Význam beta-glukanů v humánní výživě

Aneta Rezková

Bachelor's thesis

The importance of beta-glucans in human nutrition

Abstract:

Beta-glukany jsou přírodní polysacharidy s různým stupněm polykondenzace. Jsou tvořeny lineární molekulou obsahující (1→3)-β-D-glykosidové vazby, případně větvenou molekulou, obsahující také (1→6)-β-D-glykosidové vazby. Na téma beta-glukany byl proveden velký počet studií, které poukazují na jejich pozitivní vliv především na imunitní systém, kde se využívají jejich imunomodulační účinky. Poprvé byly beta-glukany identifikovány jako imunomodulátory přibližně v roce 1941 v západní medicíně. Byl popsán zymosan, který působil jako modulátor nespecifických imunitních odpovědí. Z počátku nebyla jeho aktivní složka známa, při hlubší studii bylo zjištěno, že aktivní biologické vlastnosti zymosanu způsobuje především beta-glukan, který byl dále izolován a sledován samostatně. Beta-glukany chrání lidské tělo před napadením patogenními mikroby a před škodlivými účinky toxinů z okolního prostředí. Nejsou v lidském organismu syntetizovány, proto jsou humánním imunitním systémem rozpoznávány jako nepůvodní molekuly, což vyvolává vrozené i adaptivní imunitní odpovědi. Byly charakterizovány dva membránové receptory, které spouštějí reakce na přítomnost beta-glukanů v organismu. První z nich je dektin-1 receptor, umístěný na makrofázích a receptor-2 neboli iC3b. Dále byl také zkoumán pozitivní vliv beta-glukanů při prevenci a kontrole obezity, metabolického syndromu (MetS), při léčbě rakoviny, kardiovaskulárních chorob či diabetu. Ve světě roste trend úmrtnosti na tyto choroby, zejména v zemích s nízkými příjmy a může to být částečně připsáno právě špatným stravovacím návykům. Beta-glukany mají rozsáhlé možnosti léčebné aplikace ve zdravotnictví nejen pro člověka, ale také pro bezobratlé, hlodavce, ryby a domácí hospodářská zvířata z důvodu jejich výrazné schopnosti modulovat imunitní systém. Jejich relativní molekulová hmotnost se pohybuje od desítek do tisíců kDA dle jejich původu. Rozpustnost ve vodě závisí na jejich struktuře, tedy na jejich původu, a zvyšuje se s teplotou. Obvykle se dělí na rozpustné a nerozpustné a jejich rozpustnost se zvyšuje, pokud se polykondenzace snižuje a naopak. Jsou známy beta-glukany izolované z hub, kvasinek, bakterií, řas či obilnin. Obiloviny jsou hlavním zdrojem beta-glukanů a dominují v jejich produkci. Tvoří až 30 % sušiny neškrobových polysacharidů. Nejvyšší obsah v zrnech v g na 100 g sušiny byl stanoven v ječmeni (2 – 20 g; 65% rozpustnost) a v ovsu (3 – 8 g; 82% rozpustnost). Houby jsou také vynikajícím zdrojem glukanů, ale odlišují se strukturně od beta-glukanů obilovin.Při zkoumání všech účinků beta-glukanu bylo zjištěno, že negativní působení v lidském těle je velmi vzácné. Všechna tato zjištění by měla povzbudit zvýšené úsilí o vývoj funkčních potravin obsahujících beta-glukany s cílem snížení nákladů na zdravotní péči.

Abstract:

Beta-glucans are natural polysaccharides with varying degrees of polycondensation. They consist of a linear molecule containing (1 → 3)-β-D-glycosidic bonds, or a branched molecule also containing (1 → 6)-β-D-glycosidic bonds. There have been many studies on beta-glucans that point to its positive effects, especially on the immune system, where their immunomodulatory effects are exploited. Beta-glucans were first identified as immunomodulators in about 1941 in western medicine. Zymosan has been described as a modulator of non-specific immune responses. Initially, its active ingredient was not known, in a deeper study, it was found that the active biological properties of zymosan are mainly caused by beta-glucan, which was further isolated and monitored separately. It protects the human body from attack by pathogenic microbes and from the harmful effects of toxins from the environment. They are not synthesized in the human body, so they are recognized by the human immune system as non-native molecules, which elicits innate and adaptive immune responses. Two membrane receptors have been characterized that trigger responses to the presence of beta-glucans in the body. The first is the macrophase-based dectin-1 receptor and receptor-2, also called iC3b. Furthermore, the positive effect of beta-glucans in the prevention and control of obesity, metabolic syndrome (MetS), in the treatment of cancer, cardiovascular diseases or diabetes was also investigated. The trend in mortality from these diseases is growing worldwide, especially in low-income countries, and this can be partly attributed to poor eating habits.Beta-glucans have extensive therapeutic applications not only for humans but also for invertebrates, rodents, fishes and livestock due to their significant ability to modulate the immune system. Their relative molecular weight ranges from tens to thousands of kDA depending on their origin. Water solubility depends on their structure, which means on their origin, and increases with temperature. They are usually divided into soluble and insoluble, and their solubility increases as the polycondensation decreases and vice versa.Beta-glucans isolated from fungi, yeasts, bacteria, algae or cereals are known. Cereals are the main source of beta-glucans and dominate their production. It makes up to 30% of the dry matter of non-starch polysaccharides. The highest content in grains in g per 100 g of dry matter was determined in barley (2 - 20 g; 65% solubility) and in oats (3 - 8 g; 82% solubility). Mushrooms are also an excellent source of glucans, but they differ structurally from cereal beta-glucans.Examining all the effects of beta-glucan, it has been found that adverse effects in the human body are very rare. All these findings should encourage increased efforts to develop functional foods containing beta-glucans in order to reduce healthcare costs.

Keywords

výživa, mikrobiota, zdraví člověka, beta-glukany, přírodní zdroje beta-glukanů

Keywords

beta-glucans, nutrition, microbiota, human health, natural sources of beta-glucans

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 1. 7. 2020

Thesis defence

• Supervisor: doc. Ing. Alena Hejtmánková, CSc.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Bachelor programme / field:
Agriculture, Horticulture and Rural Development / Nutrition and Foodstuffs