Pleurotus ostreatus alfa- ve beta- glukan polisakkaritlerinin izolasyonu ve biyouyumluluklarının yüzey kaplaması sonrasında incelenmesi

Glukanlar mantarların hücre duvarında bulunan O-glikozidik bağlar ile bağlanmış glikoz monomerlerinin oluşturduğu polisakkaritlerdir. Glukanların birçok tıbbi uygulamalarının yanı sıra en öne çıkan özelliklerinden biri ise beta-1,3 ve -1,6 glikozidik bağlarıyla birleşmiş glikoz zincirinin oluşturduğu beta-glukanların bağışıklık sistemi üzerindeki uyarıcı etkisidir. Bu çalışmada Pleurotus ostreatus 'tan (istiridye mantarı) sıcak su ve sıcak kostik çözelti ile ekstraksiyonu sonrasında alfa- ve beta-glukan izolasyonu gerçekleştirilerek elde edilen polisakkaritlerin hücre canlılığı ve çoğalması üzerindeki etkilerinin incelenmesi amaçlanmıştır. Toplam glukan miktarları fenol-sülfürik asit metoduyla ve alfa/beta-glukan saflıkları enzimatik yöntemle analiz edilmiştir. Kültür kapları glukanla kaplandıktan sonra toksisite ve hücre çoğalma analizleriyle mezenkimal kök hücreler üzerindeki etkileri incelenmiştir. İşlemler sonucunda %97.87 ±1.45 saflıkta alfa-glukan ve %97.79 ±0.28 saflıkta beta-glukan P. ostreatus 'tan elde edilmiştir. Hücre tutunma analizinde alfa-glukanların tutunmayı desteklediği (%88.10-95.75) gözlemlenmişken beta-glukan kaplı yüzeylerde tutunma oranının %61.26 ±8.04 değerine düştüğü belirlenmiştir. Alfa-glukan kaplı yüzey üzerindeki hücreler beta-glukan kaplı yüzey üzerindeki hücrelere göre 1.44 kat, kaplı olmayan yüzey üzerindeki hücrelere göre 1.56 kat daha hızlı çoğalmışlardır. Sonuç olarak sıcak su/kostik işlemleriyle elde edilen alfa- ve beta-glukanların hücreler üzerinde toksik etkisinin olmadığı ve her iki glukanın biyouyumlu bir malzeme olduğu in vitro testlerle gösterilmiştir. Ancak beta-glukan kaplı yüzeylerde hücre tutunması düşük olduğu gözlemlenmiştir. Alfa-glukanın hücre tutunmasını ve çoğalmasını desteklediği görülmüştür. Bu özellikleri ile hücre kültürü ve doku mühendisliği çalışmalarında alfa-glukanın potansiyel uygulama alanlarının olabileceği ortaya konmuştur.

Anahtar Kelimeler:

Biyomalzeme, Mantar, Polisakkarit, Glukan, Yüzey Kaplama

Isolation of polysaccharides alpha- and beta-glucans of Pleurotus ostreatus and evaluation of their biocompatibility after surface coating

Glucans, which are polysaccharides in the fungal cell wall, are formed by glucose monomers linked by O-glycosidic bonds. Besides of their medical applications, one of the most promising features of glucans is the stimulatory effect on the immune system of beta-glucans, in which glucose units are linked by beta-1,3 and -1,6 glycosidic bonds. In this study, it was aimed to investigate the effect of alpha- and beta-glucans on the cell viability and proliferation, which were derived from Pleurotus ostreatus by hot water/caustic extraction. Total glucan was quantified by the phenol-sulphuric acid method, and alpha/beta-glucan purity was determined by the enzymatic method. After coating the surface of culture flask with the glucans, their effects on mesenchymal stem cells were examined by toxicity and cell proliferation assays. Alpha- and beta-glucans from P. ostreatus were obtained with a purity of 97.87% ±1.45 and 97.79% ±0.28, respectively. In cell adhesion analysis, alpha-glucans were found to support the attachment (88.10-95.75%), while the adhesion ratio on beta-glucan-coated surfaces decreased to 61.26% ±8.04. The cells on alpha-glucan-coated surfaces were proliferated 1.44 times faster than those on beta-glucan, and 1.56 times faster than those on the uncoated surface. As a result, alpha- and beta-glucan, obtained by hot water/caustic extraction processes, have been shown to have no toxic effects on the cells, and both glucans were demonstrated to be biocompatible biomaterials by in vitro tests. However, the cell adhesion on beta-glucan coated surfaces was observed to be low. Alpha-glucan was shown to promote both cell adhesion and proliferation. Therefore, alpha-glucan may have potential applications in cell culture and tissue engineering studies.

Keywords:

Biomaterials, Fungi, Polysaccharides, Glucan, Surface Coating,

PDF

___

Avni S., Ezove N., Hanani H., Yadid I., Karpovsky M., Hayby H., Gover O., Hadar Y., Schwartz B., Danay O., Olive mill waste enhances α-glucan content in the edible mushroom pleurotus eryngii, Int. J. Mol. Sci., 18, E1564, (2017).
Borkowski L., Sroka-Bartnicka A., Polkowska I., Pawlowska M., Palka K., Zieba E., Slosarczyk A., Jozwiak K., Ginalska G., New approach in evaluation of ceramic-polymer composite bioactivity and biocompatibility, Anal. Bioanal. Chem.,409, 5747-5755, (2017).
Brown G.D., Taylor P.R., Reid D.M., Willment J.A., Williams D.L., Martinez-Pomares L., Wong S.Y., Gordon S., Dectin-1 is a major beta-glucan receptor on macrophages, J. Exp. Med.,196:407-412, (2002).
Camelini C.M., Maraschin M., de Mendonça M.M., Zucco C., Ferreira A.G., Tavares L.A., Structural characterization of beta-glucans of Agaricus brasiliensis in different stages of fruiting body maturity and their use in nutraceutical products, Biotechnol. Lett., 27, 1295-1299, (2005).
Carbonero E.R., Ruthes A.C., Freitas C.S., Utrilla P., Gálvez J., da Silva E.V., Sassaki G.L., Gorin P.A., Iacomini M., Chemical and biological properties of a highly branched β-glucan from edible mushroom Pleurotus sajor-caju, Carbohydr. Polym.,90, 814-819, (2012).
Choromanska A., Kulbacka J., Harasym J., Dubinska-Magiera M., Saczko J., Anticancer activity of oat β-glucan in combination with electroporation on human cancer cells, Acta Pol. Pharm., 74, 616-623, (2017).
Deepalakshmi K., Mirunalini S., Pleurotus ostreatus: an oyster mushroom with nutritional and medicinal properties, J. Biochem. Tech., 5,718-726, (2014).
Doğan N., Doğan C., Hayoğlu İ., Farklı sıcaklık ve süre uygulamalarının pleurotus ostreatus (istiridye mantarı)'un bazı özelliklerine etkisi, Harran Tarım ve Gıda Bilimleri Dergisi, 18, 10-16, (2014).
Erdem A., Duruksu G., Congur G., Karaoz E., Genomagnetic assay for electrochemical detection of osteogenic differentiation in mesenchymal stem cells, Analyst, 138,5424-5430, (2013).
İşsever H., Ezirmik E., Şeker N., Beta glukanların sağlık üzerine etkileri, Turk. Klin. J. Public Health-Special Topics, 4,13-17, (2018).
Kao P.F., Wang S.H., Hung W.T., Liao Y.H., Lin C.M., Yang W.B., Structural characterization and antioxidative activity of low-molecular-weights beta-1,3-glucan from the residue of extracted Ganoderma lucidum fruiting bodies, J. Biomed. Biotechnol., 2012,673764, (2012).
Karacsonyia S., Kuniakb L., Polysaccharides of Pleurotus ostreatus: Isolation and structure of pleuran, an alkali-insoluble β-D-glucan, Carbohydr. Polym., 24, 107-111, (1994).
Kataoka K., Muta T., Yamazaki S., Takeshige K., Activation of macrophages by linear (1→3)-β-D-glucans: implications for the recognition of fungi by innate immunity, J. Biol. Chem., 277, 36825–36831, (2002).
Khan A.A., Gani A., Masoodi F.A., Mushtaq U., Naik A.S., Structural, rheological, antioxidant, and functional properties of β–glucan extracted from edible mushrooms Agaricus bisporus, Pleurotus ostreatus and Coprinus attrimentarius. Bioactive Carbohydrates and Dietary Fibre, 11, 67-74, (2017).
Klimek K., Przekora A., Benko A., Niemiec W., Blazewicz M., Ginalska G., The use of calcium ions instead of heat treatment for β-1,3-glucan gelation improves biocompatibility of the β-1,3-glucan/HA bone scaffold, Carbohydr. Polym.,164, 170-178, (2017).
Koutrotsios G., Kalogeropoulos N., Stathopoulos P., Kaliora A.C., Zervakis G.I., Bioactive compounds and antioxidant activity exhibit high intraspecific variability in Pleurotus ostreatus mushrooms and correlate well with cultivation performance parameters, World J. Microbiol.Biotechnol., 33, 98, (2017).
Lin H., Cheung S.W., Nesin M., Cassileth B.R., Cunningham-Rundles S., Enhancement of umbilical cord blood cell hematopoiesis by maitake beta-glucan is mediated by granulocyte colony-stimulating factor production, Clin. Vaccine Immunol., 14, 21-27, (2007).
Palacios I., García-Lafuente A., Guillamón E., Villares A., Novel isolation of water-soluble polysaccharides from the fruiting bodies of Pleurotus ostreatus mushrooms, Carbohydr. Res.,358, 72-77, (2012).
Paulik S., Mojzisova S.J., Durove A., Benisek Z., Huska M., The immunomodulatory effect of the soluble fungal glucan (Pleurotus ostreatus) on delayed hypersensitivity and phagocytic ability of blood leucocytes in mice, Zentralbl. Veterinarmed. B., 43, 129-135, (1996).
Piska K., Sułkowska-Ziaja K., Muszyńska B., Edible Mushroom Pleurotus ostreatus (oyster mushroom) – Its dietary significance and biological activity, Acta Sci. Pol. Hortorum Cultus, 16, 151-161, (2017).
Rop O, Mlcek J ve Jurikova T. Beta-glucans in higher fungi and their health effects. Nutr Rev. 2009; 67(11):624-31Sun Y., Liu J., Purification, structure and immunobiological activity of a water-soluble polysaccharide from the fruiting body of Pleurotus ostreatus, Bioresour. Technol.,100, 983-986, (2009).
Zhu F., Du B., Xu B., A critical review on production and industrial applications of beta-glucans, Food Hydrocolloid., 52, 275-288, (2016).

ISSN: 2147-6845
Yayın Aralığı: Yılda 2 Sayı
Başlangıç: 2010
Yayıncı: Selçuk Üniversitesi Mantarcılık Uygulama ve Araştırma Merkezi Müdürlüğü