Extraction and cross-flow ultrafiltration tailor molecular architecture, antioxidant activities and immunostimulatory properties of fucoidans from Sargassum angustifolium
تُظهر هذه الدراسة أن تجزئة الفوكويدان المستخلص من طحلب *Sargassum angustifolium* بالتتابع عبر الترسيب بالإيثانول والترشيح الفائق بالتدفق العرضي تقلل بفعالية من عدم التجانس الهيكلي لتكشف أن أجزاءً فرعية محددة من الوزن الجزيئي، ولا سيما في نطاق 2-10 كيلو دالتون، تُظهر أنشطة فائقة في مضادات الأكسدة والتحفيز المناعي مدفوعة بتفاعل تآزري بين البنية الجزيئية، والارتباط بالكبريتات، وتكوين السكريات الأحادية.
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي للبحث أدناه. لم يكتبه المؤلفون ولم يصادقوا عليه. وللتحقق من الدقة التقنية، يرجى الرجوع إلى البحث الأصلي. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
يُعد المحيط مكتبة شاسعة من المركبات الكيميائية، التي تطورت العديد منها لمساعدة الحياة البحرية على البقاء في البيئات المالحة القاسية. ومن بين أكثر هذه المركبات واعدة هي السكريات المعقدة الموجودة في الطحالب البنية، والمعروفة باسم "الفوكويدان" (fucoidans). هذه الجزيئات ليست مجرد سلاسل بسيطة؛ فهي مزينة بكثافة بمجموعات الكبريتات، مما يمنحها شحنة كهربائية قوية، وهي مبنية من مزيج من وحدات سكرية مختلفة. لطالما عرف العلماء أن مستخلصات هذه الطحالب يمكن أن تعزز جهاز المناعة وتحارب الجذور الحرة الضارة في الجسم، وهي جزيئات غير مستقرة تسبب تلف الخلايا. ومع ذلك، كانت العقبة الرئيسية دائمًا هي أن الفوكويدان الطبيعي عبارة عن خليط فوضوي؛ فهو يحتوي على آلاف النسخ المختلفة من الجزيء، وتتفاوت أحجامها وأشكالها بشكل هائل. وهذا يجعل من المستحيل تقريبًا معرفة أي جزء من الخليط هو الذي يقوم بالعمل، أو كيفية صنع دواء أو مكمل غذائي ثابت. ولحل هذه المشكلة، يحتاج الباحثون إلى فرز الخليط إلى مجموعات أصغر وأكثر نقاءً ومعرفة كيفية سلوك كل مجموعة.
لقد وضع فريق من العلماء في جامعة تربت مودارس في إيران هدفًا للقيام بذلك تمامًا باستخدام الفوكويدان المستخرج من نوع معين من الطحالب البنية يسمى (Sargassum angustifolium)، والذي تم جمعه من سواحل بحر عمان. كان هدفهم هو أخذ المستخلص الخام والمعقد وتقسيمه بعناً إلى مجموعات متميزة بناءً على الحجم، ثم اختبار كل مجموعة لمعرفة أي منها الأفضل في تعزيز جهاز المناعة وأيها الأفضل في العمل كمضاد للأكسدة. لقد بدأوا باستخدام حيلة بسيطة ولكنها فعالة: إضافة الكحول إلى ماء الطحالب. ومن خلال زيادة كمية الكحول تدريجيًا، تسببوا في خروج جزيئات سكر بأحجام مختلفة من المحلول في أوقات مختلفة. هذه العملية، التي تسمى "الترسيب"، سمحت لهم بفصل مستخلص الطحالب إلى ثلاث دفعات رئيسية: دفعة خرجت مع كمية قليلة من الكحول، ودفعة مع كمية متوسطة، ودفعة تطلبت كمية عالية من الكحول لتنفصل.
كانت نتائج هذا الفصل الأول كاشفة. فالدفعة التي خرجت مع أقل تركيز من الكحول تبين أنها الأكبر والأكثر فعالية في تنشيط الخلايا المناعية. وعندما اختبر الباحثون هذه الدفعة المحددة على خلايا مناعية من الفئران تُعرف باسم "البلعميات" (macrophages)، حفزت إنتاج أكسيد النيتريك، وهو جزيء إشارة رئيسي يستخدمه الجسم لمحاربة العدوى، بشكل أكثر فعالية من أي دفعة أخرى. ومن ناحية أخرى، كانت الدفعة التي تطلبت أعلى تركيز من الكحول للانفصال هي الأصغر والأخف وزنًا. وقد أثبت هذا الجزء الصغير أنه البطل في تحييد الجذور الحرة، حيث أظهر القدرة الأقوى على تنظيف الإجهاد التأكسدي الضار في الاختبارات المختبرية. وقد أكدت الدراسة أن الحجم مهم للغاية: فالجزيئات الكبيرة كانت أفضل في التواصل مع الخلايا المناعية، بينما كانت الجزيئات الصغيرة أفضل في التنظيف الكيميائي.
ومع ذلك، أدرك العلماء أن هذه الدفعات المنفصلة لا تزال مختلطة للغاية لتكون مفيدة حقًا في التطبيقات الدقيقة. فالدفعة الكبيرة، رغم كونها الأفضل في تحفيز المناعة، لا تزال تحتوي على نطاق واسع من الأحجام. وللحصول على صورة أوضح، أخذوا هذه الدفعة الواعدة الأكثر قدرة على تمريرها عبر نظام ترشيح متخصص باستخدام أغشية ذات ثقوب صغيرة. هذه العملية، التي تسمى "الترشيح الفائق بالتدفق العرضي" (cross-flow ultrafiltration)، عملت مثل سلسلة من المناخل، حيث قامت بفرز الجزيئات إلى ثلاث مجموعات أكثر ضيقًا: صغيرة، ومتوسطة، وكبيرة. سمحت هذه الخطوة برؤية تأثير الحجم بدقة أكبر بكثير.
كانت النتائج من هذا الفرز الثاني، الأكثر تفصيلًا، مذهلة. فالمجموعة الأصغر، التي تحتوي على جزيئات تتراوح بين 2 و10 كيلو دالتون، تبين أنها الأقوى على الإطلاق. فهي لم تحافظ فقط على القدرة على محاربة الجذور الحرة، بل تفوقت أيضًا على الدفعة الكبيرة الأصلية في قدرتها على تنشيط الخلاوايا المناعية. وعندما فحص الباحثون الخلايا التي عولجت بهذا الجزء الصغير، وجدوا زيادة كبيرة في بروتين (CD86)، وهو علامة على سطح الخلايا المناعية تشير إلى أنها مستعدة للقتال. كان هذا اكتشافًا حاسمًا لأنه تحدى الافتراض القديم بأن الجزيئات الأكبر هي دائمًا الأفضل لتحفيز المناعة. بدلاً من ذلك، أظهرت الدراسة أن تكسير الجزيئات الكبيرة إلى حجم أصغر محدد يجعلها في الواقع أكثر فعالية في كلا المهمتين.
كما فحص الباحثون التركيب الكيميائي لهذه المجموعات لفهم سبب اختلاف سلوكها. ووجدوا أن عملية الفصل لم تكتفِ بالفرز حسب الحجم فحسب، بل غيرت أيضًا التركيب الكيميائي للمجموعات. فقد كان الجزء الأصغر غنيًا بسكر يسمى "الجلوكوز" وكان يحتوي على نسبة عالية جدًا من الكبريتات، بينما احتفظت الأجزاء الأكبر بمزيد من سكريات "الفوكوز" و"الجالاكتوز" الأصلية. ورغم افتقار الجزء الصغير لنسبة كافية من سكر "الفوكوز" التقليدي، إلا أنه كان الأفضل أداءً. وهذا يشير إلى أن الشكل الفيزيائي وحجم الجزيء أكثر أهمية من كمية نوع واحد من السكر. ويبدو أن الجزيئات الأصغر أكثر مرونة وقدرة على الحركة بسهولة أكبر، مما يسم يسمح لها بالتفاعل بكفاءة أكبر مع الجذور الحرة ومستقبلات الخلايا المناعية.
في النهاية، يوضح هذا العمل أن القوة البيولوجية لمستخلصات الطحالب ليست خاصية واحدة، بل هي نتيجة لكيفية بناء الجزيئات وحجمها. وتثبت الدراسة أنه من خلال التحكم الدقيق في حجم هذه الجزيئات، يمكن للعلماء تخصيصها لمهام محددة. فإذا كان الهدف هو إنشاء مكمل غذائي لتعزيز جهاز المناعة، فقد يكون نطاق حجم أصغر محدد هو المفتاح. وإذا كان الهدف هو إنشاء مضاد للأكسدة، فقد يكون حجم مختلف هو الأنسب. وخلص الباحثون إلى أن طريقتهم التي تجمع بين الفصل بالكحول والترشيح الغشائي هي طريقة عملية وقابلة للتوسع لإنتاج هذه المكونات المخصصة. وينقل هذا النهج المجال بعيدًا عن استخدام مستخلصات الطحالب الخام وغير المتسقة، نحو إنشاء مكونات دقيقة وعالية الجودة يمكن استخدامها بشكل موثوق في المنتجات الغذائية والطبية والصحية.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.