DOI: https://doi.org/10.1186/s43014-024-00280-2
تاريخ النشر: 2025-01-08
المؤلف: Phareichon Kashung وآخرون
الموضوع الرئيسي: تحلل البروتينات والببتيدات النشطة بيولوجيًا
نظرة عامة
تقدم هذه القسم نظرة عامة على الببتيدات النشطة بيولوجيًا (BAPs) المشتقة من الحليب، مع تسليط الضوء على فوائدها الوظيفية والتغذوية. هذه الببتيدات، التي هي قطع من البروتينات، تظهر أنشطة بيولوجية متنوعة مثل الخصائص المضادة لارتفاع ضغط الدم، ومضادة للسكري، ومضادة للأكسدة، ومضادة للميكروبات، مما يجعلها قيمة كمكملات غذائية ومواد حافظة للأغذية. يمكن الاقتراب من إنتاج BAPs المشتقة من الحليب من خلال طرق تقليدية، بما في ذلك التحلل الإنزيمي والهضم الميكروبي، بالإضافة إلى تقنيات المعلومات الحيوية مثل قواعد البيانات، ونمذجة العلاقة بين الهيكل والنشاط الكمي (QSAR)، ومنهجية سطح الاستجابة (RSM).
على الرغم من الاهتمام المتزايد بـ BAPs لدورها التنظيمي في إفراز الهرمونات، وامتصاص المغذيات، والدفاع المناعي، والنقل العصبي، لا يزال هناك فجوة في الأبحاث المتعلقة بتفاعلاتها داخل الجهاز الهضمي، والاستقرار، والفعالية، والتوافر البيولوجي. تؤكد الخاتمة على الحاجة إلى دراسات سريرية للتحقق من ادعاءات الصحة وتقييم سلامة هذه الببتيدات، مما يبرز إمكانيات BAPs المشتقة من الحليب في تطوير الأطعمة الوظيفية.
مقدمة
تناقش مقدمة الورقة الببتيدات النشطة بيولوجيًا (BAP)، وهي قطع بروتينية توفر فوائد صحية وتغذوية تتجاوز الوظائف الغذائية الأساسية. هذه الببتيدات مشتقة من تحلل البروتينات على مستويات هيكلية مختلفة، مما يسمح بإطلاق تسلسلات نشطة بيولوجيًا تعزز صحة الإنسان. لقد اكتسبت دراسة BAP، وخاصة من بروتينات الحليب—التي تتكون من 80% كازين و20% بروتينات مصل اللبن—زخمًا في علم الأغذية الوظيفية، مدفوعة بالقلق العام بشأن الأمراض المزمنة مثل ارتفاع ضغط الدم والسكري.
يمكن تحقيق إنتاج الببتيدات النشطة بيولوجيًا من خلال طرق تقليدية، مثل التحلل بواسطة إنزيمات البروتين، وطرق المعلومات الحيوية التي تعمل على تحسين المعلمات التحليلية وتوصيف أنشطة الببتيدات. تم تحديد بروتينات الحليب كمصادر للببتيدات ذات الأنشطة البيولوجية المتنوعة، بما في ذلك الخصائص المضادة لارتفاع ضغط الدم، ومضادة للسكري، ومضادة للأكسدة، ومضادة للميكروبات. تشمل الأمثلة البارزة الببتيد المضاد للأكسدة YFYPEL من كازين البقر والببتيد المضاد للميكروبات Casecidin αs1. تهدف المراجعة إلى التعمق في طرق الإنتاج وآليات عمل الببتيدات النشطة بيولوجيًا المشتقة من بروتينات الحليب، مع تسليط الضوء على إمكانياتها في معالجة القضايا الصحية السائدة.
طرق
في هذا القسم، يصف المؤلفون تحسين الببتيدات النشطة بيولوجيًا (BAP) باستخدام تصميم التجارب (DoE) ومنهجية سطح الاستجابة (RSM). يتم استخدام إطار عمل DoE للتحقيق بشكل منهجي في تأثير معلمات مختلفة—مثل وقت الحضانة، ودرجة الحموضة، ودرجة الحرارة—على النتائج المستهدفة مثل ارتباط المعادن والنشاط المضاد للميكروبات. لا يوضح هذا النهج أهداف البحث فحسب، بل يبسط أيضًا العملية التجريبية من خلال تقليل عدد التجارب المطلوبة مع زيادة جودة النتائج (FitzGerald et al., 2020; Nongonierma et al., 2018).
تُنفذ التجارب المصممة من خلال DoE بعد ذلك، ويتم تحليل البيانات الناتجة باستخدام نماذج رياضية، وخاصة الانحدار الخطي المتعدد (MLR) وRSM. تسهل هذه التحليلات التنبؤ بالظروف المثلى لـ BAP. أخيرًا، يتم التحقق من النتائج المتوقعة من خلال دراسات في المختبر وفي الجسم الحي، مما يضمن موثوقية النتائج (Nongonierma & FitzGerald, 2017).
مناقشة
تستعرض قسم المناقشة في ورقة البحث طرقًا مختلفة لإنتاج الببتيدات النشطة بيولوجيًا (BAPs) من الحليب، مع التركيز على كل من الطرق التقليدية وطرق المعلومات الحيوية. تشمل الطرق التقليدية التحلل الإنزيمي، والتخمير الميكروبي، والهضم المحاكي، كل منها له ظروف محددة تعمل على تحسين إنتاج الببتيدات. يتم تسليط الضوء على التحلل الإنزيمي، الذي يستخدم إنزيمات مثل البيبسين والتربسين، لدقته وقابليته للتكيف، مما يسمح بإنتاج ببتيدات قصيرة السلسلة من خلال ظروف محكومة. كما ينتج التخمير الميكروبي، الذي يشمل بكتيريا حمض اللاكتيك، BAPs بفوائد صحية متنوعة، بما في ذلك الخصائص المضادة لارتفاع ضغط الدم والمضادة للميكروبات. يحاكي الهضم المحاكي العمليات الهضمية لتقييم النشاط البيولوجي للببتيدات، على الرغم من أن التحلل الإنزيمي يظل مفضلًا لقدرته على التكرار وكفاءته في الإنتاج على نطاق واسع.
على النقيض من ذلك، تقدم الطريقة المعلوماتية بديلاً سريعًا وفعالًا من حيث التكلفة لتحديد وتحسين BAPs. تسهل تقنيات مثل نمذجة العلاقة بين الهيكل والنشاط الكمي (QSAR) والتثبيت الجزيئي اختيار الركائز والإنزيمات، مما يعزز كفاءة تحديد الببتيدات. يسمح دمج هذه الطرق الحاسوبية بالتنبؤ بالإمكانات النشطة بيولوجيًا وتصميم ببتيدات مصممة لفوائد صحية محددة. بشكل عام، تؤكد الأبحاث على أهمية كل من الاستراتيجيات التقليدية وطرق المعلومات الحيوية في تطوير الببتيدات النشطة بيولوجيًا المشتقة من الحليب، والتي تحمل وعدًا لتطبيقات في الأغذية، والأدوية، والمكملات الغذائية.
DOI: https://doi.org/10.1186/s43014-024-00280-2
Publication Date: 2025-01-08
Author(s): Phareichon Kashung et al.
Primary Topic: Protein Hydrolysis and Bioactive Peptides
Overview
The section provides an overview of bioactive peptides (BAPs) derived from milk, highlighting their functional and nutritional benefits. These peptides, which are fragments of proteins, exhibit diverse bioactivities such as antihypertensive, anti-diabetic, antioxidative, and antimicrobial properties, making them valuable as nutraceuticals and food preservatives. The production of milk-derived BAPs can be approached through classical methods, including enzymatic hydrolysis and microbial digestion, as well as bioinformatics techniques such as databases, quantitative structure-activity relationship (QSAR) modeling, and response surface methodology (RSM).
Despite the increasing interest in BAPs for their regulatory roles in hormone secretion, nutrient uptake, immune defense, and neurotransmission, there remains a gap in research regarding their interactions within the gastrointestinal tract, stability, efficacy, and bioavailability. The conclusion emphasizes the need for clinical studies to validate health claims and assess the safety of these peptides, underscoring the potential of milk-derived BAPs in the development of functional foods.
Introduction
The introduction of the paper discusses bioactive peptides (BAP), which are protein fragments that provide health and nutritional benefits beyond basic dietary functions. These peptides are derived from the breakdown of proteins at various structural levels, allowing for the release of bioactive sequences that enhance human health. The exploration of BAP, particularly from milk proteins—comprising 80% casein and 20% whey proteins—has gained traction in functional food science, driven by public health concerns regarding chronic diseases such as hypertension and diabetes.
The production of bioactive peptides can be achieved through classical methods, such as proteolytic enzyme hydrolysis, and bioinformatics approaches that optimize hydrolytic parameters and characterize peptide bioactivities. Milk proteins have been identified as sources of peptides with diverse bioactivities, including antihypertensive, antidiabetic, antioxidant, and antimicrobial effects. Notable examples include the antioxidant peptide YFYPEL from bovine casein and the antimicrobial peptide Casecidin αs1. The review aims to delve into the production methods and mechanisms of action of bioactive peptides derived from milk proteins, highlighting their potential in addressing prevalent health issues.
Methods
In this section, the authors describe the optimization of Bioactive Peptides (BAP) using Design of Experiments (DoE) and Response Surface Methodology (RSM). The DoE framework is employed to systematically investigate the influence of various parameters—such as incubation time, pH, and temperature—on targeted outcomes like mineral binding and antimicrobial activity. This approach not only clarifies the research objectives but also streamlines the experimental process by minimizing the number of trials needed while maximizing the quality of the results (FitzGerald et al., 2020; Nongonierma et al., 2018).
The experiments designed through DoE are subsequently executed, and the resulting data is analyzed using mathematical models, specifically Multiple Linear Regression (MLR) and RSM. These analyses facilitate the prediction of optimal conditions for BAP. Finally, the predicted outcomes are validated through both in vitro and in vivo studies, ensuring the reliability of the findings (Nongonierma & FitzGerald, 2017).
Discussion
The discussion section of the research paper outlines various methodologies for producing bioactive peptides (BAPs) from milk, emphasizing both classical and bioinformatics approaches. The classical methods include enzymatic hydrolysis, microbial fermentation, and simulated digestion, each with specific conditions that optimize peptide production. Enzymatic hydrolysis, utilizing enzymes such as pepsin and trypsin, is highlighted for its precision and adaptability, allowing for the generation of short-chain peptides through controlled conditions. Microbial fermentation, involving lactic acid bacteria, also produces BAPs with various health benefits, including antihypertensive and antimicrobial properties. Simulated digestion mimics gastrointestinal processes to evaluate peptide bioactivity, although enzymatic hydrolysis remains preferred for its reproducibility and efficiency in large-scale production.
In contrast, the bioinformatics approach offers a rapid and cost-effective alternative for identifying and optimizing BAPs. Techniques such as quantitative structure-activity relationship (QSAR) modeling and molecular docking facilitate the selection of substrates and enzymes, enhancing the efficiency of peptide identification. The integration of these computational methods allows for the prediction of bioactive potential and the design of peptides tailored for specific health benefits. Overall, the research underscores the significance of both classical and bioinformatics strategies in the development of milk-derived bioactive peptides, which hold promise for applications in food, pharmaceuticals, and nutraceuticals.