Projekti / Programi
Biokemijska in biofizikalno-kemijska karakterizacija naravnih snovi
01. januar 2014
- 31. december 2017
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 4.03.00 |
Biotehnika |
Rastlinska produkcija in predelava |
|
| 1.05.00 |
Naravoslovje |
Biokemija in molekularna biologija |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| B420 |
Biomedicinske vede |
Prehrana |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 4.01 |
Kmetijske vede in veterina |
Kmetijstvo, gozdarstvo in ribištvo |
| 1.06 |
Naravoslovne vede |
Biologija |
Raziskovalci (20)
Organizacije (2)
Povzetek
Fenolne spojine so sekundarni metaboliti rastlin, ki modulirajo aktivnost širokega spektra encimov in celičnih receptorjev. Vključeni so v obrambo pred ultravijoličnim sevanjem in napadi patogenov. Fenolne spojine imajo velik vpliv na prehranske, organoleptične in komercialne lastnosti živil rastlinskega izvora. Njihovo uživanje pozitivno vpliva na zdravje, saj imajo antioksidativne, antivirusne, antialergene, kardioprotektivne in antikarcinogene učinke. Potencialni vpliv fenolnih spojin iz živil na zdravje je odvisen od resorpcije v prebavnem traktu, prehoda skozi membrane ter stabilnosti v telesnih tekočinah. Do sedaj znani rezultati in vivo raziskav o biorazpoložljivosti in metabolizmu fenolnih spojin še niso povsem pojasnili, kaj se zgodi s posamezno spojino v organizmu, kako pride do tarčnih celic in kakšen je njen učinek v tarčni celici. Za nekatere fenolne molekule/ione je znano, da razpadejo v organizmu na manjše molekule/ione, druge naj bi se nespremenjene absorbirale skozi epitelne celice želodca s pomočjo transportnega proteina bilitranslokaze ali tankega črevesa in se spremenile v različne derivate. Glavni cilji predlaganega programa so razumeti mehanizme vstopa fenolnih spojin v celico in delovanje na nivoju molekulskih interakcij in modelnih organizmov ter s tem dobiti zanesljive podatke o biorazpoložljivosti fenolnih spojin. Raziskave bomo začeli na nivoju molekulskih interakcij fenolnih spojin z lipidi, proteini (encimi) in DNA ter komponentami iz živil (vlaknine, lecitini, proteini, kovinski ioni) in jih nadaljevali s proučevanjem prehoda fenolnih spojin skozi modelno celično membrano v prisotnosti in odsotnosti različnih transportnih sistemov. Raziskave interakcij fenolnih spojin bomo proučevali tudi v različnih celičnih sistemih (študij lokalizacija, vpliv na ravni proteoma) ter študirali mehanizem protimikrobnega delovanja in modulatornega delovanja (sinergistično/antagonistično) z drugimi snovmi. S spinskimi lovilci in testom DPPH bomo neposredno opazovali, v kakšni meri fenolne spojine in rastlinski ekstrakti zmanjšajo tvorbo radikalov. Znano je, da so fenolne spojine nestabilne in močno podvržene razgradnji v odvisnosti od parametrov, kot so temperatura, pH, vsebnost O2 ter vlaga. V živilski industriji se kot ogrodni materiali pri kapsulaciji fenolnih spojin že uporabljajo različne naravne snovi (polisaharidi, proteini in lipidi), ki so lahko rastlinskega, morskega, živalskega ali mikrobnega izvora, zato bomo preučevali obstojnost kapsuliranih fenolnih spojin in njihovo kontrolirano sproščanje ter biodostopnost.
Pomen za razvoj znanosti
Komplementarnost raziskovalcev v okviru programske skupine ter že vzpostavljena sodelovanja z drugimi raziskovalnimi inštitucijami doma in v tujini ter s tem povezana dostopnost do velikega števila eksperimentalnih metod bosta omogočila celostno obravnavo problematike s kemijskega, fizikalnega in biološkega stališča. Predvidevamo, da bodo rezultati eksperimentalnega dela omogočili objavo večjega števila publikacij.
Študije biorazpoložljivosti fenolnih spojin so izjemno aktualna problematika, saj ugotovljenih učinkov v in vitro sistemih največkrat ni bilo možno povezati z biološko učinkovitostjo. Menimo, da bodo rezultati programa omogočili boljše razumevanje prehoda fenolnih snovi skozi membrano, predvsem v povezavi z njihovo strukturo. V širše dostopni literaturi tudi ni veliko podatkov o interakcijah polifenolov s proteini krvne plazme. Predvidevamo, da do takšnih interakcij prihaja, kar lahko močno vpliva na njihovo učinkovitost in stabilnost, zato bodo rezultati naših študij zelo pomembni za razumevanje transportnih lastnosti fenolnih spojin. Nekatere študije so tudi pokazale, da določene fenolne spojine inhibirajo aktivnost hidrolitičnih encimov v prebavnem traktu ter zmanjšujejo resorpcijo žolčnih kislin in holesterola.
Predvidene raziskave pomenijo tudi prispevek k razvoju živilske industrije, tako doma kot v svetu. Potrošniki izražajo vse večji interes za naravne aditive v živilih. Že pred časom se je pojavila težnja po nadomeščanju sintetičnih aditivov, ki se jih uporablja v živilski industriji, z rastlinskimi ekstrakti. Fenolne spojine so zaradi svojih antimikrobnih in antioksidativnih lastnosti potencialno primerne spojine za tako nadomeščanje. Njihovo uporabo je mogoče zagovarjati tudi zaradi njihovega in vitro dokazanega pozitivnega vpliva na zdravje ljudi, saj izkazujejo antioksidativne, antivirusne, antialergene, kardioprotektivne in antikarcinogene učinke. Poleg tega jih je veliko v sadežih, zelenjavi in začimbah, ki jih ljudje uživajo že tisočletja. Vprašanje, na katerega je potrebno odgovoriti pa je koliko dobro delujejo in vivo. Poleg tega fizikalnokemijski opis interakcij fenolnih snovi s komponentami živila podaja vrsto termodinamskih parametrov, ki omogočajo modeliranje rabe fenolnih spojin in rastlinskih ekstraktov kot naravnih ali naravnim identičnih nadomestkov sintetičnim aditivom. Ovira uporabi fenolnih snovi naravnega izvora ali s fenolnimi spojinami bogatih ekstraktov v živilih je njihov grenak okus, kar pa lahko obidemo s kapsuliranjem fenolnih snovi z lipidi, polisaharidi ali proteini.
Pomen za razvoj Slovenije
Pridobljeni rezultati in nova znanja bodo zelo pomembni za prehransko in farmacevtsko industrijo. Fenolne spojin v veliki meri vplivajo na senzorične in fizikalno kemijske lastnosti živil. Poznavanje mehanizmov njihovih pretvorb in interakcij s komponentami živil bo mogoče uporabiti pri načrtovanju procesiranja in shranjevanja živil rastlinskega izvora. Preučevanja mehanizmov stabilizacije z različnimi metodami kapsulacije bo predstavljalo osnovo za načrtovanje razvoja izdelkov z večjo dodano vrednostjo, saj ravno nestabilnost fenolnih spojin v odvisnosti od različnih fizikalno kemijskih pogojev predstavlja največjo oviro pri uporabi izvlečkov in čistih spojin kot aditivov ali prehranskih dodatkov. Razumevanje prehajanja fenolnih spojin (prostih, kapsuliranih v različne sisteme, rastlinskih ekstraktov) preko celične membrane in njihov transport po organizmu, oziroma njihova biorazpoložljivost nam bo omogočilo njihovo bolj usmerjeno uporabo kot potencialnih naravnih aditivov živilom in živilskim izdelkom. Pričakujemo, da bo kapsulacija nekaterih fenolnih spojin povečala njihovo stabilnost in s tem tudi njihovo biorazpoložljivost Rastlinski ekstrakti borovnic, granatnega jabolka, oljnih pogač in tropin so izbrani na podlagi rezultatov predhodnih raziskav..
Z raziskavami pridobljeno znanje bomo skrbno spremljali. Če bo izsledke možno patentirati, bomo pripravili in vložili patentne prijave in navezali stike z njihovimi potencialnimi uporabniki. Intelektualno lastnino bomo zaščitili v skladu s pravili sodelujočih inštitucij.
ARRS bo s sofinanciranjem omogočil izvedbo vrhunskega raziskovalnega programa, katerega namen je razumeti mehanizem delovanja in transporta fenolnih spojin na osnovi modelnih sistemov (membrane, proteini) oziroma njihovo biorazpoložljivost. Projekt bo omogočil poglobitev razumevanja mehanizmov od modelnih sistemov do celičnega nivoja.
Izsledki predlaganega projekta bodo uporabljeni tudi v namene univerzitetnega in podiplomskega izobraževanja, saj bodo raziskave potekale na Biotehniški fakulteti kot tudi na Institutu »Jožef Stefan«. V raziskave se bodo vključevali študentje v okviru izdelave nalog za Prešernove nagrade, diplomskih nalog in kot podiplomsko raziskovalno delo.
Za proučevanje izbrani rastlinski ekstrakti so plodovi avtohtonih rastlin kot so borovnice ali granatno jabolko ali stranski produkti predelave oljaric v živilski industriji kot so oljne pogače ali tropine. Pri izboru smo sledili rezultatom predhodnih raziskav; izbrane rastline pa so tudi v ljudskem izročilu povezane z lajšanjem določenih zdravstvenih težav. Končni cilj raziskave je razširitev uporabe avtohtonih rastlin na izdelke z visoko dodano vrednostjo in s tem pripomoči k trajnostnemu razvoju.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2014,
2015,
2016,
zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2014,
2015,
2016,
zaključno poročilo
