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Scientific Reports volume 13, Artigo número: 11399 (2023) Citar este artigo

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Quatro isolados bacterianos foram obtidos de sedimentos marinhos coletados em Sahl Hashish, Mar Vermelho de Hurghada, Egito. Este estudo foi desenhado para procurar polissacarídeo natural anti-Alzheimer promissor; portanto, quatro isolados foram avaliados quanto à produção de exopolissacarídeos (EPSs) e inibição da acetilcolinesterase. O isolado S16 proporcionou maior rendimento de EPS (7,51 g/L) e inibição da acetilcolinesterase. Foi identificado morfologicamente e geneticamente através da análise da sequência do gene 16S rRNA como Bacillus maritimus. Foi estimada uma análise físico-química do exopolissacarídeo S16 (BMEPS), que apontou a presença de ácido urônico e sulfato (24,7% e 18,3%, respectivamente). A análise por HPLC indicou que o ácido manurónico, o ácido glucurónico, a glicose e a manose estão apresentados numa proporção molar de 0,8:1,0:2,8:2,3, respetivamente. Além disso, o FT-IR revelou uma abundância de configurações β. O GPC estimou o peso molecular médio (Mw) em 4,31 × 104 g/mol. BMEPS inibiu AChE (IC50; 691,77 ± 8,65 μg/ ml), BChE (IC50; 288,27 ± 10,50 μg/ ml) e tirosinase (IC50; 3,34 ± 0,09, 14,00 ± 0,14 e 22,96 ± 1,23 μg/ ml durante períodos de incubação de 10, 20 e 40 minutos). Também demonstrou uma ação antiinflamatória seletiva contra a COX-2 em vez da COX-1. Além disso, BMEPS exibiu capacidades antioxidantes como eliminador de radicais livres e espécies reativas de oxigênio (ROS), quelante de metal, agente redutor e supressor de peroxidação lipídica. Essas atividades se devem à composição química distinta. As descobertas deste estudo indicam que o BMEPS pode ser considerado um material anti-doença de Alzheimer (DA) promissor em um modelo in vitro, o que o qualifica para estudos in vivo avançados na descoberta de tratamentos alternativos para o Alzheimer.

A substância orgânica mais prevalente no mundo é o polissacarídeo1. Polissacarídeos são macromoléculas biológicas comuns que participam de uma ampla gama de funções fisiológicas em humanos. Desempenha uma ampla gama de funções biológicas, incluindo o controle da função imunológica, pressão arterial, açúcar no sangue e circulação sanguínea1. Os polissacarídeos industriais são frequentemente derivados de plantas, animais, algas e micróbios. Os microrganismos secretam polímeros solúveis ou insolúveis chamados EPSs2. Além disso, os microrganismos são considerados estruturas altamente reprodutíveis entre todos os fornecedores de polissacarídeos e são rigorosamente regulamentados, enquanto as estruturas de exopolissacarídeos (EPS) produzidas a partir de fontes vegetais e animais são influenciadas pelas circunstâncias climáticas, ambientais e alimentares. Principalmente, os ambientes marinhos constituem um ambiente considerável e distinto onde várias populações bacterianas são necessárias para funções essenciais à sobrevivência da ecologia do planeta. Por outro lado, os EPS são frequentemente utilizados como agentes viscosificantes, estabilizantes, gelificantes ou emulsionantes na indústria alimentar devido às suas qualidades físicas e reológicas distintas2. Os polissacarídeos microbianos são incorporados em novos alvos, como biofloculantes, bioabsorventes, remoção de metais pesados ​​e agentes de distribuição de medicamentos3. Além disso, ações antitumorais, antivirais, imunoestimulantes e anti-inflamatórias estão entre os efeitos biológicos dos EPSs4. Entre os microrganismos, Bacillus sap. cepas produzem muitos tipos de EPS, como levan, β- (1,3) -glucan5, EPS ácido de B. amyloliquefaciens marinho 3MS 20176 e EPS ácido de Bacillus sp. NRC57. Alguns Bacillus EPSs demonstraram propriedades emulsificantes, floculantes, de remoção de metais pesados ​​ou medicinais excepcionais5.

A DA é um distúrbio crônico relacionado à neurodegeneração8. Atualmente, cerca de ≃ 50 milhões de pessoas são diagnosticadas com DA e, até 2050, prevê-se que este número exceda 130 milhões9. As anormalidades associadas a várias operações fisiológicas importantes são responsáveis ​​pela toxicidade multidimensional, que também inclui toxicidade colinérgica, carga amilóide, toxicidade de íons metálicos, toxicidade de tau, dano biomolecular, estresse oxidativo, indignação imunológica, toxicidade neurovascular, dishomeostase de íons de cálcio, disfunção linfática. , disfunções mitocondriais, toxicidade mediada por α-sinucleína, disfunções sinápticas, toxicidade de membrana, disfunções de apoptose, deterioração na atividade da telomerase, modificações pós-traducionais aberrantes, desequilíbrio microbiano e infecção, hiperglicemia, estresse do retículo endoplasmático, hipercolesterolemia, disfunções de autofagia, risco genético e resistência à insulina, bem como diabetes10. No SNC (sistema nervoso central), em condições normais, os íons metálicos (CuII, ZnII e FeIII) desempenham o papel de cofatores para enzimas e desempenham funções mitocondriais e neuronais11. Pelo contrário, ZnII, CuII e FeII coordenam-se com Aβ e aceleram a acumulação de amiloide e a formação de placas dependentes de metal. Os complexos Aβ-Cu e Aβ-Fe induzem a produção de excesso de espécies intermediárias reativas (RIS). Os RIS são componentes cruciais para induzir estresse oxidativo e neuroinflamação8. Portanto, descobrir materiais quelantes metálicos é uma abordagem terapêutica promissora. A superprodução de RIS (radical superóxido, peróxido de hidrogênio, radical hidroxila, óxido nítrico, peroxinitrito e ácido hipocloroso) estimula o estresse oxidativo crítico que danifica lipídios e proteínas, levando à morte neuronal. Os tecidos cerebrais da DA sofrem consideravelmente com níveis excessivos de RIS8. Os íons metálicos redox-ativos (CuII e FeIII) capturam o peptídeo Aβ, estabilizam espécies oligoméricas e funcionam como um depósito para produzir RIS12 excessivo. Portanto, o estresse oxidativo é a base do avanço da DA e um alvo potencial nos tratamentos da DA10. A membrana plasmática neuronal contém grande quantidade de ácidos graxos poliinsaturados que são suscetíveis à peroxidação pelo RIS, que induz componentes neurotóxicos como o 4-hidroxinonenal13. No tecido cerebral da DA, os microdomínios de colesterol mediados pelo estresse oxidativo inibem a vitamina E antioxidante na membrana lipídica. Com base na explicação anterior, o estresse oxidativo é o passo chave nas disfunções celulares relacionadas à DA. Paralelamente, foi comprovado que muitos polissacarídeos obtidos de organismos possuem capacidades antioxidantes, incluindo i) captura de íons metálicos (CuII, ZnII e FeIII); ii) inibição da produção de ROS e RNS; iii) proteção dos lipídios contra a peroxidação; e iv) neutralização de radicais livres. Por exemplo, EPS de Adansonia digitata14, EPS de Novel Bacillus sp. M315, EPS de paenibacillus lactes NRC116, EPS de B. amyloliquefaciens 3MS 20176 e EPS de Bacillus sp. NRC57. Por outro lado, os neurônios colinérgicos desempenham um papel crucial em uma variedade de processos cognitivos, incluindo memória, atenção, resposta e processamento de informações sensoriais. O comprometimento dos neurônios colinérgicos está associado à toxicidade colinérgica. Assim, a melhoria da neurotransmissão colinérgica continua a ser a principal abordagem no tratamento sintomático de distúrbios cognitivos e comportamentais nas fases iniciais da DA10. Quando a acetilcolinesterase (AChE) está presente na fenda sináptica, a acetilcolina hidrolisa em colina e ácido acético. As enzimas colina acetiltransferase (ChAT) e AChE controlam a síntese e degradação da ACh10. O defeito na atividade de ChAT ou hiperatividade da AChE em pacientes com DA provoca uma redução considerável no conteúdo de ACh na fenda sináptica no córtex, hipocampo e amígdala. Assim, a reparação de malformações neuronais colinérgicas é uma meta para melhorar os distúrbios cognitivos em pacientes com DA. Conseqüentemente, os inibidores da AChE previnem a hidrólise da ACh cerebral, o que aumenta as concentrações de ACh cerebral e melhora a deficiência da neurotransmissão colinérgica cerebral. Muitos polissacarídeos de organismos têm efeito inibitório da AChE, como EPS de Achromobacter piechaudii NRC217, EPSs de Isochrysis galbana e Nannochloropsis oculate18 e polissacarídeos de cogumelos19.