化学开启眼虫的可能性

2019/11/30

化学开启眼虫的可能性它可以帮助减少内脏脂肪并治疗糖尿病吗？？

#少子老龄化

我已经拥有眼虫大约10年了它作为食品和燃料的材料而受到关注，但日本产业技术研究院已经利用裸藻淀粉开发了塑料和纳米纤维。此外，近年来，由裸藻淀粉合成的聚合物已被抑制体重增加并减少内脏脂肪涉及激素，“GLP-1”的分泌如果未来这种物质作为药物投入实际应用，有望具有改善代谢综合征的效果，不仅可以预防血脂异常和高血压，还可以为糖尿病的预防和治疗做出贡献。

我想通过融合藻类学和化学来创造新的有用物质

　大约10年前，专门从事有机化学研究的柴上元成第一次有机会听到藻类学研究员的讲话。我对藻类学非常陌生，以至于当研究人员热情地谈论“微藻”时，它听起来就像一个片假名词“bisaisourui”。

　对方的演讲非常热情，让我很好奇微藻是否也能有趣。当时，微藻利用的研究在日本开始兴起。当时，只有食品和燃料被设想为产品。然而，从化学研究的角度来看，我认为仅仅吃或燃烧微藻是一种浪费，因为它们含有多种有用的物质，我们应该将它们转化为多种其他物质。我发现眼虫特别有趣。

　我立即从化学角度对眼虫进行了研究，虽然我在脂质或蛋白质中找不到任何特殊特征，但我对细胞中含有大量称为裸藻淀粉的蛋形颗粒（直径为几微米）的事实产生了兴趣。裸藻淀粉是一种称为多糖的聚合物，由约 2,000 个葡萄糖分子连接在一起组成。

志上专注于这种物质。

　裸藻中所含裸藻淀粉的量超过其自身重量的一半，有时可达70%至80%。我认为如果能够在一个细胞中积累如此数量的相同物质，就有可能创造出具有工业价值的东西。''

　裸藻淀粉是由葡萄糖连接而成的多糖，与植物中发现的纤维状物质纤维素相同。但由于纤维素与木质素等物质交织存在于植物中，是一种难以提取和纯化的物质，只能由加工厂通过煮沸或粉碎的方式提取。另一方面，与植物不同，裸藻细胞没有坚硬的细胞壁，因此只需添加碱性水溶液打破脆弱的细胞膜即可提取裸藻淀粉，即使采用如此简单的方法，也可以获得几乎100%纯度的裸藻淀粉。

　就纤维素而言，提取和纯化条件比较苛刻，因此有的分子长，有的分子短，但就裸藻淀粉而言，提取条件温和，所以提取后的裸藻淀粉分子长度几乎相同。因此，我觉得裸藻淀粉是一种易于使用的材料，因为在加工成材料时，其热塑性等物理特性很容易控制。此外，与纤维素不同，裸藻淀粉具有螺旋结构，这非常有吸引力。

　2010 年，Shibakami 开始挑战利用藻类创造事物，旨在融合藻类学和化学。当时，藻类研究人员和化学研究人员之间几乎没有接触，因此，两者可以结合的领域几乎没有被探索过。

我们制造一切有用的东西，从塑料到医疗用途

　在接下来的几年里，Shibakami 以裸藻淀粉为原料，开发了具有优异热稳定性的生物塑料、纳米纤维和 100% 天然粘合剂。然而柴上却觉得眼虫还有更大的潜力。

　“因为它们有潜力被制成各种各样的产品，所以我想创造任何有用的东西。当我在寻找微藻更广泛的可能性时，我遇到了一位医生，他后来成为我的合作者，我决定进行研究，旨在为藻类学和化学的融合领域增添‘医学’风味。”

　当时，裸藻淀粉被认为具有改善胆固醇水平的作用，内科医生也这么认为。另一方面，芝上虽然对此表示怀疑，但他认为，通过化学的力量，或许可以将这种效果赋予裸藻淀粉。

　如果这种源自裸藻的成分能够消除代谢综合症（一种内脏脂肪堆积并容易导致脂质异常、高血糖和高血压的疾病），特别是能够抑制引起各种并发症的糖尿病的发病，那么它应该能够为延长人们的健康寿命做出贡献。考虑到其重要性和商业化规模，柴上决定开发一种具有降低体内胆固醇作用的物质。

阳离子化裸藻淀粉施用概要图”class= — ■施用阳离子裸藻淀粉可促进 GLP-1 的分泌

如何用裸藻降低胆固醇？

那么，我们应该怎样做才能让裸藻淀粉有效发挥作用呢？基于树脂的胆汁酸吸附剂可以吸附肠道中的胆汁酸并将其排出体外，已经作为改善高胆固醇状况的药物而存在。其目的是通过部分阻断胆汁酸在体内反复循环的循环并消耗原料胆固醇来降低血液胆固醇。

　Shibakami 认为，如果将裸藻淀粉颗粒解开形成具有柔性结构的聚合物，则可以更有效地排泄胆汁酸。

裸藻淀粉的外观和感觉与马铃薯淀粉非常相似，但添加到水中时不会溶解。由于裸藻淀粉除非溶于水，否则无法在体内形成柔性结构，因此首先需要使其水溶性。

　如果裸藻淀粉带正电，就会变成水溶性，而且与带负电的胆汁酸的相互作用会加强。而且，裸藻淀粉可以形成螺旋结构，因此通过将胆汁酸纳入螺旋空间，胆汁酸会更容易排出体外。这是从裸藻淀粉中创造新物质时分子设计的基本思想。

减少脂肪并摆脱代谢综合症

　为了创造“阳离子裸藻淀粉”（一种带正电荷的裸藻淀粉，易于与胆汁酸结合），我们设计并合成了各种设计并评估了其功能。最终研究了100多种衍生品。其中只有两三个人的数字达到了预期。虽然看起来很小，但可以说它表明了分子设计的方向是正确的。

　我们给小鼠喂食含有阳离子化裸藻淀粉的高脂饮食5周，并检查它们的体重、内脏脂肪含量和各种血液成分。结果显示，与喂食含有等量纤维素的高脂饮食的小鼠相比，体重增加被抑制在50%左右，内脏脂肪量减少了33-38%。''

阳离子化裸藻淀粉不仅使小鼠体重增加的可能性降低，而且还显着改善了它们的“代谢综合征”。

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　人们认为体重增加的抑制和内脏脂肪的减少很大程度上是由于这种激素的作用。

　胰岛素是一种降低血糖水平的激素，如果胰岛素不分泌或不能正常工作，就会导致糖尿病。换言之，如果服用阳离子裸藻淀粉能够增加GLP-1并分泌大量胰岛素，那么可以想象，它将有效改善糖尿病。

　Shibakami认为，这种源自眼虫的物质或许能够减少患有生活方式相关疾病的患者数量。这就是为什么，考虑到未来的商业化，我们设计了一种方法来减少合成所需的工作量。不管产品有多好，从成本上来说，通过10、20步来合成是不现实的。在这方面，这种阳离子化裸藻淀粉仅需要一个步骤即可合成。如果是早上准备的话，晚上或者第二天就可以准备好了，所以合成不需要太多的时间。