Polisacàridos de algas marinas: nueva opción para la estimulación inmunológica

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Hoy día, toda la producción animal está preocupada por la vacunación. Esta es una técnica fundamental para la protección de la salud del ganado la cual, sin embargo, representa un coste significativo para los ganaderos. Por lo tanto, maximizar la eficiencia y la rentabilidad de las estrategias de vacunación profiláctica es muy importante; y para lograrlo se exploran nuevas vías constantemente. Una de estas vías  está relacionada con la utilización de nuevas moléculas extraídas de las algas marinas, con el objetivo de optimizar la estimulación de las defensas naturales del cuerpo y su respuesta a las estrategias de vacunación.

 Inmunidad innata

La respuesta del cuerpo a la agresión de un patógeno se basa en dos tipos de inmunidad: la respuesta inmune innata y la respuesta adaptativa.

La respuesta innata es la primera línea de defensa contra los patógenos, la cual se activa inmediatamente y actúa muy rápido; además se puede encontrar en todos los animales y será la misma cada vez que el cuerpo se encuentra con ese patógeno. Sin embargo, el cuerpo no posee memoria del agente infeccioso. El mecanismo de acción de este tipo de inmunidad consiste en el reconocimiento de los patrones moleculares compartidos por numerosos agentes patógenos, que están representados por las fracciones de membrana (glicocalix)

 Los diferentes elementos que contribuyen a la respuesta inmune innata son los siguientes:

  •  Barrera física (membrana mucosa, piel, mucosa, vellosidades, etc.)
  • Las células fagocíticas, como los macrófagos.
  • Las células asesinas naturales (NK).
  • Ciertas citoquinas, que ofrecen señales de alarma del cuerpo ante un peligro.
  • Sistema Complementario.
  • Los receptores tipo Toll (TLR), una familia de receptores de membrana descubiertos recientemente. Controlan la expresión de moléculas que luchan contra los agentes infecciosos (directa o indirectamente, a través de las células efectoras y mediante la activación del sistema inmune adaptativo).

Los elementos asociados a la respuesta inmune innata pueden actuar sobre el patógeno directa o indirectamente, mediante la producción de células efectoras (citoquinas, etc). Esta última posteriormente activará la inmunidad adaptativa mediante la activación de la células T y B.

 Inmunidad adaptativa

A diferencia de la respuesta innata, la respuesta adquirida o adaptativa ocurre sólo en los vertebrados. Durante el primer encuentro con un determinado patógeno (infección primaria), actúa como la segunda línea de defensa del cuerpo. Su activación lleva algún tiempo – conocido como latencia; sin embargo, este sistema de respuesta memoriza los patógenos que encuentra y cuando el cuerpo se expone de nuevo a ellos la latencia es mucho más corta y el sistema inmune reacciona a la agresión casi inmediatamente. La inmunidad adaptativa es específica: reconoce los patrones moleculares de los patógenos anteriores.

 Diferentes elementos que contribuyen a la respuesta inmune adaptativa:

  • Células T
  • Células B
  • Anticuerpos
  • Ig, TCR, CTL, anticuerpo (AB) productores de células plasmáticas + la ayuda acoplada de los efectores de la inmunidad innata

 Algas marinas: una nueva fuente de elementos activos para estimular el sistema inmunológico

En los últimos años han aparecido innumerables publicaciones sobre la importancia de las algas marinas en numerosas aplicaciones biológicas, en particular en los mecanismos inmunes, haciendo énfasis en algunos de sus componentes como los polisacáridos sulfatados. No son más que carbohidratos complejos que no se producen en las plantas terrestres y se supone que influyen en el sistema inmunológico de un gran número de vías, aún  poco conocidas.

Los polisacáridos representan una clase estructuralmente diversa de macromoléculas que son relativamente distribuidas en la naturaleza y existen en formas simples y complejas. A diferencia de las proteínas y de los ácidos nucleicos, los polisacáridos contienen características estructurales repetitivas, que son cadenas de residuos de monosacáridos, unidos por enlaces glucosídicos.

Por lo tanto, forman estructuras de polímero que se  representan en forma de cadenas, las cuales pueden ser homogéneas (homopolisacáridos) o no (heteropolisacáridos). Las formas simples son los homopolisacáridos que están compuestos por un solo tipo de azúcar, ligada de una manera esencialmente lineal (almidón, glucógeno, celulosa). Son compuestos esencialmente estructurales o mecanismos de almacenamiento de energía que se liberan fácilmente. Su estructura puede llegar a ser más compleja debido a su capacidad de establecer enlaces a distintos niveles de cada unidad primaria, permitiendo así el desarrollo de las estructuras de ramificación en las tres dimensiones. Estos son los heteropolisacáridos ramificados.

 Variabilidad estructural y potencialidades biológicas

Los nucleótidos en los ácidos nucleicos y los aminoácidos en las proteínas se pueden interconectar de una sola forma, mientras que las unidades de monosacáridos en los oligosacáridos y los polisacáridos se pueden interconectar en varios puntos, para formar una amplia variedad de estructuras lineales o ramificadas (Sharon y Lis 1993). Por ejemplo, las posibles permutaciones para cuatro monómeros de azúcar diferentes pueden alcanzar hasta 35.560 tetrasacáridos únicos, mientras que cuatro aminoácidos pueden formar sólo 24 permutaciones diferentes (Hodgson 1991).

 Esto explica el hecho de que, entre las macromoléculas, los polisacáridos proporcionar la mayor capacidad para trasladar información biológica, ya que tienen el mayor potencial de variabilidad estructural. Además, una de las particularidades que poseen numerosos polisacáridos marinos es su carácter polianiónico, el cual les confiere una alta reactividad química.

De estos polisacáridos aniónicos, la mayoría de los que producen las macroalgas son los polisacáridos sulfatados: galactano (agar, carragenanos), ulvans y fucanos.

Los ulvans, por ejemplo, son polisacáridos solubles en agua que se encuentra en las algas verdes (Ulva y Enteromorpha), y tienen como sus principales componentes  al sulfato, la ramnosa, la xilosa, el idurónico y los ácidos glucurónicos (Lahaye y Ray 1996) (Percival y McDowell 1967 ).

Estructura de los Ulvan muestra una gran complejidad y variabilidad como lo demuestran los numerosos oligosacáridos que repiten patrones estructurales identificados (Lahaye y Robic 2007). Las principales unidades repetidas de disacáridos son el ácido ulvanobiourónico tipo 3-sulfato, que contiene tanto ácido glucurónico o idurónico. Además, se pueden encontrar muy pocos  patrones de repetición que contengan xilosa sulfatada reemplazando al ácido urónico o al ácido glucurónico en el enlace  O-2 de las unidades de ramnosa-3-sulfato (Lahaye y Ray 1996) (Lahayeet al. 1997).

 Interés

Esta gran variabilidad en la estructura del polisacárido brinda la flexibilidad necesaria requerida por los mecanismos de regulación en diferentes interacciones célula-célula en organismos superiores.

La sulfatación, en particular, parece ser propicia para diversas actividades biológicas observadas en polisacáridos extraídos de macroalgas marinas.

 Polisacáridos sulfatados marinos: su papel y efecto sobre la inmunidad

Los polisacáridos sulfatados, que se encuentran comúnmente en las macroalgas, han demostrado poseer actividades anti-infecciosas (Cumashi et al. 2007) (Witvrouw y De Clercq 1997) (anti-virales, anti-bacterianas, anti-tumorales), antioxidantes (Wang et al. 2010) (de Souza et al. 2007) y anti-trombóticas (Mao et al. 2006), así como actividades inmuno-moduladoras (Leiro et al. 2007) que podrían ser relevantes en la estimulación de la respuesta inmune o en el control de la actividad de las células inmunes, para mitigar efectos negativos como la inflamación (Chen et. al 2008) Una de las vías de los polisacáridos sulfatados marinos, de gran relevancia recientemente, es su papel en la activación del TLR.

De hecho, muchos estudios están demostrando que los polisacáridos de algas marinas pueden influir en la respuesta inmune innata mediante la unión a receptores de reconocimiento llamados Receptores de  Reconocimiento de Patrones (PRR), como los receptores de manosa o TLR de las células fagocíticas, incluyendo los macrófagos (Chen et al. 2008). Los TLR son proteínas transmembrana que detectan a los patógenos invasores mediante la unión a moléculas ancestrales de origen microbiano llamadas Patrones Moleculares Asociados a Patógenos (PAMPs).

El contacto de los PAMPs a nivel de los TRL desencadena una cascada de respuestas que da lugar a la expresión de genes de respuesta inflamatoria. En los mamíferos, estos receptores recientemente identificados se numeraron del1 al 11 (TLR1-TLR11). En contacto con sus respectivos PAMPs, el TLR activa específicamente una vía de señalización que conduce a la activación del NF-kB (factor nuclear kappa B) y AP1 (Activador de la Proteína 1) así como a los factores de transcripción que regulan la expresión de las citoquinas inflamatorias como las TNFα, IL-1 o IL-6.

 Por lo tanto, ahora parece que los TLR desempeñan un papel fundamental en la respuesta inmune adaptativa, pero las señales producidas por su activación conducen a la activación de muchas otras células y funciones del sistema inmunológico, lo que los convierte en elementos esenciales, tanto para los mecanismos de inmunidad innata como a lo de inmunidad adaptativa.

La actividad de algunos polisacáridos sulfatados de algas, como los agentes de activación de TLR, puede ser el resultado de una cierta similitud estructural entre estos polisacáridos marinos y los lipopolisacáridos bacterianos (LPS). Los LPS bacterianos son de hecho un tipo de estructura que ocurre en la superficie de su membrana externa y se reconocen como elementos de reconocimiento de bacterias específicas. En particular, los LPS bacterianos en los mamíferos se reconocen específicamente por TLR4.

 Posibles aplicaciones en la salud animal

En conclusión, las algas marinas parecen contener azúcares en forma de polisacáridos, algunos de los cuales – los polisacáridos sulfatados – son estructuras complejas de polianiónicos que poseen diversas propiedades biológicas. Un gran número de estudios evidenciaron los efectos de algunos de estos polisacáridos sulfatados, en particular los fucoidan, los carragenanos y los ulvans, en ciertos mecanismos de respuesta inflamatoria y sobre la inmunidad.

La identificación y selección de estos polisacáridos extraídos de macroalgas hace que sea posible prever el uso de estas moléculas como agentes de estimulación de diversos mecanismos asociados a la defensa del organismo y, en particular, de los  mecanismos de inmunidad innata.

 En el marco de las posibles aplicaciones en el ámbito de la cría de animales y la salud animal se proponen dos estrategias:

 Ingesta secuencial regular para lograr una estimulación general de la defensa del organismo:

  •  El consumo regular, sin que esté relacionado con la vacunación, permiten el fortalecimiento del estado de defensa del cuerpo. El uso repetido permite el desarrollo de un sistema inmune «básico» y la potenciación del estado de defensa del sistema innato. El uso de polisacáridos en un programa profiláctico puede ser un activo en la mejora del nivel de protección inmune de un individuo o grupo de individuos de una misma especie ganadera, ya que contribuye a un mejor control de la presión infecciosa en el ganado y la prevención de la aparición de patologías infecciosas recurrentes.

 Ingesta selectiva, en el marco de un programa de vacunación:

  • Como parte de un programa de vacunación, podrían mejorar la protección de la vacuna. Esto sin duda brinda la posibilidad de mejorar la ingesta y la persistencia de la vacuna y por lo tanto, mejora el rendimiento técnico y económico de los programas de vacunación profilácticos.
Fuente: International Aquafeed   – Olmix

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