Levaanid

Levaani monomeer

Levaan on homopolüsahhariid, mis koosneb β-(2,6)glükosiidsidemega ühendatud D-fruktofuranosüüljääkidest. Seda saab kasutada toidus, kosmeetikas, farmaatsia- ja keemiatööstuses.

Levaanil on ka näidatud rakkude vohamist, naha-ärritust maandavat mõju, seega võiks seda kasutada niisutava komponendina kosmeetikatoodetes. Sulfaaditud, fosfaaditud või atsetüülitud levaani vorme saaks kasutada AIDSi-vastaste ainetena. Lisaks võib levaani kasutada biotehnoloogias kapslimaterjalina. Levaanil võiks olla palju tööstuslikke rakendusi: seda saab tänu oma pindaktiivsetele omadustele kasutada pindaktiivse ainena majapidamises, glükooli-levaani kahefaasilises vesilahuses saab lahutada valke. Polümeersel levaanil selget prebiootilist toimet pole, sest laktobatsillid saavad lagundada ja süsinikuallikana kasutada ainult lühemaid fruktooligosahhariide. Levaani hüdrolüüsiproduktid võivad seevastu prebiootiliselt toimida. Kuid aine tööstuses kasutamisel on ka mõned piirangud, kuna tal on lahustes vähene keemiline stabiilsus. Kui see probleem lahendatakse, siis suureneb levaani rakendamine erinevates valdkondades oluliselt.^[1]

Levaan on üks fruktoosi biopolümeeridest, mida toodavad eelkõige mikroorganismid bakteriperekondadest Pseudomonas, Zymomonas, Bacillus, Lactobacillus ja Streptococcus. Levaani sünteesivaks ensüümiks on levaansukraas, mis kannab sahharoosist pärinevaid fruktoosijääke aktseptormolekulidele. Mikroobide levaani tootmist mõjutavad toitainete kontsentratsioonid ja keskkonna tingimused. On iseloomustatud erineva päritoluga levaanide keemilist koostist ja füüsikalisi omadusi ning kirjeldatud nende molekulmassi, sidemetüüpi, monomeere ja viskoossust.

Levaani molekulmass määrati kindlaks geelkromatograafiaga. Keskmised levaani G-, M-, R- ja Z-levaani molekulmassid on vastavalt 40, 710, 380 ja 570 kilodaltonit. Paljud nimetatud fruktoosijääkidest koosnevad polümeerid toimivad immuunsüsteemi stimuleeriva, kasvajavastase ja põletikuvastase ainena. Näiteks Aerobacter levanicum´i ja Zymomonas mobilis´e levaan näitavad kasvajavastast ja immuunstimuleerivat aktiivsust. Seetõttu kuuluvad levaanid bioaktiivsete polüsahhariidide hulka.^[2]

Levaani kasvajavastane aktiivsus

In vitro

Levaani kasvajavastast aktiivsust on uuritud loomade kasvajarakkude kultuurides. Eeluuringus avastati märkimisväärne kasvajarakkude allasurumise aktiivsus, rakendades levaani proove kahele rakuliinile. Levaanid, mis olid massiga 710 ja 380 kilodaltonit, näitasid oluliselt suuremat allasuruvat mõju kui teised. Siiski puudub selge seos levaani annuse suuruse ja kasvajavastase aktiivsuse vahel mõlemale rakuliinile.^[2]

In vivo

Levaani kasvajavastast aktiivsust testiti sarkoom-180-tüüpi kasvajate vastu. 26 päeva pärast oli keskmine kasvaja kaal kontrollrühma hiirtel 1,64 g ja levaani proovidega (200 mg/kg) süstitud hiirtel 0,50–0,95 g. Kasvaja kasvu pärssimise suhe oli 42,2–69,6%. M-levaanil oli suurem kasvu inhibeeriv mõju, aga see ei olnud statistiliselt oluline. R- ja Z-levaanid näitasid sarnast kasvu pärssivat mõju (keskmine väärtus oli 64,2%). G-levaan oli oluliselt väiksema efektiivsusega. G-levaanil on 10–20 korda väiksem molekulmass võrreldes teiste levaanidega. Seega vajavad levaani molekulid piisavat suurust selleks, et saavutada tõhusat kasvajavastast aktiivsust.^[2]

Zymomonas mobilis’e levaan toimis pärssivalt nii sarkoom 180 kui ka Erlichi kartsinoomi kasvajarakkude kasvule. Testis kasutati noori Šveitsi albiino hiiri, keskmise kaaluga 20–25 g, ja nelja erinevat levaani preparaati. Testi käigus süstiti kasvaja rakke kubeme piirkonda ning jälgiti levaani 0,2-milliliitrise annuse mõju kasvaja kasvule. Kasvaja pidi olema 7–10 päeva vana. Kemoteraapiaga alustati 24 t pärast kasvaja siirdamist, süstides destilleeritud vees lahjendatud levaani kõhukelmesiseselt nädala jooksul, igapäevase annusega 200 mg/kg. 7 päeva möödudes loomad surmati ja kasvajad analüüsiti ja kaaluti. Testist tuli välja, et Erlichi kartsinoom on levaani suhtes palju tundlikum kui sarkoom 180. Tuumamagnetresonants näitas, et levaanid koosnesid ainult fruktoosi jääkidest. Kuna struktuurilised erinevused testitud levaanide hulgas puudusid, eeldati, et erinevused kasvajavastases aktiivsuses võib olla seotud polüsahhariidi spetsiifilise molekulmassi klassiga.^[3]

Tsütotoksiline aktiivsus

Selleks, et uurida levaani tsütotoksilist aktiivsust, kasutati meetodit, milles KB rakuliinid inimese epidermoidsest kartsinoomist kasvatati minimaalses söötmes, millele oli lisatud 10% veiseloote seerumit, 1% glutamiini ja 1% antibiootikumi lahuseid (penitsilliin, streptomütsiin, kanamütsiin). Rakkude monokiht, mis oli eksponentsiaalses kasvufaasis, eemaldati 0,25% trüpsiini lahuse abil. Rakususpensiooni jagati koekultuuri plaatidele ja inkubeeriti. Pärast 24-tunnist inkubatsiooni lisati levaanilahust. Testimisel kasutati destilleeritud vees lahustatud levaani kontsentratsioonidega 1,2–2,5–5,0 ja 50,0 µg/ml. Kultuuri plaate inkubeeriti 5%-lises CO₂ atmosfääris 37 °C juures 72 tundi. Levaani tsütotoksilist mõju määrati analüüsides raku proliferatsiooni kogu valgu kontsentratsiooni järgi. IC₅₀ (the half maximal inhibitory concentration) väärtused arvutati kontsentratsioonina, mis inhibeerib rakkude kasvu 50% võrra võrreldes kontrolliga pärast inkubeerimist, ja väärtused määrati kindlaks lineaarse regressiooni alusel. Tulemuseks kinnitati, et levaanil ei ole tsütotoksilist toimet tavalistele imetaja rakuliinidele ja neil on eelis traditsiooniliste vähiravimite ees, millel on kõrge tsütotoksilisus. Testid näitasid, et levaani kõhukelmesisesel manustamisel ei ole kahjulikke kõrvaltoimeid.^[3]

Levaan veresuhkru alandajana

Dahech I, Belghith KS, Hamden K, Feki A, Belghith H, Mejdoub H. aastatel 2010–2011 Tuneesias läbi viidud uuringu eesmärgiks oli testida levaani mõju oksüdatiivsele stressile ja hüperglükeemiale alloksaaniga diabeetiliseks muudetud rottides. Selles uuringus kasutatud levaani olid sünteesinud mittepatogeensed bakterid, mis olid hiljuti isoleeritud ja identifitseeritud, nagu näiteks Bacillus licheniformis. Loomad jagati nelja rühma, kuus rotti igas rühmas: kontrollgrupp (kontroll), diabeetiline rühm (Diab.), levaani saanud normaalsed rotid (L) ja levaaniga toidetud diabeetilised rotid (DL). Levaani manustati joogiveega diabeetilistele rottidele 60 päeva jooksul. Levaani manustamine diabeediga rottidele põhjustas märkimisväärset glükogeeni taseme suurenemist (52%) ja vähenes veresuhkru tase vereplasmas (52%). Samamoodi põhjustas levaani manustamine diabeediga rottidesse tiobarbituurhappele reageerivate ainete (TBARS) vähenemise, superoksiidi dismutaasi (SOD), ning katalaasi (CAT)hulga kasvu maksas, neerudes, pankreases ja südames. Lisaks täheldati maksa ja neerude toksilisuse indeksite (leeline fosfataas (ALP), aspartaadi ja laktaadi transaminaas (ASAT ja ALAT), bilirubiin, kreatiniin ja uurea) vähenemist. Tulemused näitavad, et levaani manustamisega saab oksüdatiivseid näitajaid lähendada normaalsele tasemele. See uuring näitab, et levaan on tõhus diabeedi tekitatud hüperglükeemia ja oksüdatiivse stressi pidurdaja ning viitab sellele, et levaani lisamine toidule võib olla abiks diabeedi tüsistuste ennetamisel täiskasvanud rottidel.^[4]

Viited

1. Kang et al. (2009). "Levan: Applications and Perspectives". Microbial Production of Biopolymers and Polymer Precursors. Caister Academic Press
2. Inrenational Journal of Biological Macromolecules 34 (2004) 37–41 "Antitumor activity of levan polysahharides from selected microorganism" Sang-Ho Yoo, Eun Ju Yoon, Jaeho Cha,nHyeon Gyu Lee
3. Biotehnology Letters, Vol 19 No 1, January 1997, pp 19–21 "Antitumor activities of levans produced by Zymomonas mobilis strains." GTM Calazans, CE Lopes, RMOC Lima and FP de França
4. Int J Biol Macromol. 2011 Nov 1;49(4):742-6. Epub 2011 Jul 19. "Antidiabetic activity of levan polysaccharide in alloxan-induced diabetic rats."Dahech I, Belghith KS, Hamden K, Feki A, Belghith H, Mejdoub H.