Estudio de las propiedades nutracéuticas de compuestos naturales bioactivos de tomate que intervienen en la resistencia a estrés, empleando un modelo in vivo en caenorhabditis elegans

Abstract

Desde hace algunos años, el estudio de los compuestos naturales bioactivos (CNB) se ha convertido en un área emergente de investigación debido a la evidente asociación entre el consumo regular de los alimentos que los contienen y la disminución del riesgo de aparición de enfermedades crónicas. En el fruto del tomate se han identificado CNB que están involucrados con dichas propiedades de prevención, pero aún no se conoce claramente los mecanismos de acción de todos ellos. Estos CNB poseen en común propiedades antioxidantes que estarían mediando los efectos biológicos, sin embargo, los estudios actuales proponen otros mecanismos que impulsan a identificar diferentes CNB alimenticios. Algunos CNB identificados en frutas u hortalizas son compuestos electrófilos que tienden a reaccionar con moléculas ricas en electrones, como por ejemplo los grupos sulfhidrilos presentes en algunas estructuras proteicas. Esta reacción puede activar al sistema antioxidante Keap1/Nrf2 involucrado en la atenuación de patologías de tipo inflamatorias, como el cáncer y las enfermedades cardiovasculares. El objetivo de este proyecto, fue dar respuestas al modo de acción que tienen los CNB presentes en alimentos y en especial el tomate, en la prevención de patologías y la identificación de nuevos principios activos que permitan generar estrategias para obtener alimentos con un mayor poder nutracéutico. Para abordar este estudio se propuso evaluar los CNB con actividad antioxidante y electrófilos, en una población de frutos de tomates con una alta diversidad genética (reflejada en sus caracteres morfométricos y metabólicos). Los efectos biológicos in vivo de los extractos de tomate o CNB fueron evaluados en un modelo de estrés térmico en el organismo Caenorhabditis elegans (C. elegans) donde la actividad biológica beneficiosa se manifestó como un incremento de la termo tolerancia. A partir de una población de tomates andinos, se obtuvieron extractos hidrofílicos donde se evaluó la composición de CNB con actividad antioxidante y su actividad in vivo en el modelo de C. elegans. Se encontraron diferencias significativas en la composición de CNB, actividad antioxidante y actividad de termo tolerancia. Para poder identificar los principios activos, se emplearon herramientas de estadísticas multivariadas. Se determinó que los compuestos más importantes en los estudios realizados, fueron los ácidos cafeoilquínicos, y ácido ferúlico-O-hexósido. Dentro de los ácidos cafeoilquínicos, el ácido clorogénico (ACG) es el más compuesto fenólico abundante en tomate que mejor correlacionó con las actividades cuantificadas y por lo tanto fue un compuesto interés para avanzar en el estudio del mecanismo de acción en la actividad de termo tolerancia. Para este estudio se emplearon cepas de C. elegans con mutaciones en las vías de señalización de respuesta a estreses. Los resultados obtenidos indicaron que ACG requiere del factor de transcripción inducible por hipoxia 1 (HIF-1) para generar termo tolerancia. Estudios posteriores mostraron que ACG activa HIF-1 y sus genes blancos durante la incubación previa al estrés térmico. Subsecuentemente, empleando una cepa transgénica de C. elegans para evaluar autofagia y silenciando genes por RNA de interferencia, pudimos demostrar que AGC requiere de HIF-1 y el factor de transcripción Heat shock factor 1 (HSF-1) y de las chaperonas HSP-90 y HSP-16 para activar autofagia y finalmente este proceso es requerido para que C. elegans pueda resistir el estrés térmico. Para el estudio de CNB electrófilos, se desarrolló un método químico para cuantificar la actividad electrofílica de extractos de tomate. Esta técnica está basada en la capacidad que poseen los CNB de tomate para reaccionar con el grupo sulfhidrilo del sustrato p-nitrobencenotiol (NBT), reflejando la capacidad que tendrían los mismos para interactuar con sulfhidrilos de proteínas. Con esta herramienta se pudo detectar actividad electrofílica solamente en los extractos lipofílicos obtenidos a partir del fruto del tomate. La actividad electrofílica y la composición de pigmentos fue cuantificada en una población de tomates originados a partir de padres contrastantes en color, forma y tamaño del fruto. Por medio de un análisis de correlación, licopeno y β-caroteno mostraron la mayor asociación con la actividad electrofílica, indicando que podrían ser los precursores de los compuestos responsables de generar actividad. Como licopeno y β-caroteno no poseen sitios electrofílicos, se propuso identificar CNB de tomate a partir de la combinación de la reacción de los compuestos electrófilos presentes con NBT y el análisis de cromatografía acoplado a un espectrómetro de masas. Esta estrategia permitió detectar 15 compuestos electrófilos y se realizó la identificación tentativa de 10 de ellos. Estos metabolitos resultaron ser principalmente carotenales, compuestos derivados de la oxidación de carotenos. Los estudios de las actividades biológicas de termo tolerancia en C. elegans mostraron que las fracciones que contenían los compuestos electrófilos fueron activas y que el mecanismo de acción estaría mediado por la reactividad de los electrófilos sobre el complejo de proteínas WDR-23/SKN-1, quien genera el incremento de la actividad citoprotectora en el gusano. En conjunto, estos resultados muestran nuevos CNB de tomate y sus mecanismos de acción sobre las vías de señalización que intervienen en la respuesta frente a estreses y que permiten un mejor entendimiento de la biología del estrés en C. elegans.