гликол-протеин, сулфатирани полизахариди) – най-широко докладвани са сулфатираните с констатации за техните потивовъзпалителни свойства. Spirulina, Chlorella и Nannochloropsis са с потенциални пребиотични функции.
• Липидите, по-специално полиненаситени омега-3 мастни киселини, се свързват най-вече с превенцията или облекчаването на сърдечносъдовите заболявания и могат да бъдат алтернатива на сега използвания източник – рибеното масло. Всъщност рибите не произвеждат омега-3, а си ги набавят с храната от микроводораслите.
• Пигменти – каротеноиди, феноли, хлорофил и др. Фенолните нива на микроводораслите са сравними с тези на червеното грозде, което е с водеща позиция в производството на фенолни съединения сред плодовете.

Биоактивните съставки на микроводораслите са носители на множество здравни ефекти: антиоксидантни, противовъзпалителни, антимикробни, антидиабетни, противоракови, антихипертензивни, антихиперлипидемични свойства, както и на ефект против затлъстяване и др. На тях може да се гледа като на потенциална екологична алтернатива на синтезираните по химичен път лекарства.

Протеини и пептиди, базирани на микроводорасли – здравни ползи

Човек не може да синтезира незаменими аминокиселини и си ги набавя с храната. Микроводораслите, и специално спирулина и хлорела, се считат за отличен източник на протеини, богат на незаменими аминокиселини, със значителни ползи за здравето.

Suttisuwan et al. демонстрират намалена експресия на провъзпалтелни цитокинови гени при употреба на пептидна фракция от микроводорасли. Доказани са противовъзпалителните и други полезни свойства на пептида Clorella -1. от зеленото микроводорасло Chlorella pyrenoidosa.

Мощни противовъзпалителни свойства са установени и за пептиди от Spirulina maxima. Проучвания са показали антиоксидантна, противоракова, антидиабетна и антиобезна активност и ползи за здравето на пептиди от Spirulina platensis. Фикоцианинът, изолиран от Spirulina sp. е тестван успешно в миши модели за антиоксидантна и противовъзпалителна активност.

Два пептида от Nannochloropsis oculata са показали антихипертензивна активност чрез инхибиране активността на ангио-конвертиращия ензим.

Микроводораслите като превенция срещу възпалителни заболявания на червата

Възпалителното заболяване на червата има две основни форми:

• Болест на Крон – засяга по-често тънкото черво.
• Улцеро-хеморагичен колит – засяга различни части на дебелото черво, но задължително ректума.

В патогенетичен план се обсъжда хиперактивна имунна система, генетична предразположеност и влияние на някои фактори на околната среда.
Чревният микробиом заема централно място в патогенезата на възпалителните чревни заболявания. При тези състояния е установен дисбаланс в чревната микрофлора, което води до увреждане на епителната бариера, нарушен имунен отговор и възпалителна реакция.

Противовъзпалителните, антиоксидантните и антиканцерогенните свойства на различните алгалните съединения са достатъчно основание да се предполага, че микроводораслите могат да бъдат потенциално полезни добавки за превенция или при лечение на възпаление на червата.

Защитни ефекти на протеини, пептиди и други биологично активни съединения от микроводорасли срещу възпалително заболяване на червата

Wang и съавтори изследват противовъзпалителните свойства на брашнен хидролизат от микроводорасли от рода Schizochytrium sp. в миши колитен модел и отчитат нивата на няколко маркера, използвани като индикатори за тежестта на колита. Групите, третирани с хидролизат, имат намалена експресия на провъзпалителни цитокинови гени и увеличена експресия на противовъзпалителните. Това дава основание да се предполага, че използването на хидролизата потиска острото възпаление и стимулира възстановяването на дебелото черво при колит.

В проучвания върху гризачи и човешки тъканни култури са установени и значителни антиоксидантни и противовъзпалителни свойства на фикобилипротеините от Spirulina.

С терапевтичен потенциал при възпалението на червата са и токоферолите от Porphydium sp. Spirulina platensis, Schizochytrium sp. и фенолните съединения от Spirulina maxima, C. ellipsoidea и Nannochloropsis sp.

И различните микроалгални липиди привличат внимание като агенти с терапевтични ползи при колит.

Висока противовъзпалителна и антиоксидантна активност в миши колитни модели е установена и за други алгални компоненти – фикоцианин и фикоцианобилин.

Противовъзпалителни ефекти са докладвани и за различните микроводораслови пигменти от семейството на каротеноидите.

Бета- каротинът в експериментални колитни модели намалява тежестта на симптомите. Като се прибави и фактът, че пациентите с чревно възпаление са с нисък бета каротин, може да се предположат здравни ползи от консумацията на микроводорасли, които са негов естествен източник.

Червеният пигмент астаксантин, открит в много водорасли, е използван за предотвратяване на възпалителните процеси при модели на бозайници. Проучвания свързват противовъзпалителния му ефект с промяна в активността на макрофагите.

Лутеинът, открит в зелените водорасли, показва антипролиферативна активност в човешки ракови клетки на дебело черво и може да бъде полезна функционална съставка за превенция на ракови заболявания.

Проучвано е и влиянието на биомаса от микроводорасли Chlamydomonas debaryana, съдържащи оксилипини върху остър колит при плъхове и има основания да се очаква, че водорасли или извлечени от тях оксилипини могат да са полезни в острата фаза.

Установено е, че микроалгалните полизахариди и полифеноли увеличават количеството на полезните бифидобактерии и лактобацили и противовъзпалителните свойства на имунните клетки и могат да са полезни при възпаленията на червата и чернодробни увреждания.

Заедно с диетичните фибри те могат да се използват като пребиотици за профилактика на възпалението на червата.

Микроводораслите и неалкохолната мастна чернодробна болест (НАМЧБ)

НАМЧБ е сборно понятие и включва неалкохолна чернодробна стеатоза (НАЧС), неалкохолен стеатохепатит (НАСХ), който може да прогресира до цироза, и развитие на хепатоцелуларен карцином. Като основна причина се приема метаболитният синдром. НАМЧБ винаги е тясно свързана с проявите му като затлъстяване, инсулинова резистентност, диабет тип 2, хиперлипидемия, хипертония.

НАЧС се характеризира с прекомерно натрупване на мазни в черния дроб (стеатоза) без увреждане на клетките.

При НАСХ към стеатозата се прибавя и възпаление с хепатоцелуларно увреждане със или без фиброза (заместване на чернодробната тъкан със съединителна). НАСХ прогресира до чернодробна цироза, чернодробна недостатъчност и/или първичен чернодробен рак. Като основна терапевтична стратегия се очертава предотвратяването на преминаването на стеатозата в хепатит, в чиято основа стои възпалителна реакция. Забележима е ролята на висцералната мастна тъкан и чревния микробиом в прогресията на заболяването.

Висцералната мастна тъкан и нейните секреторни продукти (мастни киселини, TNF-alfa, адипонектин) модулират различни имунни отговори. Произведеният от имунните клетки адипонектин има антистеатозен, противовъзпалителен ефект и съдово-протективен ефект. TNF-alfa притежава противоположни ефекти – проинфламаторен ефект и повишава инсулиновата резистентност. Инсулиновата резистентност увеличава липолизата и повишава окислението на мастни киселини, водещо до генериране на свободни радикали и усилване на оксидативния стрес. Тежкият оксидативен стрес и последващите инфламаторни промени са причина за прогресията на НАСХ.

Чревният микробиом също има изключително място в патогенезата на чернодробното заболяване, поради съществуващата анатомична и функционална връзка между червата и черния дроб. Червата осигуряват първа линия на защита на организма от вредни съединения. При нарушен състав или функция на микробиома, повишена чревна пропускливост и нарушена имунна защита в червата, има повишен трансфер на чревни бактерии и ендотоксини през порталната венозна система в черния дроб. Там се активират имунните клетки и се освобождават възпалителни медиатори, които увреждат черния дроб и чревната лигавица.

Защитни ефекти на биоактивните съставки на микроводораслите при НАМЧБ

Обещаващи са резултатите от проучвания върху клетъчни култури и животни, при които тези съединения оказват положителен ефект върху метаболизма на мазнините, инсулиновата чувствителност и възпалителните процеси.

Биоактивните пептиди, получени от Spirulina platensis и някои Porphyridium sp. имат хепатопротективни, противовъзпалителни, имуномодулиращи и антиканцерогенни ефекти.

Добавка от С. Vulgaris, приемана под формата на таблети от пациенти с чернодробна стеатоза, намалява телесното тегло, подобрява нивата на кръвната захар, подобрява чернодробната функция и намалява нивата на С-реактивен протеин. Това подкрепя възможността добавки на базата на С. Vulgaris да се използват като потенциална адювантна терапия при стеатозата.

Други видове микроводорасли също са показали защитни ефекти.

Освен пептидите, в експериментални модели с индуцирана стеатоза, полезност е доказана и за мастните киселини, каротеноиди, полизахариди, тритерпеноиди и фенолни съединения.

В заключение, авторите застават зад мнението, че биоактивните съединения на микроводораслите имат потенциал да предотвратят появата, да намалят тежестта на проявите и риска от рецидиви на свързани с начина на хранене състояния, като възпалителното заболяване на червата и неалкохолната мастна чернодробна болест.

Перспективи

Необходимо е:

• Усъвършенстване на методите за екстракция, пречистване и разделяне на протеини и пептиди от други фракции
• Замяна на сега използваните in vitro методи с in vivo методи (върху животни и хора) за оценка на смилаемостта
• Да се установи биодостъпността, бионаличността и биоактивността на екстрахираните метаболити, за да е възможна употреба при хора.
• Да се докаже липсата на замърсители, алергени или опасни вещества, вкл. генерирани по време на обработката.