Co to jsou beta-glukany?

Skutečný úhel svíraný uhlíkovými atomy (180° ve Fisherově projekci) je jen 108°, což způsobí vytvoření cyklické hemiacetalové formy (viz Haworthova projekce) glukózy. V této formě má glukóza celkem pět reaktivních míst (-OH skupin) na uhlících C1, C2, C3, C4 a C6. Podle polohy -OH skupiny na uhlíku C1 potom rozeznáváme formu glukózy α, resp. glukózu β.

Volné hydroxylové (-OH) skupiny jsou schopny mezi sebou reagovat podle rovnice

a tak se řetězit do homopolymerních struktur:

β-glukany jsou tedy homopolymery glukózy, kde jsou jednotlivé glukózové jednotky seřazeny jako lisované skleněné korálky do hlavního řetězce např. tvorbou vazby mezi uhlíky C1 a C3 (-1,3-glukany), nebo C1 a C4 (-1,4-glukany), ale navíc jsou schopny se dále řetězit do bočních řetězců další volnou hydroxylovou skupinou (např. na uhlíku C6). Vznikají tak větvené -glukany a podle čísel uhlíků, které jsou spojeny vazbou do řetězce, pak označované β-1,3/1,6- nebo β-1,4/1,6- příp. β-1,3/1,4-glukany.

Průměrný počet glukózových jednotek v bočním řetězci ku průměrnému počtu glukózových jednotek v hlavním řetězci pak udává stupeň větvení β-glukanů. Z hlediska imunostimulačních vlastností β-glukanů se za ideální považuje stupeň větvení 0,20 - 0,33, tzn. poměr glukózových jednotek v bočním řetězci ku počtu glukózových jednotek v hlavním řetězci 1:5 až 1:3.

Logickým důsledkem zřetězení glukózových jednotek do β-glukanového řetězce je úbytek reaktivních center (hydroxylových -OH vazeb), který se z původních 5 volných reaktivních -OH skupin u glukózy sníží podle stupně větvení β-glukanů na max. 3 (např. u lineárně řetězeného kurdlanu) nebo na průměrně 2,67-2,80 volných -OH skupin u β-glukanů s ideálním stupněm větvení 0,20-0,33.

Z uvedeného vyplývá, že pod pojmem glukany rozumíme širokou skupinu homopolysacharidů, které se podle zdroje, který je vytvořil, od sebe liší způsobem řetězení, mírou a typem větvení, délkou řetězců (hlavního i vedlejšího).

Kde se glukany nacházejí

V přírodě jsou beta-glukany spolu s proteiny a chitinem hlavní složky buněčných stěn rostlinných tkání, navzájem spojených vazbami do pevných struktur, přičemž platí, že daná struktura beta-glukanu je charakteristická pro určitý druh rostlinných tkání, z nichž v řadě případů latinský název jejich zdroje dává danému glukanu jméno. Pleuran je tak beta-glukan hlívy ústřičné (Pleurotus ostreatus), lentinan houževnatce jedlého (Lentinus edodes) aj.

Imunomodulační schopnosti β-glukanů

Imunitní systém člověka je neuvěřitelně sofistikovaná a komplexní soustava mnoha prvků a mechanizmů, které účinným způsobem na několika frontách působí k ochraně a správnému fungování organismu. Velmi rychle dokáže lokalizovat, rozpoznat a usmrtit jakoukoliv ohrožující cizorodou látku nebo třeba i poškozenou a nefunkční vlastní buňku. Děje se tak především aktivitou tzv. makrofágů a bílých krvinek a za pomoci mnoha dalších látek, které tvoři imunitní systém.

Nejvýraznějším účinkem beta-glukanů je zesílení aktivity fagocytujících buněk, tj. buněk, pohlcujících organismu cizorodé látky - granulocytů, monocytů, makrofágů a dendritických buněk. Makrofágy jsou považovány za základní buňky, které hrají důležitou roli v obraně organismu proti bakteriím, virům, parazitům, nádorovým buňkám i proti chybně vytvořeným buňkám vlastním.

Beta-glukany jsou po perorální aplikaci zachyceny v tenkém střevě makrofágy v Peyerových plátech, kde jsou zpracovány na kratší fragmenty a transportovány do kostní dřeně, kde se uvolní. Uvolněné fragmenty jsou následně vychytány granulocyty, monocyty a dendritickými buňkami, které se aktivují. Jedná se o celou řadu současně probíhajících mechanismů, ale hlavní roli v tomto procesu hraje receptor dektin-1 (viz obr.), který spouští kaskádu reakcí zasahujících makrofágy, neutrofily, monocyty, NK-buňky a dendritické buňky. Výsledkem je zvýšení produkce cytokinů, interleukinů, leukotrinů a TNF-α (tumor nekrotizujícího faktoru). Takto vysoce aktivované makrofágy jsou schopny pohltit a zničit vše, co do organismu nepatří a ohrožuje jej. Od různých bakterií, virů až po opotřebované nebo zmutované vlastní buňky.

Je nutné zdůraznit, že beta-glukany byly označeny americkým Federálním úřadem pro léky (Federal Drug Administration, FDA) jako zcela „bezpečné látky“ - GRAS (Generally Recognized as Safe) - a doposud u nich nebyly pozorovány žádné nežádoucí vedlejší účinky.

Podmínky biologické aktivity beta-glukanů

Základní parametrem, ovlivňujícím biologickou aktivitu beta-glukanů je jejich struktura. Beta-glukany získané z obilí (především ovsa a ječmene) s lineárním řetězením -1,3- nebo -1,4- se ukazují jako minimálně imunomodulačně účinné, naopak z řady různě větvených beta-glukanů vykazují nejsilnější imunomodulaci glukany řetězené -1,3/1,6- se stupněm větvení 0,20-0,33.

Druhým důležitým parametrem, ovlivňujícím biologickou aktivitu pevných beta-glukanů je velikost částic, která ovlivňuje jejich biologickou dostupnost. Za ideální je možno považovat částice do velikosti 100m. Pro splnění tohoto požadavku je výhodné využívat při přípravě čistého substrátu metodu mikronizace částic.

Třetím parametrem je velikost molekuly v jednotlivých částicích pevných beta-glukanů; ideálně se pohybuje mezi 5000-10000 daltonů (30-50 glukózovými jednotkami).

Čtvrtým z hlavních podmínek, rozhodujících o biologické aktivitě, je čistota beta-glukanu. Je to tak důležitý parametr, že mu věnujeme vlastní oddíl.

Vliv čistoty substrátu na biologickou aktivitu beta-glukanů

Beta-glukany si syntetizují zdrojové organismy do řetězců pomocí reakce mezi volnými hydroxylovými skupinami. Současně zbývající volné -OH skupiny (cca 2,75 volných -OH skupin na glukózovou jednotku) využijí k dalším reakcím s proteiny a chitinem pro výstavbu pevných a přitom i pružných buněčných stěn. Tak pevných, že živočišné druhy s jedním žaludkem (monogastři, patří mezi ně člověk, ale i pes, prase, opice apod.) mají jen minimální, nebo téměř žádnou, schopnost je ze zdrojových buněčných struktur eliminovat, vstřebat a využít. Proto nečištěné nebo nedostatečně čištěné rostlinné tkáně, např. obsahující pouze sušenou a rozdrcenou hlívu ústřičnou, mají minimální (pokud vůbec nějakou) účinnost. Totéž platí i v případě kvasnic, které jsou nejčastěji používaným zdrojem beta-glukanů (hlavně kvasinky Saccharomyces cerevisiae se stupněm větvení 0,03-0,2 a průměrnou velikostí molekuly 240 000 daltonů), jinak by bylo čisté droždí již dávno lékem. Musí být tedy izolace beta-glukanů z primárního zdroje a jejich čištění nedílnou součástí přípravy účinného substrátu. Přitom je důležité si uvědomit, že cena čištění surového substrátu je nejvyšší položkou, tvořící jeho cenu. Proto může být i cena přípravků s beta-glukanovým substrátem prvním vodítkem jejich účinnosti. Ty levné budou mít i velmi omezenou účinnost.

Cílem izolace a čištění suroviny je uvolnění aktivních center (volných -OH skupin) v beta-glukanech, neboť to jsou právě ta místa a aktivní centra molekul glukanů, pomocí kterých jsou atakovány receptory makrofágů živočichů.

Není tedy jen uvedení obsahu beta-glukanů v substrátu plně vypovídající veličinou. Představme si hypotetický 100% čistý substrát. Pokud jej smícháme s neutrální látkou (např. mikrokrystalickou celulózou) v poměru 1:1 (směs má 50% obsahu beta-glukanů), potom dvojnásobné množství takové směsi bude mít stejnou účinnost jako dané množství 100% substrátu samotného. Pokud ale použijeme beta-glukanový substrát o obsahu 50% beta-glukanů a těch 50 nečistot budou tvořit zbytky buněčných stěn (proteiny, chitin), které váží -OH skupiny glukanů, nemusí být k dispozici žádné volné -OH skupiny pro vazbu na makrofág a takový substrát může být i zcela neúčinný. U beta-glukanů je tedy důležité znát nejen jejich obsah v substrátu, ale i typ nečistot, která substrát obsahuje.

Kvalita substrátu, používaného v přípravcích společnosti MYVET R&D

Pleuran (β-glukan 98®) je beta-glukan izolovaný z hlívy ústřičné (Pleurotus ostreatus).

Fyzikální parametry	Požadavek	Metoda analýzy
čistota (obsah)	93 ± 2 (% w/w)	enzymatická
obsah v sušině	min. 98 (% w/w)	gravimetrie + výpočet
velikost částic	max. 100 µm	sítová zkouška
vzhled	jemný prášek	senzorická
barva	bílá až slabě béžová	senzorická
vůně	slabě po houbách	senzorická
sušina	94 -96 (% w/w)	gravimetrie
obsah dusíku	max. 1,0 (% w/w)	volumetrie/Kjeldahl
obsah vlhkosti	max. 6,0 (% w/w)	gravimetrie

Optimum účinnosti mikronizovaného substrátu: 2-5 mg na 1 kg hmotnosti