Skvalén je prírodná látka, ktorá vďaka svojim špecifickým fyzikálno-chemickým vlastnostiam nachádza významné uplatnenie v potravinárskom, kozmetickom a farmaceutickom priemysle. Táto zlúčenina sa vyskytuje u všetkých rastlín, živočíchov a húb ako medziprodukt v syntéze sterolov.
„V bežných podmienkach je však skvalén rýchlo metabolizovaný a jeho hladiny v bunkách bývajú preto veľmi nízke. Hlavným prírodným zdrojom skvalénu je pečeň hlbokomorských žralokov, využívanie tohto zdroja však naráža na environmentálne obmedzenia (ochrana podmorskej fauny, kontaminácia chemickými látkami). V menších množstvách sa skvalén vyskytuje aj v semenách niektorých rastlín. Významným potenciálnym zdrojom skvalénu sú preto aj kvasinky, u ktorých sa dá dosiahnuť jeho akumulácia v špecifických kultivačných podmienkach alebo pomocou genetickej modifikácie metabolickej dráhy syntézy kvasinkového sterolu – ergosterolu,“ uvádza RNDr. Ivan Hapala, CSc., Centrum biovied SAV, zodpovedný riešiteľ projektu Úloha lipidových partikúl v biotechnologickej produkcii skvalénu kvasinkami.
Projekt je súčasťou ich dlhodobého záujmu o využitie kvasiniek na biotechnologickú produkciu skvalénu.
„Akumulovaný skvalén sa u kvasiniek ukladá do lipidových častíc, ktoré predstavujú hlavnú bunkovú organelu pre skladovanie lipidov. Pri navrhovaní projektu sme vychádzali z predpokladu, že zvýšenie obsahu lipidových častíc v kvasinkovej bunke by mohlo viesť k vyššej produkcii skvalénu pre biotechnologické účely. Na druhej strane, v našom laboratóriu sme zistili, že pri narušení ukladania skvalénu do lipidových častíc sa u kvasiniek prejavujú poruchy v delení buniek a pri vysokej akumulácii skvalénu prichádza k smrti buniek. To naznačuje, že za týchto podmienok je skvalén pre bunky toxický a lipidové častice sa dajú chápať ako organely pre jeho detoxifikáciu.“
V projekte sa teda vedci zameriavajú hlavne na dva aspekty účasti lipidových častíc v akumulácii skvalénu. Prvým je zvýšenie schopnosti akumulovať skvalén cestou stimulácie tvorby lipidových častíc ako skladovacích organel, druhým je skúmanie toxicity skvalénu ako možného limitujúceho faktora pri produkcii skvalénu v kvasinkách.
Pri skúmaní obsahu lipidových častíc ako prostriedku na zvýšenie akumulácie skvalénu v kvasinke Saccharomyces cerevisiae v spolupráci s laboratóriom prof. R. Schneitera z University of Fribourg vedci zistili, že samotná akumulácia skvalénu nestačí pre tvorbu lipidových partikúl. Pri výskume mechanizmov toxicity skvalénu ako možného limitujúceho faktora pri jeho produkcii v kvasinkách vychádzali z pozorovania, že v kvasinkových bunkách neschopných tvoriť lipidové častice sa akumulovaný skvalén nachádza vo zvýšenej miere v bunkových membránach. Jedna z hypotéz bola, že toxicita skvalénu súvisí s narušením funkcie týchto membrán.
„Tento predpoklad sme potvrdili pre plazmatickú membránu, u ktorej sa akumulácia skvalénu prejavila zvýšenou citlivosťou k membránovo aktívnym látkam, citlivosťou k osmotickému šoku, zvýšenou permeabilitou a poruchami v tvorbe a udržiavaní membránového potenciálu. Toxicita skvalénu sa však v bunke prejavuje na viacerých úrovniach. Naše ďalšie výsledky ukazujú, že v bunkách bez lipidových častíc je akumulácia skvalénu spojená so zvýšenou tvorbou reaktívnych foriem kyslíka, ktoré môžu spôsobovať oxidatívne poškodenie bunky. Zvýšená produkcia kyslíkových radikálov môže súvisieť s poruchami vo funkcii mitochondrií, u ktorých bola akumulácia skvalénu tiež dokázaná,“ poznamenal zodpovedný riešiteľ.
Sľubnou (aj keď zatiaľ neukončenou) časťou tohto výskumu je tiež hľadanie procesov, ktoré by boli schopné potláčať prejavy lipotoxicity skvalénu. Projekt je v poslednom roku riešenia a tak niektoré experimentálne časti sú ukončené a opublikované, resp. vo fáze publikovania, u niektorých častí prebieha finalizácia experimentov a príprava výsledkov na publikovanie. „Ako to však býva, projekt priniesol okrem odpovedí celý rad nových otázok, ktoré plánujeme riešiť v nasledujúcich projektoch. Týka sa to hlavne molekulárnych mechanizmov kontroly biogenézy lipidových častíc vo vzťahu k akumulácii skvalénu, a účasti reaktívnych foriem kyslíka v toxicite skvalénu pri prekročení skladovacej kapacity lipidových častíc.“
Projekt bol navrhnutý ako spoločný projekt, na riešení ktorého sa podieľajú dve pracoviská – Ústav biochémie a genetiky živočíchov Centra biologických vied SAV a ako spoluriešiteľské pracovisko Prírodovedecká fakulta UK. Niektoré špecifické otázky boli riešené v rámci niekoľkomesačného študijného pobytu doktorandky na University Fribourg (Švajčiarsko), ktorý bol financovaný cez grant SAIA.
Riešený projekt je projektom základného výskumu a zameriava sa na skúmanie základných mechanizmov na bunkovej úrovni, ktoré súvisia s akumuláciou skvalénu v kvasinkách. Jeho výsledky však môžu byť potenciálne využívané v biotechnológiách a biomedicíne. RNDr. Ivan Hapala, CSc. menuje:
- Naše výsledky ukazujú, že vzťah produkcie skvalénu a zvýšenej tvorby lipidových častíc nie je priamočiary. Skvalén samotný nie je schopný indukovať, resp. výrazne stimulovať tvorbu lipidových častíc, a u takzvaných tukotvorných kvasiniek s extrémne vysokým obsahom lipidových častíc (obsahujúcich predovšetkým triglyceridy) sme nepozorovali zvýšenú schopnosť akumulovať skvalén v porovnaní s štandardným modelovým objektom kvasinkou Saccharomyces cerevisiae.
- Toxicita skvalénu pri prekročení skladovacej kapacity lipidových častíc ukazuje, že schopnosť skladovať skvalén v lipidových časticiach môže byť limitujúcim faktorom pri jeho biotechnologickej produkcii v kvasinkách.Pozorovaná toxicita skvalénu naznačuje, že aplikácia vyšších koncentrácií skvalénu v kozmetických prípravkoch a liečivách/výživových doplnkoch môže viesť k nežiaducim vedľajším účinkom aj u človeka.
- Pozorovaná toxicita skvalénu naznačuje, že aplikácia vyšších koncentrácií skvalénu v kozmetických prípravkoch a liečivách/výživových doplnkoch môže viesť k nežiaducim vedľajším účinkom aj u človeka.
- Na druhej strane, toxicita skvalénu môže byť základným mechanizmom v liečbe mykóz pomocou antimykotika terbinafínu, ktoré ako špecifický inhibítor enzýmu skvalénmonooxygenázy spôsobuje výraznú akumuláciu skvalénu.
Informácie a ilustrácie poskytol: RNDr. Ivan Hapala, CSc.
Spracovala: Slávka Cigáňová (Habrmanová), NPC VaT pri CVTI SR
Ilustračné foto: Pixabay.com /ilyessuti/
Uverejnila: VČ