In vitro ανοσορυθμιστικές και αντιυπερτασικές ιδιότητες μικροφυκών και καινοτόμου προϊόντος επιδορπίου γιαουρτιού εμπλουτισμένο με συστατικά της Spirulina platensis

Abstract

Τα «λειτουργικά τρόφιμα» παρουσιάζουν αυξημένη ζήτηση τα τελευταία χρόνια. Φωτοσυνθετικοί μικροοργανισμοί, όπως τα μικροφύκη, προσελκύουν το ενδιαφέρον του κλάδου των τροφίμων καθώς πέρα από την υψηλή θρεπτική τους αξία, περιέχουν πληθώρα βιοδραστικών ουσιών που ασκούν δράσεις όπως αντιυπερτασική, ανοσορυθμιστική, αντικαρκινική, αντιοξειδωτική κ.α. Τα γαλακτοκομικά προϊόντα ζύμωσης, επιφέρουν επίσης πολλαπλά οφέλη για την υγεία μέσω βιοενεργών πεπτιδίων που προέρχονται από τις πρωτεΐνες τους. Συνεπώς, η ενσωμάτωση των μικροφυκών σε γαλακτοκομικά προϊόντα, όπως το γιαούρτι, πιθανόν να αποτελέσει μια πολλά-υποσχόμενη στρατηγική για την ανάπτυξη καινοτόμων τροφίμων με βελτιωμένο διατροφικό προφίλ και θετικές επιδράσεις στην υγεία του ανθρώπου. Στα πλαίσια της παρούσας μεταπτυχιακής μελέτης αξιολογήθηκαν οι ανοσορυθμιστικές ιδιότητες πεπτιδικών κλασμάτων (0-3 kDa) που απομονώθηκαν ύστερα από in vitro προσομοίωση πέψης των μικροφυκών Arthrospira (Spirulina) platensis και Chlorella vulgaris με διαφορετικές συγκεντρώσεις σιδήρου (Fe) (61 mg Fe /L και 183 mg Fe /L), καθώς και ανοσορυθμιστικές και αντιυπερτασικές ιδιότητες καινοτόμων προϊόντων επιδορπίου γιαουρτιού εμπλουτισμένων με βιομάζα/ πρωτεϊνικό εκχύλισμα της Spirulina platensis (YSB/YSE) και επιδορπίου γιαουρτιού με μερική αντικατάσταση του ζωικού λίπους με λιπαρά συστατικά του μικροφύκους (YL). Επιπλέον, μελετήθηκε η επίδραση των διαφορετικών συγκεντρώσεων σιδήρου των μικροφυκών στη διαλυτότητα του Fe. Η ανοσορυθμιστική δράση των πεπτιδίων προσδιορίστηκε από τη σχετική έκφραση μιας σειράς γονιδίων και μεταγραφικών παραγόντων που σχετίζονται με την επαγωγή της ανοσιακής απόκρισης, με την τεχνική qPCR, από διαφοροποιημένα και διεγερμένα με λιποπολυσακχαρίτη (LPS) THP-1 κύτταρα που εκτέθηκαν στα πεπτίδια. Οι αντιυπερτασικές ιδιότητες προσδιορίστηκαν από την ικανότητα των πεπτιδίων να αναστέλλουν τη δράση του ενζύμου ACE (Angiotensin-Converting Enzyme). Τέλος, η διαλυτότητα του σιδήρου (Fe) στα δείγματα μικροφυκών προσδιορίστηκε από τη μέτρηση της συγκέντρωσης δισθενούς σιδήρου (Fe2+) σε αυτά, με τη μέθοδο της φερροζίνης. Τα βασικά ευρήματα έδειξαν πως η Spirulina platensis με 183 mg Fe/L επάγει την ανοσολογική απόκριση των κυττάρων μέσω έκφρασης της ισχυρά αντί-φλεγμονώδους κυτοκίνης IL-10, των γονιδίων TNF-a, IL-6, MCP-1 και του μεταγραφικού παράγοντα NF-κΒ. Αντιθέτως, η μείωση στην έκφραση της IL-10 με την αύξηση της συγκέντρωσης του Fe στη Chlorella vulgaris, υποδεικνύει μειωμένη απόκριση των κυττάρων στη φλεγμονή. Τα δείγματα επιδορπίων γιαουρτιού YSB και YSE εκδήλωσαν πιθανή αντιφλεγμονώδη δράση μέσω μείωσης της έκφρασης του παράγοντα TGF-β, ενώ το δείγμα YL προκάλεσε προ-φλεγμονώδη απόκριση ενισχύοντας την έκφραση της προ-φλεγμονώδης IL-1β συγκριτικά με το γιαούρτι μάρτυρα (ΥC). Όσον αφορά τις αντιυπερτασικές ιδιότητες, όλα τα υπό μελέτη δείγματα έδειξαν υψηλή ACE-ανασταλτική δράση. Ωστόσο στα δείγματα YSB και YSE παρατηρήθηκε στατιστικώς σημαντική μείωση της ACE-ανασταλτικής δράσης σε σχέση με τα δείγματα. YC, PSB και PSE Τέλος, ο εμπλουτισμός με Fe και για τα δύο είδη μικροφυκών φάνηκε να μειώνει σημαντικά τη διαλυτότητά του. Συνεπώς, η Spirulina platensis μπορεί να αποτελέσει πηγή βιοενεργών ουσιών και να χρησιμοποιηθεί ως συστατικό βιολειτουργικών προϊόντων που προάγουν την υγεία. Περαιτέρω έρευνα κρίνεται αναγκαία ώστε να διερευνηθεί εκτενέστερα ο μηχανισμός δράσης των βιοενεργών ουσιών καθώς και οι αλληλεπιδράσεις των μικροφυκών με τα συστατικά των τροφίμων.

In recent years “functional foods” has been in great demand. Photosynthetic microorganisms, such as microalgae, are attracting increasing attention as in addition to their nutritional value, they contain bioactive compounds that may exert functions such as antihypertensive, immunoregulatory, anticancer, antioxidant etc. Fermented dairy products, also provide health benefits through bioactive peptides encrypted in their proteins. In this context, incorporation of microalgae into dairy products, such as yoghurt, may have a potential to develop innovative food products with improved nutritional profile and positive effects on human health. The objective of this study was to evaluate the immunoregulatory properties of peptide fractions (0-3 kDa) isolated after in vitro digestion of microalgae Arthrospira (Spirulina) platensis and Chlorella vulgaris with different iron (Fe) concentrations (61 mg Fe /L και 183 mg Fe /L), as also immunoregulatory and antihypertensive properties of some innovative yoghurt dessert products enriched with Spirulina platensis biomass/protein extract (YSB/YSE) and yoghurt dessert with partial replacement of dairy fat with fatty components of the microalgae (YL). In addition, the effect of different microalgae iron concentrations on Fe solubility was studied. The immunoregulatory activity of peptides was determined by relative expression of genes and transcription factors related to the induction of immune responses by qPCR, from LPS-treated and differentiated THP-1 cells exposed to peptides. Antihypertensive properties were determined by the ability of peptides to inhibit the action of angiotensin-converting enzyme (ACE). Finally, the solubility of iron in microalgae samples was determined by measuring the concentration of divalent iron in them, by ferrozine assay. According to the results, Spirulina platensis with 183 mg Fe/L induces the immune response of cells through the expression of anti-inflammatory cytokine IL-10, genes TNF-a, IL-6, MCP-1 and the transcription factor NF-κΒ. In contrast, decrease in IL-10 expression with increasing Fe concentration of Chlorella vulgaris indicates a reduced cellular response to inflammation. YSB and YSE samples exhibited potential anti-inflammatory activity by inducing the expression of TGF-β, while the YL sample induced pro-inflammatory response by enhancing the expression of pro-inflammatory IL-1β compared to the control yoghurt (YC). Regarding antihypertensive properties, all studied samples showed high ACE-inhibitory activity. However, in YSB and YSE samples a statistically significant decrease in ACE-inhibitory activity was observed relative to samples YC, PSB and PSE. Finally, Fe enrichment for both microalgae species appeared to reduce its solubility. Consequently, Spirulina platensis may constitute a source of bioactive substances and a suitable ingredient in bio-functional health-promoting food products. Further research is needed to investigate more the mechanism of action of bioactive compounds, as well as interactions of microalgae with food compounds.