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Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 11399 (2023) Citare questo articolo

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Quattro isolati batterici sono stati ottenuti da sedimenti marini raccolti da Sahl Hashish, Hurghada Mar Rosso, Egitto. Questo studio è stato progettato per cercare un promettente polisaccaride naturale anti-Alzheimer; pertanto, quattro isolati sono stati sottoposti a screening per la produzione di esopolisaccaridi (EPS) e l'inibizione dell'acetilcolinesterasi. L'isolato S16 ha fornito la resa di EPS (7,51 g/L) e l'inibizione dell'acetilcolinesterasi più elevate. È stato identificato morfologicamente e geneticamente utilizzando l'analisi della sequenza genetica dell'rRNA 16S come Bacillus maritimus. È stata stimata un'analisi fisico-chimica dell'esopolisaccaride S16 (BMEPS), che ha evidenziato la presenza di acido uronico e solfato (rispettivamente 24,7% e 18,3%). L'analisi HPLC ha indicato che l'acido mannuronico, l'acido glucuronico, il glucosio e il mannosio sono presentati in un rapporto molare di 0,8:1,0:2,8:2,3, rispettivamente. Inoltre, FT-IR ha rivelato un'abbondanza di configurazioni β. Il GPC ha stimato il peso molecolare medio (Mw) pari a 4,31 × 104 g/mol. BMEPS ha inibito AChE (IC50; 691,77 ± 8,65 μg/ml), BChE (IC50; 288,27 ± 10,50 μg/ml) e tirosinasi (IC50; 3,34 ± 0,09, 14,00 ± 0,14 e 22,96 ± 1,23 μg/ml durante i periodi di incubazione di 10, 20 e 40 minuti). Ha inoltre dimostrato un'azione antinfiammatoria selettiva contro la COX-2 piuttosto che contro la COX-1. Inoltre, BMEPS ha mostrato capacità antiossidanti come scavenger di radicali liberi e specie reattive dell'ossigeno (ROS), chelante di metalli, agente riducente e soppressore della perossidazione lipidica. Queste attività sono dovute alla distinta composizione chimica. I risultati di questo studio indicano che il BMEPS potrebbe essere considerato un promettente materiale anti-malattia di Alzheimer (AD) in un modello in vitro, che lo qualifica per studi avanzati in vivo nella scoperta di trattamenti alternativi per l'Alzheimer.

La sostanza organica più diffusa al mondo è il polisaccaride1. I polisaccaridi sono macromolecole biologiche comuni che prendono parte a un'ampia gamma di funzioni fisiologiche nell'uomo. Svolge un'ampia gamma di funzioni biologiche, compreso il controllo della funzione immunologica, della pressione sanguigna, della glicemia e della circolazione del sangue1. I polisaccaridi industriali derivano spesso da piante, animali, alghe e microbi. I microrganismi secernono polimeri solubili o insolubili chiamati EPS2. Inoltre, i microrganismi sono considerati strutture altamente riproducibili tra tutti i fornitori di polisaccaridi e sono strettamente regolamentati, mentre le strutture degli esopolisaccaridi (EPS) prodotte da fonti vegetali e animali sono influenzate dalle circostanze climatiche, ambientali e di alimentazione. Principalmente, gli ambienti marini costituiscono un ambiente ampio e distintivo in cui diverse popolazioni batteriche sono necessarie per funzioni essenziali per la sopravvivenza dell'ecologia del pianeta. D'altro canto, gli EPS sono spesso utilizzati come agenti viscosizzante, stabilizzante, gelificante o emulsionante nell'industria alimentare a causa delle loro qualità fisiche e reologiche distintive2. I polisaccaridi microbici vengono incorporati in nuovi bersagli, come bioflocculanti, bioassorbenti, rimozione di metalli pesanti e agenti di rilascio di farmaci3. Inoltre, le azioni antitumorali, antivirali, immunostimolanti e antinfiammatorie sono tra gli effetti biologici degli EPS4. Tra i microrganismi, Bacillus sap. producono molti tipi di EPS come levan, β-(1,3)-glucano5, EPS acido da B. amyloliquefaciens marino 3MS 20176 ed EPS acido da Bacillus sp. NRC57. Alcuni Bacillus EPS hanno dimostrato eccezionali proprietà emulsionanti, flocculanti, di rimozione dei metalli pesanti o medicinali5.

L'AD è una malattia cronica correlata alla neurodegenerazione8. Attualmente, a circa ≃ 50 milioni di persone viene diagnosticata la malattia di Alzheimer e si prevede che entro il 2050 questa cifra supererà i 130 milioni9. Le anomalie associate a diverse importanti operazioni fisiologiche sono responsabili della tossicità multidimensionale, che comprende anche tossicità colinergica, carico di amiloide, tossicità da ioni metallici, tossicità tau, danno biomolecolare, stress ossidativo, indignazione immunitaria, tossicità neurovascolare, disomeostasi degli ioni calcio, disfunzione linfatica. , disfunzioni mitocondriali, tossicità mediata dall'α-sinucleina, malfunzionamenti sinaptici, tossicità di membrana, malfunzionamenti dell'apoptosi, deterioramento dell'attività della telomerasi, modificazioni post-traduzionali aberranti, squilibrio microbico e infezione, iperglicemia, stress del reticolo endoplasmatico, ipercolesterolemia, malfunzionamenti dell'autofagia, rischio genetico e resistenza all’insulina e diabete10. Nel sistema nervoso centrale (sistema nervoso centrale), in condizioni normali, gli ioni metallici (CuII, ZnII e FeIII) svolgono il ruolo di cofattori per gli enzimi e forniscono funzioni mitocondriali e neuronali11. Al contrario, ZnII, CuII e FeII si coordinano con Aβ e accelerano l'accumulo di amiloide e la formazione di placche metallo-dipendenti. I complessi Aβ-Cu e Aβ-Fe inducono la produzione di specie intermedie reattive in eccesso (RIS). I RIS sono componenti cruciali per indurre stress ossidativo e neuroinfiammazione8. Pertanto, la scoperta di materiali chelanti metallici rappresenta un approccio terapeutico promettente. La sovrapproduzione di RIS (radicale superossido, perossido di idrogeno, radicale idrossile, ossido nitrico, perossinitrito e acido ipocloroso) favorisce uno stress ossidativo critico che danneggia i lipidi e le proteine, portando alla morte neuronale. I tessuti cerebrali dell'AD soffrono notevolmente di livelli RIS eccessivi8. Gli ioni metallici redox-attivi (CuII e FeIII) catturano il peptide Aβ, stabilizzano le specie oligomeriche e funzionano come deposito per produrre un eccesso di RIS12. Pertanto, lo stress ossidativo è la base dello sviluppo dell'AD e un potenziale bersaglio nei trattamenti dell'AD10. La membrana plasmatica neuronale contiene un'elevata quantità di acidi grassi polinsaturi che sono suscettibili alla perossidazione da parte del RIS, che induce componenti neurotossici come il 4-idrossinonenale13. Nel tessuto cerebrale di AD, i microdomini del colesterolo mediato dallo stress ossidativo inibiscono la vitamina E antiossidante nella membrana lipidica. Sulla base della spiegazione precedente, lo stress ossidativo è il passaggio chiave nelle disfunzioni cellulari correlate all’AD. Parallelamente, è stato dimostrato che molti polisaccaridi ottenuti da organismi hanno capacità antiossidanti, tra cui i) la cattura di ioni metallici (CuII, ZnII e FeIII); ii) inibizione della produzione di ROS e RNS; iii) protezione dei lipidi dalla perossidazione; e iv) neutralizzazione dei radicali liberi. Ad esempio, l'EPS di Adansonia digitata14, l'EPS di Novel Bacillus sp. M315, EPS da paenibacillus lactes NRC116, EPS da B. amyloliquefaciens 3MS 20176 ed EPS da Bacillus sp. NRC57. D’altra parte, i neuroni colinergici svolgono un ruolo cruciale in una varietà di processi cognitivi, tra cui la memoria, l’attenzione, la risposta e l’elaborazione delle informazioni sensoriali. La compromissione dei neuroni colinergici è associata a tossicità colinergica. Pertanto, il miglioramento della neurotrasmissione colinergica rimane l’approccio principale nel trattamento sintomatico dei disturbi cognitivi e comportamentali nelle prime fasi dell’AD10. Quando l'acetilcolinesterasi (AChE) è presente nella fessura sinaptica, l'acetilcolina si idrolizza in colina e acido acetico. Gli enzimi colina acetiltransferasi (ChAT) e AChE controllano la sintesi e la degradazione dell'ACh10. Il difetto nell’attività ChAT o l’iperattività dell’AChE nei pazienti con AD induce una riduzione ponderata del contenuto di ACh nella fessura sinaptica nella corteccia, nell’ippocampo e nell’amigdala. Pertanto, la riparazione delle malformazioni neuronali colinergiche è un obiettivo per migliorare i disturbi cognitivi nei pazienti con AD. Di conseguenza, gli inibitori dell’AChE prevengono l’idrolisi dell’ACh cerebrale, che aumenta le concentrazioni di ACh cerebrale e migliora il deficit di neurotrasmissione colinergica cerebrale. Molti polisaccaridi provenienti da organismi hanno un effetto inibitorio sull’AChE, come l’EPS dell’Achromobacter piechaudii NRC217, gli EPS dell’Isochrysis galbana e del Nannochronopsis oculate18 e i polisaccaridi dei funghi19.