Carácter pleiotrópico de los compuestos bioactivos

El interés por los compuestos bioactivos ha aumentado en las últimas décadas debido a sus múltiples propiedades beneficiosas para la salud humana. Estos compuestos se definen como el conjunto de sustancias naturales que ejercen una actividad biológica que conducen a alteraciones asociadas a efectos beneficiosos sobre la salud humana, como pueden ser la mejora de ciertas funciones fisiológicas o la reducción del riesgo de padecer diversas enfermedades, y que pueden ser consumidos de forma prolongada en el tiempo.

Este tipo de compuestos se encuentran generalmente en productos de origen vegetal, entre otras fuentes, formando una amplia variedad de sustancias con diferentes estructuras químicas, como es el caso de los carotenoides, los compuestos fenólicos, los glucosinolatos o los fitoesteroles, entre otros, y con diversas actividades biológicas como por ejemplo su capacidad para actuar como antitumorales, antimicrobianos, antivirales, antiinflamatorios, antiaterogénicos, antihipertensivos, antioxidantes, etc[1].

[1]R. Singh, “Medicinal Plants: A Review,” Journal of Plant Sciences 3, no. 1–1 (2015): 50–55; Hassan Rasouli, Mohammad Hosein Farzaei, and Reza Khodarahmi, “Polyphenols and Their Benefits: A Review,” International Journal of Food Properties, August 4, 2017, 1–42, https://doi.org/10.1080/10942912.2017.1354017.

Recientemente, está surgiendo una nueva perspectiva debido a que los compuestos bioactivos, entre ellos especialmente los compuestos fenólicos, han exhibido un importante carácter pleiotrópico, lo cual contribuye a su consideración sobre la prevención y el tratamiento de enfermedades multifactoriales, como el cáncer u otras patologías relacionadas con la obesidad[2].

[2]Enrique Barrajón-Catalán et al., “Molecular Promiscuity of Plant Polyphenols in the Management of Age-Related Diseases: Far Beyond Their Antioxidant Properties,” 2014, 141–59, https://doi.org/10.1007/978-3-319-07320-0_11.

Así, estos compuestos han conseguido modular su diversidad para actuar como ligandos de múltiples dianas logrando así presentar una alta promiscuidad molecular[3].

[3]María Herranz-López et al., “Multi-Targeted Molecular Effects of Hibiscus Sabdariffa Polyphenols: An Opportunity for a Global Approach to Obesity,” Nutrients 9, no. 8 (2017), https://doi.org/10.3390/nu9080907.

Este rasgo múltiple es clave en la actividad biológica de los compuesto fenólicos procedentes de fuentes vegetales así como de sus efectos sinérgicos[4].

[4]Konrad T. Howitz and David A. Sinclair, “Xenohormesis: Sensing the Chemical Cues of Other Species,” Cell 133, no. 3 (May 2008): 387–91, https://doi.org/10.1016/j.cell.2008.04.019.

Sin embargo, los compuestos bioactivos al ser ingeridos entran en rutas metabólicas para su degradación, por lo que no son estos compuestos inalterados sino sus intermedios en el catabolismo los responsables de los efectos beneficiosos observados en la salud. Así, algunos estudios han demostrado que metabolitos de compuesto fenólicos actúan sobre múltiples dianas moleculares asociadas principalmente a cambios en la expresión génica, regulación de las vías de señalización y metabolismo energético mediante la modulación/interacción con proteínas o enzimas relacionadas con múltiples rutas metabólicas (Figura 1). De esta manera, los compuestos fenólicos han demostrado poseer múltiples propiedades beneficiosas frente a enfermedades crónicas relacionadas principalmente con el estrés metabólico, procesos inflamatorios y el envejecimiento[5].

[5]María del Carmen Villegas-Aguilar et al., “Pleiotropic Biological Effects of Dietary Phenolic Compounds and Their Metabolites on Energy Metabolism, Inflammation and Aging,” Molecules 25, no. 3 (2020), https://doi.org/10.3390/molecules25030596.

Ilustración 1. Vías de señalización modificadas por compuestos bioactivos [6]

[6]María del Carmen Villegas-Aguilar et al., “Pleiotropic Biological Effects of Dietary Phenolic Compounds and Their Metabolites on Energy Metabolism, Inflammation and Aging,” Molecules 25, no. 3 (2020), https://doi.org/10.3390/molecules25030596.

Por otro lado, en los últimos años se ha producido un incremento exponencial de publicaciones relacionadas con la microbiota del tracto digestivo humano. En ese contexto, el estudio sobre los cambios en la composición de la microbiota intestinal a lo largo de la vida constituye una de las parcelas menos conocidas a día de hoy, a pesar de tratarse de una cuestión que abre puertas importantes para mejorar determinados aspectos relacionados con la salud. Los factores determinantes de los cambios funcionales del intestino, que tienen lugar en relación con la enfermedad inflamatoria intestinal, son solo parcialmente conocidos.

Por todo ello, la acción de los compuestos bioactivos de la dieta podría ser en parte responsable de los beneficios observados en la salud gastrointestinal atribuidos a la ingesta de una dieta rica en frutas y verduras. Como es bien sabido, en el colon es donde se alcanza la mayor concentración de compuestos fenólicos al no ser muchos de ellos absorbidos durante su paso a lo largo del tracto gastrointestinal, siendo posible que estos compuestos puedan proteger a la mucosa intestinal frente a la acción de las especies reactivas de oxígeno o compuestos oxidados presentes en el lumen, debido a su capacidad antioxidante. Además, no se descarta la acción directa de los compuestos bioactivos sobre las células del epitelio intestinal.

Por todo esto es de gran importancia poder identificar y entender los mecanismos de acción donde los compuestos bioactivos están involucrados ejerciendo sus efectos sobre las dianas terapéuticas de interés. 

El olivo (Olea europea L.) es un árbol histórico de las regiones mediterráneas que se cultiva principalmente para la obtención de aceite y de aceitunas de mesay que ocupa más de 1.5 millones de hectáreas en la región andaluza. Sin embargo, en los últimos años ha aumentado el interés no sólo de estos productos, sino de sus subproductos, considerados generalmente como residuos, que se generan en la producción de aceite de oliva, como el caso de la hoja y el alperujo que se pueden convertir en verdaderos co-productos de dicha industria, con la revalorización que esto conlleva.

Las hojas de olivo constituyen actualmente un problema económico y medioambiental en el sector olivarero. En este sentido, se estima que de cada olivo se pueden obtener aproximadamente 25 kg de hojas/año, las cuales suponen el 5% del peso total de la cosecha. Así, dada la importancia de este sector en el tejido productivo de Andalucía, se generan anualmente más de 500.000 toneladas de hoja de olivo[7]. Al mismo tiempo, derivado de la obtención de aceite de oliva también se generan anualmente en torno a 3 millones de toneladas de orujo.A pesar de la importancia de estos subproductos como biomasa para obtener energía (en Andalucía supone 567.702.107 Kcal/año), el avance en el conocimiento durante los últimos años sobre el potencial de sus compuestos bioactivos está permitiendo su utilización en otros campos como la alimentación funcional, nutracéutico y cosmético que puede suponer una nueva forma de bioeconomía circular.

[7]JA Callejo López, T Parra Heras, and T Manrique Gordillo, “Evaluación de La Producción y Usos de Los Subproductos de Las Industrias Del Olivar En Andalucía,” 2015.

La utilización de la hoja de olivo con fines terapéuticos se cree que comenzó en el antiguo Egipto y ha sido ampliamente reconocido su uso en medicina tradicional. De hecho, las infusiones de hoja de olivo se han relacionado históricamente con efectos preventivos y paliativos para combatir la malaria, procesos inflamatorios, infecciones bacterianas, hipertensión o afecciones bucales, entre otras[8]. Todas estas propiedades beneficiosas, atribuidas desde la medicina tradicional, han despertado un creciente interés dentro de la comunidad científica. De hecho, se ha demostrado que la hoja de olivo es una matriz rica en compuestos bioactivos entre los que cabe destacar los compuestos fenólicos, siendo su mayor componente la oleuropeína, y los triterpenos como ácido oleanólico y maslínico. Por otra parte, la hoja de olivo también presenta una alta concentración de azúcares, como es el caso del manitol, a los cuales también se les atribuyen propiedades bioactivas beneficiosas para la salud. Por tanto, y dada la actividad biológica demostrada científicamente de estos compuestos, las hojas de olivo se presentan como una importante fuente de compuestos bioactivos de gran valor y que actualmente se considera un subproducto del olivar con escasas vías de aprovechamiento[9].

[8]Özcan and Matthäus, “A Review: Benefit and Bioactive Properties of Olive (Olea Europaea L.) Leaves.”

[9]Eduardo Medina et al., “Characterization of Bioactive Compounds in Commercial Olive Leaf Extracts, and Olive Leaves and Their Infusions,” Food & Function 10, no. 8 (2019): 4716–24, https://doi.org/10.1039/C9FO00698B.

Por otro lado, el alperujo, un subproducto compuesto por aguas de vegetación o alpechín y restos de partes sólidas de la aceituna como huesos o piel, resulta de difícil manejo para la industria oleícola debido a su elevada humedad (en torno al 60%), lo que se traduce en un elevado coste derivado de su manipulación y procesado[10]. Actualmente este subproducto es empleado principalmente para la obtención de aceite de orujo de oliva a través de una segunda centrifugación en frío o mediante el uso de disolventes orgánicos. Tras este proceso, el alperujo desgrasado contiene hasta un 98% de compuestos fenólicos en una concentración mayor que la presente en el aceite de oliva, siendo el hidroxitirosol el más abundante de todos ellos[11]. El elevado contenido de este compuesto bioactivo hace delalperujo una alternativa interesante para la obtención de ingredientes funcionales con capacidad antioxidante, antimicrobiana o anti-inflamatoria, entre otras[12]. De hecho, la Agencia Europea de Seguridad Alimentaria (EFSA) aprobó la alegación acerca de los efectos beneficiosos de los compuestos fenólicos del aceite de oliva siempre y cuando la concentración de hidroxitirosol y sus derivados sea superior a 5mg por cada 20g de aceite de oliva, permitiendo etiquetar dichos productos con alegaciones saludables[13]. Considerando los efectos beneficiosos que ha demostrado el hidroxitirosol, el alperujo puede ser considerado como una fuente de obtención de compuestos bioactivos, en su mayor parte hidroxitirosol, para el desarrollo de ingredientes funcionales, revalorizando dicho subproducto que actualmente posee escasas vías de aprovechamiento.

[10]R. Arjona, A. Garcı́a, and P. Ollero, “The Drying of Alpeorujo, a Waste Product of the Olive Oil Mill Industry,” Journal of Food Engineering 41, no. 3–4 (August 1999): 229–34, https://doi.org/10.1016/S0260-8774(99)00104-1.

[11]Juan Fernández-Bolaños et al., “Production in Large Quantities of Highly Purified Hydroxytyrosol from Liquid−Solid Waste of Two-Phase Olive Oil Processing or ‘Alperujo,’” Journal of Agricultural and Food Chemistry 50, no. 23 (November 2002): 6804–11, https://doi.org/10.1021/jf011712r.

[12]María Robles-Almazan et al., “Hydroxytyrosol: Bioavailability, Toxicity, and Clinical Applications,” Food Research International 105 (March 2018): 654–67, https://doi.org/10.1016/j.foodres.2017.11.053.

[13]European Food Safety Authority (EFSA), “Scientific Opinion on the Substantiation of Health Claims Related to Polyphenols in Olive and Protection of LDL Particles from Oxidative Damage (ID 1333, 1638, 1639, 1696, 2865), Maintenance of Normal Blood HDL Cholesterol Concentrations (ID 1639), Mainte,” EFSA Journal 9, no. 4 (April 2011): 2033, https://doi.org/10.2903/j.efsa.2011.2033.

En los últimos años, numerosos estudios in vitro e in vivo han demostrado el efecto antioxidante, hipoglucémico, la actividad antihipertensiva, antimicrobiana, anticancerígena así como la capacidad antiinflamatoria del extracto completo o compuestos individuales derivados de la hoja de olivo[14]. En este sentido, existen evidencias científicas a nivel celular que demuestran que los fenoles del olivo, y específicamente la combinación/proporción que se encuentra en la hoja de olivo, son capaces de modular e interactuar con las vías moleculares y, al hacerlo, pueden inhibir la progresión y el desarrollo del cáncer[15]. Por otro lado, tanto modelos celulares como estudios de intervención en humanos han demostrado que los compuestos fenólicos del olivo presentan una alta actividad antiinflamatoria y dentro de sus diferentes propiedades bioactivas, destaca el efecto beneficioso que estos compuestos han demostrado tener frente a diversas patologías relacionadas con el envejecimiento, observándose que dichos efectos están directamente relacionados con su capacidad para frenar diferentes estados relacionados con el estrés oxidativo.

[14]Medina et al., “Characterization of Bioactive Compounds in Commercial Olive Leaf Extracts, and Olive Leaves and Their Infusions”; Anna Boss et al., “Evidence to Support the Anti-Cancer Effect of Olive Leaf Extract and Future Directions,” Nutrients 8, no. 8 (August 19, 2016): 513, https://doi.org/10.3390/nu8080513; Enrique Barrajón-Catalán et al., “Differential Metabolomic Analysis of the Potential Antiproliferative Mechanism of Olive Leaf Extract on the JIMT-1 Breast Cancer Cell Line,” Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis 105 (February 2015): 156–62, https://doi.org/10.1016/j.jpba.2014.11.048; Nassima Talhaoui et al., “Olea Europaea as Potential Source of Bioactive Compounds for Diseases Prevention,” 2018, 389–411, https://doi.org/10.1016/B978-0-444-64057-4.00012-0.

[15]Barrajón-Catalán et al., “Differential Metabolomic Analysis of the Potential Antiproliferative Mechanism of Olive Leaf Extract on the JIMT-1 Breast Cancer Cell Line.”

Por todo ello, y como se ha mencionado anteriormente, es de especial relevancia conocer y entender los mecanismos biológicos por los que compuestos bioactivos presentes en estos subproductos de olivo ejercen un efecto sobre diferentes dianas terapéuticas. Para ello, es necesario el desarrollo de metodologías novedosas basadas en las aproximaciones -ómicas que permitan conocer el efecto de dichos compuestos sobre mecanismos biológicos relacionados con la inflamación, además del gran interés que supone dilucidar su papel en la prevención o tratamiento de estas patologías.

La extracción de los componentes bioactivos de los subproductos de la industria olivarera es una etapa crucial en la obtención de ingredientes bioactivos. En este sentido, el proceso de extracción comprende la separación de los compuestos de interés de la matriz mediante el uso de disolventes, en función de las diferentes solubilidades entre estos y los distintos compuestos[16]. Además la distribución y localización de estos compuestos no es uniforme en toda la matriz, lo que puede afectar al proceso de extracción. Es por ello, que una adecuada elección de la técnica de extracción empleada para recuperación de los componentes bioactivos de las matrices a estudiar es esencial para la separación de los compuestos de interés de la matriz con el objetivo de obtener un extracto enriquecido en distintos fitoquímicos[17].

[16]Devanand L Luthria, “Significance of Sample Preparation in Developing Analytical Methodologies for Accurate Estimation of Bioactive Compounds in Functional Foods,” Journal of the Science of Food and Agriculture 86, no. 14 (November 2006): 2266–72, https://doi.org/10.1002/jsfa.2666.

[17]Diego F. Tirado, Esther de la Fuente, and Lourdes Calvo, “A Selective Extraction of Hydroxytyrosol Rich Olive Oil from Alperujo,” Journal of Food Engineering 263 (December 2019): 409–16, https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2019.07.030.

En la actualidad existen multitud de técnicas para la recuperación de compuestos bioactivos a partir de distintas matrices, en las que influyen distintos parámetros como la temperatura, la composición del disolvente de extracción,el tiempo de extracción, la agitación o la presión a la que se realiza del proceso de extracción. Estas técnicas pueden clasificarse como técnicas convencionales y no convencionales[18].

[18]J. Azmir et al., “Techniques for Extraction of Bioactive Compounds from Plant Materials: A Review,” Journal of Food Engineering 117, no. 4 (August 1, 2013): 426–36, https://doi.org/10.1016/J.JFOODENG.2013.01.014.

El uso de una técnica u otra va a depender de la naturaleza de la fuente natural a extraer, del futuro uso del extracto obtenido y de los componentes que se pretenden recuperar. Del mismo modo, la posibilidad de escalado del proceso a un mayor volumen de producción cobra especial importancia a la hora de producir ingredientes bioactivos considerando igualmente el coste de producción. Es por todo ello, que el empleo de diferentes tecnologías de extracción es necesario para conseguir extractos de gran calidad.

Uno de los inconvenientes que poseen los compuestos bioactivos provenientes de matices vegetales es su reducida estabilidad en el tiempo, ya que son sensibles a luz, elevada temperatura o presencia de oxígeno entre otros factores[19]e incluso sufren modificaciones en su estructura a lo largo del tracto gastrointestinal durante la digestión, lo que conlleva a una pérdida de su bioactividad. Además, ciertos componentes bioactivos presentan características organolépticas indeseables que pueden provocar un rechazo por parte del consumidor. Con el objetivo de aumentar la estabilidad de los compuestos bioactivos y/o enmascarar estas características organolépticas indeseables de algunos de ellos se han desarrollado múltiples técnicas de encapsulación a nivel micro y nanoscópico que solventan todos estos inconvenientes[20].

[19]Ankit Patras et al., “Effect of Thermal Processing on Anthocyanin Stability in Foods; Mechanisms and Kinetics of Degradation,” Trends in Food Science & Technology 21, no. 1 (January 2010): 3–11, https://doi.org/10.1016/j.tifs.2009.07.004.

[20]Zhongxiang Fang and Bhesh Bhandari, “Encapsulation of Polyphenols – A Review,” Trends in Food Science and Technology 21, no. 10 (2010): 510–23, https://doi.org/10.1016/j.tifs.2010.08.003.

Al igual que ocurre con el proceso de extracción, el uso de una técnica de encapsulación u otra dependerá de la naturaleza del extracto, de los componentes que serán encapsulados y de la finalidad del ingrediente encapsulado. Hay que considerar que la selección del agente de recubrimiento o agente encapsulante cobra especial importancia ya que debe proteger los componentes bioactivos de los agentes externos y de las condiciones desfavorables que se producen durante su digestión que puedan provocar la pérdida de su bioactividad. Por todas estas razones, la encapsulación de los componentes bioactivos es una técnica novedosa que aporta numerosas ventajas tecnológicas durante el procesado de un ingrediente funcional que pueda ser añadido a un alimento o a una formulación nutracéutica y aumentar así su valor nutricional y bioactividad.

 

Las ciencias -ómicas son un conjunto de técnicas y tecnologías cuya finalidad es la obtención de una visión lo más completa posible acerca de los sistemas biológicos en su conjunto. Es decir, su principal objetivo es identificar, caracterizar y cuantificar todas las moléculas involucradas en todos los procesos biológicos de un organismo. Este conjunto de ciencias está formado principalmente por la genómica, transcriptómica, proteómica, metabolómica y microbiómica[21]. Aunque cada una estudia los procesos biológicos desde una perspectiva distinta, todas ellas están relacionadas entre sí gracias a las interacciones existentes entre genes, transcritos, proteínas, metabolitos y microorganismos (incluyendo bacterias, hongos y levaduras) en dichos procesos, formando la denominada cascada de las ciencias -ómicas. Además, dada esta relación existente entre las diferentes -ómicas, y para tener una comprensión más holística de los procesos biológicos que tienen lugar en los organismos vivos, cada vez son más comunes los estudios que integran datos obtenidos por diferentes enfoques –ómicos[22].

[21]Sara Lemoinne et al., “Fungi Participate in the Dysbiosis of Gut Microbiota in Patients with Primary Sclerosing Cholangitis,” Gut 69, no. 1 (January 2020): 92–102, https://doi.org/10.1136/gutjnl-2018-317791.

[22]Yehudit Hasin, Marcus Seldin, and Aldons Lusis, “Multi-Omics Approaches to Disease,” Genome Biology 18, no. 1 (December 5, 2017): 83, https://doi.org/10.1186/s13059-017-1215-1.

Teniendo en cuenta la complejidad de los procesos biológicos y las interacciones existentes entre los compuestos bioactivos y el organismo, es concebible que los resultados obtenidos mediante la combinación de diferentes plataformas -ómicas proporcionen una visión más profunda sobre el efecto que tiene la ingesta de dichos compuestos en los procesos biológicos.

Consecuentemente, los enfoques -ómicos propuestos (metabolómica, epigenómica y microbiómica) presentan un gran potencial para proporcionar una visión holística de cómo el cuerpo humano reacciona al consumo de compuestos bioactivos procedentes de fuentes vegetales al mismo tiempo que ofrecen valiosa información para el desarrollo de estrategias de intervención personalizadas.

En el campo de los compuestos bioactivos, las técnicas -ómicas mencionadas permiten identificar biomarcadores (metabolómica), comprender mejor cómo los polimorfismos genéticos afectan a la respuesta individual (epigenómica), evaluar cambios en la composición de la microbiota (bacterias, hongos y levaduras) mediante la microbiómica, y finalmente, combinando todos los resultados obtenidos de cada una de ellas, evaluar los mecanismos de acción producidos por la ingesta de los compuestos obtenidos a partir de fuentes vegetales en el organismo humano[23].

[23]Banu Bayram et al., “Breakthroughs in the Health Effects of Plant Food Bioactives: A Perspective on Microbiomics, Nutri(Epi)Genomics, and Metabolomics,” Journal of Agricultural and Food Chemistry 66, no. 41 (October 17, 2018): 10686–92, https://doi.org/10.1021/acs.jafc.8b03385.