Προσδιορισμός και ποσοτικοποίηση φαινολικών ενώσεων σε επεξεργασμένους καρπούς ελιάς (Olea europaea subsp. europaea), συσχέτιση φαινολικών ενώσεων με νευροεκφυλιστικές ασθένειες και πολυδιάστατη φυλογενετική ανάλυση γονιδιωματικών δεδομένων της Olea europaea L.

Abstract

Σκοπός της παρούσας διατριβής ήταν η μελέτη της επίδρασης της επεξεργασίας των καρπών στην συγκέντρωση των σημαντικότερων φαινολικών ενώσεων του καρπού της ελιάς, ποικιλίας ‘Καλαμών’, ο σχεδιασμός μίας πρότυπης in silico προσέγγισης με σκοπό την προσπάθεια ομαδοποίησης και ανακάλυψης σχεσιακών κόμβων εντός του γένους Olea και η συσχέτιση μίας από τις σημαντικότερες φαινολικές ενώσεις του καρπού της ελιάς με πρωτεΐνη που σχετίζεται με νευροεκφυλιστική ασθένεια. Στο πρώτο κεφάλαιο, μελετήθηκαν οι αλλαγές στην συγκέντρωση των σημαντικότερων φαινολικών ενώσεων στον καρπό της ελιάς, ποικιλίας ‘Καλαμών’, μέσω ανάλυσης σε φρέσκους καρπούς και καρπούς με τις μεθόδους επεξεργασίας καρπών ελληνικού και ισπανικού τύπου. Για την υλοποίηση της μελέτης χρησιμοποιήθηκαν δύο αναλυτικές μέθοδοι, η μέθοδος παράταξης φωτοδιόδων (HPLC-DAD) και η μέθοδος δίδυμης φασματομετρίας μάζας (LC-(ESI)-MS/MS). Οι φαινολικές ενώσεις που ταυτοποιήθηκαν και ποσοτικοποιήθηκαν ήταν η υδροξυτυροσόλη, η τυροσόλη, ο βερμπασκοζίτης, η ρουτίνη, η ελευρωπαΐνη και η λουτεολίνη. Και οι δύο μέθοδοι επεξεργασίας που χρησιμοποιήθηκαν άλλαξαν τη συγκέντρωση των φαινολικών ενώσεων στους καρπούς της ελιάς, ποικιλίας ‘Καλαμών’, σε σύγκριση με τους μη επεξεργασμένους καρπούς. Κυρίαρχη φαινολική ένωση στους φρέσκους καρπούς ήταν η ρουτίνη, ενώ στους επεξεργασμένους καρπούς ο βερμπασκοζίτης. Και με τις δύο μεθόδους επεξεργασίας καρπού, παρατηρήθηκε στατιστικώς σημαντική αύξηση στη συγκέντρωση του βερμπασκοζίτη και της υδροξυτυροσόλης, και στατιστικώς σημαντική μείωση στη συγκέντρωση της ρουτίνης, ανεξάρτητα από την αναλυτική μέθοδο που χρησιμοποιήθηκε. Στο δεύτερο κεφάλαιο (πείραμα Α) περιγράφεται μία in silico προσέγγιση που συνδυάζει υπολογιστικές μεθόδους και εργαλεία από την εξόρυξη γονιδιακών δεδομένων ως την ταξινόμηση οντολογιών και την γενετική συσχέτιση, με σκοπό την προσπάθεια ομαδοποίησης και ανακάλυψης σχεσιακών κόμβων εντός του γένους Olea. Η σύντηξη και η ανάλυση όλων των διαθέσιμων νουκλεοτιδικών δεδομένων της ελιάς, είναι ένα βήμα υψηλής σημασίας για την ταξινόμηση και τον χαρακτηρισμό των ποικιλιών ελιάς, προς μία ολοκληρωμένη προσέγγιση στα πλαίσια της ασφάλειας τροφίμων και της δημόσιας υγείας. Η παρούσα μελέτη είναι ένα πρώτο βήμα για τον χειρισμό και την ανάλυση ακατέργαστων νουκλεοτιδικών δεδομένων φυτών. Ο στόχος του πειράματος ήταν η κάλυψη κενών σε τέτοιου είδους αναλύσεις μέσω φιλτραρίσματος, ομαδοποίησης, ταξινόμησης και γενετικής συσχέτισης των διαθέσιμων γονιδιακών πληροφοριών. Πραγματοποιήθηκε μία μεθοδολογία εξόρυξης και ανάλυσης των διαθέσιμων γονιδιωματικών δεδομένων του γένους Olea που μπορεί να βοηθήσει επιπλέον στην καλύτερη κατανόηση των γονιδιωματικών αλληλουχιών των φυτών. Στο πείραμα Β του δευτέρου κεφαλαίου, μελετήθηκε η σχέση της φαινολικής ένωσης τυροσόλης με την πρωτεΐνη τυροσινάση, η οποία σχετίζεται με την νευροεκφυλιστική νόσο Parkinson. Η ανάλυση πραγματοποιήθηκε μέσω υπολογιστικού μοριακού περιβάλλοντος, ως παράδειγμα της κατανόησης του ευεργετικού ρόλου των φαινολικών ενώσεων στην αντιμετώπιση ασθενειών.

The purpose of the dissertation was to study the effect of fruit processing on the concentration of the most important phenolic compounds present in the olive fruit of ‘Kalamon’ variety, to design an in- silico model approach in order to group and discover relational nodes within the genus Olea and to correlate one of the major phenolic compounds of the olive fruit with a protein associated with a neurodegenerative disease. In the first chapter, changes in the concentration of the most important phenolic compounds were quantified in fresh, Greek-style and Spanish-style processed olive fruits of cv. ‘Kalamon’, using two different analytical methods for identification and quantification: high- performance liquid chromatography diode array detector (HPLC-DAD) and ultrahigh-performance liquid chromatography tandem mass spectrometry (LC-(ESI)-MS/MS). The phenolic compounds that were identified and quantified were hydroxytyrosol, tyrosol, verbascocide, rutin, oleuropein and luteolin. Both processing methods used altered the phenolic compounds concentration in ‘Kalamon’ olive fruits compared to untreated fruits. The dominant phenolic compound in fresh fruits was rutin, while verbascocide was the dominant phenolic compound in the processed fruits. In both analytical methods, a statistically significant increase in verbascoside and hydroxytyrosol concentration and a statistically significant decrease in rutin concentration was observed in both, Greek-style and Spanish-style, processed olive fruits. In the second chapter, an in-silico approach was used that combines methods from data mining and machine learning pipelines to ontology classification and semantic annotation. Fusing and analysing all available olive tree data is a step of uttermost importance in classifying and characterising the various cultivars, towards a comprehensive approach under the context of food safety and public health. The present study is an important precursor for handling and analysing raw genomics and genetics data from plants. The aim is to fill in the gaps in such analysis through filtering, clustering and classification with the use of ontology terms to discover the relational nodes of the available information. A data mining pipeline was performed in available genomic data of several species of the Olea genus, and we have developed an approach that may help to annotate plant genomic sequences better. In experiment B of the second chapter, the association of the phenolic compound tyrosol with the protein tyrosinase, which is associated with the neurodegenerative disease Parkinson's, was carried out. The experiment was carried out through a computational molecular environment, as an example of understanding the beneficial role of phenolic compounds in the treatment of diseases.