Бета-глюканы — полисахариды клеточных стенок¶

Бета-глюканы — это группа полисахаридов, состоящих из остатков глюкозы, связанных β-гликозидными связями. Они являются структурными компонентами клеточных стенок грибов, бактерий, дрожжей, водорослей и некоторых растений, а также встречаются в зерновых культурах — овсе, ячмене, ржи и пшенице. Бета-глюканы изучаются как пищевые волокна, биологически активные вещества и сырьё для фармацевтической и микробиологической промышленности.

¶Химическая структура

Бета-глюканы относятся к классу гомополисахаридов — их мономером является D-глюкоза. Различие между разными типами бета-глюканов определяется характером гликозидных связей между остатками глюкозы и степенью разветвлённости цепи:

• β-1,3-глюканы — наиболее распространены у грибов и водорослей; цепь построена через 1→3-связи.
• β-1,6-глюканы — часто сопутствуют β-1,3-глюканам, образуя разветвлённые структуры.
• β-1,3;1,4-глюканы — характерны для злаков (овса, ячменя), содержат как 1→3-, так и 1→4-связи.
• β-1,4-глюканы — входят в состав целлюлозы, однако в чистом виде целлюлоза обычно не относится к «бета-глюканам» в функциональном смысле.

Молекулярная масса природных бета-глюканов может составлять от десятков до тысяч килодальтон, что существенно влияет на их физико-химические свойства — вязкость, растворимость, способность образовывать гели.

¶История изучения

Интерес к бета-глюканам как биологически активным веществам возник в 1940–1950-х годах. В 1941 году американский исследователь Линус Полинг описал структуру целлюлозы, а работы по β-1,3-глюканам грибов велись параллельно в микологии. Ключевые исследования иммунологической активности грибных полисахаридов проводились в Японии в 1960–1970-е годы в связи с поиском противоопухолевых агентов — в частности, изучался лентинан, выделенный из гриба шиитаке (Lentinula edodes). В 1980–1990-е годы появились работы по овсяным бета-глюканам, подтвердившие их гипохолестеринемический эффект, что привело к включению овсяных отрубей в рацион ряда стран.

¶Источники

Бета-глюканы содержатся в различных природных источниках, которые условно делятся на три группы:

В зерновых культурах бета-глюканы сосредоточены в оболочке зерна, поэтому их содержание выше в цельнозерновых продуктах и отрубях, а не в очищенной муке.

¶Физико-химические свойства

Растворимые бета-глюканы злаков обладают высокой вязкостью в водных растворах, что обусловлено их способностью связывать воду и образовывать гелеподобные структуры. Эта свойство объясняет их влияние на реологические характеристики пищевых продуктов — при добавлении в хлебобулочные изделия овсяный бета-глюкан увеличивает влажность мякиша и удлиняет срок хранения.

Грибные β-1,3-глюканы, напротив, практически нерастворимы в воде в чистом виде; для их активации часто требуется химическая модификация (щелочная обработка, карбоксиметилирование), после которой полисахарид приобретает растворимость и биологическую активность.

¶Биологическая активность

¶Иммуномодулирующее действие

Наиболее изученный эффект бета-глюканов — влияние на врождённый иммунитет. β-1,3/1,6-глюканы распознаются рецепторами макрофагов, дендритных клеток и нейтрофилов (Dectin-1, комплементарные рецепторы), что запускает каскад сигнальных путей и активирует фагоцитоз, выработку цитокинов и цитотоксичность естественных клеток-киллеров. Эти свойства легли в основу клинических исследований лентинана и шизофиллана в онкологии (в частности, в Японии лентинан одобрен как адъювантная терапия при раке желудка).

¶Гипохолестеринемический эффект

Растворимые бета-глюканы злаков связывают желчные кислоты в кишечнике, что приводит к увеличению их выведения и компенсаторному расходованию холестерина на синтез новых желчных кислот. Мета-анализы подтверждают снижение общего холестерина и липопротеинов низкой плотности при регулярном потреблении овсяного бета-глюкана в дозе 3 г в сутки.

¶Влияние на гликемический контроль

Вязкие растворы бета-глюканов замедляют опорожнение желудка и абсорбцию глюкозы, что сглаживает постпрандиальный гликемический ответ. Это свойство изучается в контексте диетического питания при сахарном диабете 2-го типа.

¶Пребиотические свойства

Бета-глюканы не перевариваются ферментами тонкого кишечника человека и поступают в толстую кишку, где служат субстратом для микрофлоры. Метаболизм их сопровождается образованием короткоцепочечных жирных кислот — бутирата, пропионата и ацетата.

¶Применение

• Пищевая промышленность — овсяный бета-глюкан включают в состав хлеба, каш, молочных продуктов и нутрицевтиков; в США и ЕС разрешены функциональные заявки о снижении риска сердечно-сосудистых заболеваний при употреблении овсяного бета-глюкана.
• Фармацевтика — лентинан (Япония, с 1986 г.) и шизофиллан применяются как иммуномодуляторы; курлан (β-1,3-глюкан бактериального происхождения) используется в Японии и странах СНГ как гипохолестеринемическое средство.
• Микробиология и биотехнология — β-1,3-глюканы применяются в качестве селективных сред для культивирования дрожжей и грибов, а также в диагностике (β-глюкановый тест на грибковые инфекции).
• Косметология — грибные полисахариды включают в состав увлажняющих и антивозрастных средств.

¶Регуляторный статус

В Российской Федерации бета-глюканы не имеют статуса лекарственного средства в монопрепаратной форме, однако отдельные препараты на их основе (например, «Бета-глюкан» в составе БАД) зарегистрированы как биологически активные добавки. Курлан производится фармацевтическими предприятиями России и Казахстана. FDA (США) допускает использование овсяного бета-глюкана в функциональных заявлениях о снижении риска коронарной болезни сердца при условии содержания не менее 3 г растворимого бета-глюкана в суточной порции.

¶Исследования и перспективы

Активно изучаются противовирусные свойства бета-глюканов — ряд работ указывает на их способность модулировать интерфероновый ответ. Перспективным направлением является создание наночастиц на основе β-1,3-глюканов для адресной доставки лекарств и вакцин. В сельском хозяйстве бета-глюканы исследуются как адъюванты и стимуляторы резистентности растений.

Источники:

• Ruwandeepika H.A.D. et al. «Structure, Function, and Biosynthesis of Fungal β-Glucans» // Journal of Microbiology and Biotechnology, 2015.
• Daou C., Zhang H. «Oat Beta-Glucan: Its Role in Health Promotion and Prevention of Diseases» // Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety, 2012.
• Akramiene D. et al. «Effects of β-glucans on the immune system» // Medicina, 2007.
• Goodridge H.S. et al. «Activation of the innate immune receptor Dectin-1 through formation of a synapse-like structure» // Nature Immunology, 2011.
• FDA Final Rule on Oat Beta-Glucan Health Claims, 1997.
• Биологически активные добавки к пище. Энциклопедия / под ред. И.Я. Кондакова. — М.: Эксмо, 2019.