Beata Żyszka-Haberecht, Ewa Długosz, Michał Żerek, Jacek Lipok

Mikroalgi – perspektywy wykorzystania substancji biologicznie czynnych w farmakoterapii chorób cywilizacyjnych
2024-08-26

Przedmiot badań: Mikroalgi są uważane za jedną z najbardziej obiecujących,,platform biotechnologicznych”, która może zaspokoić w przyszłości zapotrzebowanie przemysłu produkującego biofarmaceutyki i nutraceutyki dla ludzi, ponieważ mikroalgi są szybko rosnącymi, zasilanymi energią słoneczną,,biofabrykami”.

Cel pracy: Rozważenie perspektyw wykorzystania mikroalg o statusie GRAS – Spirulina sp., Chlorella sp., Dunaliella sp., Haematococcus sp., Schizochytrium sp., Porphyridium cruentum, Crypthecodinium cohnii i Chlamydomonas reinhardtii, w przemyśle farmaceutycznym, w oparciu o biochemiczne i fizjologiczne właściwości tych organizmów.

Materiał i metody: Przegląd aktualnych informacji naukowych pod kątem obiecującego zastosowania związków bioaktywnych z mikroalg w farmakoterapii. Wykorzystano specjalistyczne bazy danych z zakresu medycyny i ochrony zdrowia, takie jak: PubMed, Embase, Web of Science, Medline, Access Medicine, Science Direct (Elsevier), wykorzystywane i udostępniane przez Bibliotekę Główną Uniwersytetu Opolskiego.

Wyniki: Wybrano informacje koncentrujące się na potencjalnym i perspektywicznym wykorzystaniu mikroalg w przemyśle farmaceutycznym. Metabolity, które można uzyskać z mikroalg posiadają różne właściwości bioaktywne, w tym: przeciwbakteryjne, przeciwwirusowe, przeciwnowotworowe, odżywcze i hamujące proteazy. Możliwość wykorzystania nowych, naturalnych związków czynnych w prewencji oraz komplementarnie w leczeniu chorób cywilizacyjnych czyni mikroalgi obiecującymi fitoterapeutykami, tym bardziej że te fotosyntetyzujące mikroorganizmy wykazują wiele korzystnych cech, takich jak: szybkie tempo wzrostu, zdolność adaptacji do różnych warunków środowiskowych, niski koszt utrzymania kultury, neutralność węglowa, relatywna łatwość skalowania kultury i modyfikacji składu chemicznego komórek po zastosowaniu stresu abiotycznego i indukcji metabolizmu w pożądanym kierunku. Ponadto, kilka gatunków mikroalg uzyskało status GRAS, co sprawia, że ich wykorzystanie jako,,biofabryk” kultur komórkowych i tkankowych, zdolnych do generowania różnorodnych biofarmaceutyków i suplementów diety, staje się bardzo atrakcyjne.

Wnioski: Mikroalgi są źródłem substancji biologicznie czynnych o bardzo dużym potencjale terapeutycznym. Naturalne substancje bioaktywne mikroalg mogą przyczynić się do skuteczniejszej farmakoterapii najczęstszych chorób cywilizacyjnych, jak zaburzenia lipidowe, cukrzyca typu 2, choroby neurodegeneracyjne. Pomimo inspirującego potencjału mikroalg, nadal istnieje wiele wyzwań technicznych, które należy pokonać, zanim będą one mogły być wykorzystywane do komercyjnej produkcji farmaceutyków na dużą skalę. Przyszłe prace rozwojowe nad mikroalgami powinny również uwzględniać: ocenę bezpieczności szczepów transgenicznych, opracowanie standardów rekombinowanych białek w warunkach GMP, badania przedkliniczne oraz pełne badania kliniczne. Ewidentne walory mikroalg w kontekście zastosowań w farmacji i medycynie sprawiają, że z całą pewnością badania tego rodzaju będą się nadal intensywnie rozwijać.

Słowa kluczowe: mikroalgi, aktywność biologiczna, farmaceutyki, choroby cywilizacyjne, profilaktyka zdrowotna.

© Farm Pol, 2024, 80(4): 225–239

Microalgae – perspectives for the use of biologically active substances in the pharmacotherapy of civilisation diseases

Introduction. Microalgae, as a fast-growing, solar-powered ‘biofactories’, are suitable biotechnological platforms available to use for the production of biopharmaceuticals and human nutraceuticals.

Aim: Consider the potential use of GRAS microalgae: Spirulina sp., Chlorella sp., Dunaliella sp., Haematococcus sp., Schizochytrium sp., Porphyridium cruentum, Crypthecodinium cohnii and Chlamydomonas reinhardtii in the pharmaceutical industry on the basis of their biochemical and physiological properties.

Materials and Methods. A review presents current scientific information on the promising use of bioactive compounds from microalgae in the pharmaceutical field. Specialized medical and health databases including PubMed, Embase, Web of Science, Medline, Access Medicine, and Science Direct (Elsevier) were accessed and searched via the Main Library of the University of Opole.

Results. Information that focuses on the potential and future use of microalgae in pharmaceuticals was selected. An extensive range of bioactive metabolites that can be extracted from microalgae have distinctive properties such as antibacterial, antiviral, anticancer, nutritive and protease inhibitory. Microalgae are promising phytotherapeutic agents because of the possibility to use new natural active substances in the prevention and complementary treatment of civilization diseases. Microalgae are seen in a very favorable light in terms of the possibility of discovering new, natural medicines. These photosynthetic microorganisms exhibit many favorable characteristics, such as rapid growth rate, low cost of maintaining cultures, carbon neutrality, relative ease of scaling up cultures and modifying cellular composition following the application of abiotic stress and induction of metabolism in the desired direction.. What is more, several microalgae have obtained GRAS status, which makes using these algae as cell factories for pharmaceutical purposes very attractive.

Conclusions. Despite the exciting potential of microalgae, there are still many technical challenges to overcome before they can be used to produce pharmaceuticals on a commercial scale. Microalgae-derived bioactives may help to improve the treatment of some of the most prevalent human diseases, including obesity, type 2 diabetes and neurodegenerative diseases. Simultaneously, future microalgae efforts must focus on: safe evaluation of transgenic strains, development of recombinant protein standards under GMP conditions, preclinical studies and full clinical trials. In the face of these challenges, the future of microalgae drugs looks very promising.

Keywords: microalgae, biological activity, pharmaceuticals, civilisation diseases, preventive healthcare.

© Farm Pol, 2024, 80(4): 225–239