Prospects for the use of a new delayed-release food biopeptide in the composition of food with antimicrobial and antitumor properties | Перспективы использования нового пищевого биопептида замедленного высвобождения в составе продуктов питания с антимикробными и противоопухолевыми свойствами

English. The work objectives are the isolation and identification of an antimicrobial peptide from cow colostrum, its microcapsulation, and in vitro bioavailability assessment. At stage 1 of complex study, a bioactive peptide, conventionally called RR3, with a molecular weight of 18 kDa and containing 11 amino acids in its structure located in the sequence MANRKLRARSR was isolated by pepsin hydrolytic cleavage of cow colostrum protein. The molecular modeling method has revealed that the secondary structure of the RR3 peptide is represented by an alpha-helix, the isoelectric point is 12.96, the charge is +5, and the hydrophilicity (hydrophobicity) is +18.3 Kcal/mol. At stage 2, it has been found by the disco-diffusion method involving gram-positive and gram-negative bacteria and diploid fungus, that RR3 has a bactericidal effect against E. coli ATCC 25922 and B. subtilis and antifungal activity against C. albicans, but this activity is lower than the activity of antibiotic and antifungal drugs. At stage 3, the effect of RR3 on the viability of rat glioblastoma C6 (ATCC CCL-107™) tumor cells was studied; the hypothesis of the anti-cancer activity of the peptide in vitro was confirmed, and the mechanism of the antitumor activity of the peptide was suggested. A 50% decrease in the population of C6 tumor cells found at a peptide concentration of 296.3 mcg/ml after 48 h. At the final stage, the bioavailability of the developed peptide was investigated, the stability of free RR3 and microcapsulated in maltodextrin (10% aqueous solution) was tested on a pseudo-boiling RR3 bed unit in an in vitro digestion model in the gastrointestinal tract at 3 levels (oral cavity / stomach / intestine model). As found the microcapsulated RR3 reaches the intestines, where its hydrolytic cleavage occurs. Thus, it was demonstrated the approaches common in pharmaceuticals for oral administration of several biologically active substances can also be in demand in food technologies.

Russian. Цели работы – выделение и идентификация антимикробного пептида из молозива коров, его микрокапсулирование, оценка биодоступности in vitro. На 1-м этапе проведенного комплексного исследования путем гидролитического расщепления белка молозива коров пепсином выделен биоактивный пептид, условно названный RR3, с молекулярной массой 18,0 кДа и присутствием в структуре 11 аминокислот, расположенных в последовательности MANRKLRARSR. Методом молекулярного моделирования выявлено, что у пептида RR3 вторичная структура представлена альфа-спиралью, изоэлектрическая точка находится на уровне 12,96, заряд +5, гидрофильность (гидрофобность) +18,3 ккал/моль. На 2-м этапе диско-диффузионным методом на грамположительных и грамотрицательных бактериях и диплоидном грибке установлено, что RR3 обладает бактерицидным действием в отношении E. coli ATCC 25922 и B. subtilis и противогрибковой активностью в отношении C. albicans, но эта активность ниже активности антибиотических и противогрибковых препаратов. На 3-м этапе изучено влияние RR3 на жизнеспособность опухолевых клеток линии глиобластомы крысы C6 (ATCC CCL-107™), подтверждена гипотеза о противораковой активности пептида in vitro и предположен механизм противоопухолевой активности пептида. Установлено снижение популяции опухолевых клеток C6 на 50% при концентрации пептидов в 296,3 мкг/мл после 48 ч. На завершающем этапе исследована биодоступность разработанного пептида, проверена стабильность свободного RR3 и микрокапсулированного в мальтодекстрин (10%-ный водный раствор) на установке с псевдокипящим слоем RR3 в in vitro-модели пищеварения в желудочно-кишечном тракте на 3 уровнях (модель ротовой полости / желудка / кишечника). Установлено, что микрокапсулированный RR3 достигает кишечника, где происходит его гидролитическое расщепление. Таким образом, продемонстрировано, что принятые в фармацевтике подходы для перорального введения ряда биологически активных веществ могут быть востребованы и в пищевых технологиях.