Propiedades de las antocianinas

Las antocianinas (a veces se usa indistintamente el término antocianina para las antocianidinas [aglicona o genina] así como para sus glucósidos [antocianinas]) son compuestos polifenólicos naturales que aportan pigmentación a una diversidad de frutos y flores, incluso verduras (Figura 1). Se han descrito 12 antocianidinas, las más importantes, cianidina, delfinidina, pelargonidina, peonidina, malvidina y petunidina ¹. Las antocianidinas previamente mencionadas son las responsables de aportar los distintos tonos de pigmentación que van desde el rojo, al azul y al violeta.

Estudios han sugerido que las antocianinas poseen la propiedad funcional de prevenir enfermedades cancerígenas. Esto, debido a que pueden inhibir la transformación celular bloqueando proteínas quinasas activas por mitógenos, y bloqueando la expresión de proteínas activadoras. Esto, sin dejar de mencionar que pueden suprimir la inflamación bloqueando factores detonantes de la metástasis e inducir la apoptosis en células cancerosas ⁴.

Figura 1 Antocianina: Estructura del ion flavilio [2]. 

La enfermedad del cáncer es considerada como una de las principales causas de muerte a nivel global en el humano. No obstante, puede prevenirse si las personas optan por un cambio en su estilo de vida, a uno más saludable, sobre todo, en su alimentación. Evidencia aportada por estudios experimentales fundamentan que la quimio-prevención desempeña un rol relevante en las estrategias para disminuir las incidencias cancerígenas. También, indican que el consumo de compuestos dietéticos favorece a la no propagación de éstas ⁹. Con base a los estudios realizados en esta área, los compuestos dietéticos pueden reducir las tasas de proliferación celular, inflamación, angiogénesis y estimular la apoptosis.

El estudio efectuado por Li-Shu Wang y sus colaboradores se enfocó en la evaluación de antocianinas a partir de frambuesa negra contra tumor de esófago inducido por N-nitrometilbenzilamina (NMBA) en ratones. Durante un periodo de 2 semanas, ratones fueron alimentados con frambuesa negra previo a su tratamiento con NMBA. En el lapso de 30 semanas, con base a ensayos realizados en Western Blot y análisis estadísticos, se logró determinar que la dieta de frambuesa negra con alto contenido de antocianinas redujo considerablemente los tumores de esófago generados en ratones. El estudio comprobó que las antocianinas por si solas no pueden curar las enfermedades cancerígenas, pero si son potenciales quimiopreventivos que pueden ayudar a evitar el desarrollo de esas enfermedades. ²³.

La angiogénesis es un fenómeno clave que favorece el desarrollo de tumores y metástasis del cáncer. Por ende, se busca estrategias de investigación anti angiogénicas que busquen la prevención y tratamientos contra el cáncer. Estudios previos recomiendan el desarrollo de fármacos médicos que limiten eficazmente la angiogénesis tumoral, aunque tampoco descartan que el hábito de adaptarse a una dieta sana y balanceada puede limitar la angiogénesis. Utilizando equipos de HPLC y lectores de detección con luz UV, se ha logrado determinar que los flavonoides provenientes de diferentes especies de berries demuestran actividad anti angiogénica contra el factor de crecimiento endotelial vascular. Este es el principal factor que origina la vascularización de tumores, incluyendo el cáncer de mama. Se sugiere que las catequinas, polifenoles y antocianinas deberían extraerse e incorporarse en productos farmacológicos como tratamiento preventivo y adicional contra cánceres vasculares, debido a que estos compuestos inhiben la transformación celular hacia una naturaleza maligna ⁸.

Otro de los problemas de salud que afecta a la población a nivel global es la diabetes tipo 2. La diabetes tipo 2 puede surgir principalmente por una dieta no balanceada, cuya alimentación consista en el consumo excesivo de azúcares y grasas. Además que, esta condición se ve empeorada por la falta de actividad física. La diabetes tipo 2 puede traer complicaciones derivadas de ésta como la hiperglicemia, hipertrigliceridemia, alteración en las señalizaciones de insulina, y desbalance en el metabolismo de lípidos. Prácticamente, la diabetes tipo 2 trae consigo el problema comúnmente denominado “obesidad”. Si ésta no se previene a tiempo, y la persona continua con una dieta crónica alta en grasas, su organismo desarrollará resistencia a la insulina. Esto, a su vez, perjudicará el correcto metabolismo de la glucosa y los lípidos. Sin embargo, para los efectos antidiabéticos, las antocianinas poseen la capacidad de inducir la secreción de insulina a partir del orden creciente de pelargonidin-3-galactosido, cianidin-3-glucosido y definidin-3-glucosido. Este descubrimiento, demuestra que el número de grupos hidroxilo en el anillo B de las antocianinas juega un rol crucial en su capacidad para estimular la secreción de insulina ³.

Las antocianinas exhiben actividad antimicrobiana a través de varios mecanismos, como el daño celular inducido al destruir la pared celular, la membrana y la matriz intercelular ⁸. Los extractos ricos en antocianinas de fresa y zarzamora inhiben las bacterias Gramnegativas, pero no Grampositivas (Figura 2). Esta variación podría deberse a las diferentes estructuras de la pared celular entre bacterias Grampositivas y Gramnegativas, en las que la membrana externa de las bacterias Gramnegativas actúa como barrera preventiva contra compuestos hidrófobos, pero no sobre compuestos hidrofílicos ⁵.

Las antocianinas (antocianidinas glicosiladas) son compuestos polifenólicos debido a que son metabolitos secundarios de las plantas que poseen en su estructura al menos un anillo aromático al que está unido uno o más grupos hidroxilo. Varios compuestos polifenólicos tienen actividad antimicrobiana como en el caso de ciertas antocianinas ².

Figura 2 Antocianidinas: Estructura de las antocianidinas más comunes en plantas con el respectivo color que manifiestan [4]. 

Aspectos relacionados con la salud.

La investigación realizada por Takanori Tsuda y su equipo de trabajo demostraron que una dieta rica en cianidina-3-glucosida podía influir como efecto preventivo contra la obesidad e hiperglicemia. Antecedentes indican que la cianidina-3-glucosida posee actividad antioxidante y antiinflamatoria. Esto se debería a su capacidad captadora de radicales contra radicales hidroxilo y anion superóxido. El estudio consistió en disponer de roedores que padecieran tanto de obesidad como hiperglicemia y su dieta consistió en alimento de maíz adicionado con colorante púrpura de cianidina-3-glucosida (antocianina-3-glucosilada) durante 12 semanas. Efectuando análisis de RNA y examinando el tejido adiposo, lograron determinar que una dieta rica en cianidina-3-glucosida reduce significativamente el desarrollo de obesidad y aminora la hiperglicemia. Esto se debe a que la dieta administrada suprime los niveles de TNFα mRNA de enzimas que incluyen los ácidos grasos, reduce significativamente la síntesis y contribuye a la supresión de la acumulación de triglicéridos en el tejido blanco adiposo. Los hallazgos del estudio aportan una base bioquímica y nutricional para el uso de alimentos ricos o adicionados con antocianinas como factor alimenticio funcional. Ésto puede tener implicaciones importantes para prevenir la obesidad y diabetes ¹⁰.

Con base en los estudios examinados, es evidente que el interés por los compuestos antocianínicos se intensifique año tras año por sus propiedades terapéuticas y farmacológicas potenciales. Estos compuestos fenólicos de naturaleza antioxidante permanecen intactos en el torrente sanguíneo de los seres humanos y ejercen efectos positivos que comprenden la disminución de males coronarios, propiedad antinflamatoria, anticancerígena y antitumoral ¹. Los investigadores Wang, Jiao y Lin, demostraron que los frutos ricos en antocianinas evidencian una elevada actividad antioxidante contra la presencia de radicales libres de peróxidos de hidrógeno, hidroxilos y oxígenos singulete ^22),(24. Para que las antocianinas logren conservar su naturaleza antioxidante lo más íntegra posible, éstas deben ser extraídas y aisladas utilizando equipos de cromatografía líquida de alta eficacia y mantenerlas a un pH de 1, dado que su estabilidad se mantiene en ambientes ácidos ⁵. Dada la amplia y extensa aplicación que pueden tener las antocianinas en base a sus propiedades funcionales, se da apertura a nuevas perspectivas para el desarrollo de productos nutraceúticos con valor agregado para el consumo humano.

Genes asociados a la biosíntesis de las antocianinas

Las antocianinas consisten en pigmentos solubles en agua que por lo general son los principales responsables de aportar una variedad de colores a las plantas, distinguiéndose el rojo, azul y morado. La cianidina, delfinidina, pelargonidina, peonidina, malvidina y petunidina son las antocianidinas más comunes distribuidas en las plantas, siendo sus distribuciones relativas por lo general, aproximadamente del 50%, 12%, 12%, 12%, 7% y 7%, respectivamente. Cada una de estas antocianidinas se manifiestan fenotípicamente en la planta o fruto de un color característico. Por ejemplo, la pelargonidina aporta un color rojo vivo en bayas, la delfinidina brinda un color azul oscuro en varias petunias, y la cianidina confiere un color magenta o purpura a las flores y un color rojo para algunas frutas ²¹. Las pelargonidinas y cianidinas son las principales antocianidinas que se pueden encontrar en frutos con colores rojo-brillantes y oscuros ². Las antocianinas se sintetizan a través de la vía de los flavonoides a partir de dos tipos de genes: estructurales y reguladores ¹⁶. Los genes estructurales juegan un rol indispensable en la biosíntesis de flavonoides y antocianinas e influyen en los mecanismos de función de la fenilalanina amoniacalasa (PAL), chalcona sintasa (CHS), chalcona isomerasa (CHI), flavanona 3-hidroxilasa (F3H), flavonoide 3’-hidroxilasa (F3’H), dihidroflavonol 4-reductasa (DFR), antocianidina sintasa (ANS), UDP glucosa: flavonoide-3-O-glucosil transferasa (UFGT) y glutatión S-transferasa (GST) ⁹.

La biosíntesis de antocianinas involucra dos etapas biosintéticas: temprana y tardía (Figura 3). Estas dos etapas dan lugar a la biosíntesis de diferentes flavonoides como taninos condensados, flavonoles y antocianidinas, mismos que originan los colores característicos en frutos y flores de muchas especies ⁷. La biosíntesis de etapa temprana inicia con la catálisis de fenilalanina para producir acido cinámico y cumaroil-CoA, seguido de la síntesis de chalcona que luego se isomeriza a flavanona por la enzima chalcona isomerasa (CHI). La enzima flavanona 3-hidroxilasa (F3H) cataliza las flavanonas a dihidroflavonoles ¹⁶. En la etapa tardía de la biosíntesis, la dihidroflavonol reductasa (DFR) reduce los dihidroflavonoles a leucoantocianinas, que a su vez, se convierten en antocianidinas por la antocianidina sintasa (ANS). Las antocianidinas finalmente se glicosilan a antocianinas a través de la enzima difosfato de uridina-glucosa flavonoide-O-glicosil-transferasa (UFGT) ⁸.

Figura 3 Biosíntesis de Antocianinas: Etapas temprana y tardía de la vía biosintética [8]. 

Las proteínas reguladoras tienen control sobre la biosíntesis de antocianinas y regulan la expresión de genes estructurales a niveles transcripcional y postranscripcional ¹⁸. Estas proteínas reguladoras se modulan diferencialmente por el azúcar y hormonas. Estudios previos en esta área sugieren que los azúcares sirven como señales esenciales para modular la biosíntesis de antocianinas. Un ejemplo es la sacarosa, la cual es la principal fuente de carbono para la síntesis de antocianinas y determina el sabor y calidad del fruto ²². Por otra parte, las hormonas vegetales como auxinas, giberelinas, citoquininas, ácido abscísico, ácido jasmonato y etileno, también juegan roles de alta importancia en la regulación de la biosíntesis de antocianinas. Éstas pueden estar asociadas a regular la madurez de frutos no climatéricos con respecto al ablandamiento de frutos y acumulación de antocianinas ⁸. Los factores de transcripción (TF´s) son reguladores esenciales para la expresión de genes estructurales en la biosíntesis de antocianinas, como: MYB, bHLH, WRKY, y ERF. Los factores de transcripción MYB asociados a la expresión de genes como MYB39, MYB86, MYBIR, MYB10 y MYB1, regulan la coloración fenotípica de varios frutos. Ésto puede indicar que los TF’s reprimen o potencian la acumulación de antocianinas ¹⁸. Además, los genes bHLH pueden interactuar con los genes MYB para regular la biosíntesis de proantocianidinas. Con base en investigaciones anteriores, son varios genes bHLH los que responden en el proceso de biosíntesis de antocianinas en la fruta, como lo revelan los perfiles de expresión y análisis de redes (Tabla 1) ⁸.

Tabla 1 Genes reguladores, estructurales y biosintéticos de antocianinas: Se ilustra los genes expresados con base a la función que ejercen para la biosíntesis de antocianinas (Hossain et al., 2018). 

Estudios bioinformáticos

Con el desarrollo de nuevas tecnologías de secuenciación de próxima generación se ha logrado la reducción de costos para la secuenciación de genomas. En consecuencia, también ha facilitado la finalización, hasta la fecha, de más de 150 genomas en plantas ¹⁰. Por ejemplo, con las tecnologías de secuenciación Illumina, ha sido posible determinar características más específicas de los genomas Fragaria x ananassa y Rubus adenotrichos. Por otro lado, la disposición de plataformas bioinformáticas aporta la oportunidad de registrar y almacenar datos de alta importancia para su consulta (Tabla 2). El genoma de Fragaria x ananassa es del tamaño de 240 Mb, constituido por aproximadamente 34,809 genes. Mientras que el genoma de Rubus adenotrichos es del tamaño de 243 Mb, constituido por aproximadamente 28,005 genes ²¹.

Se había visto que los principales reguladores transcripcionales genéticos de la vía biosintética de los flavonoides eran los genes MYB, WD40 y bHLH. Los genes bHLH habían sido reconocidos por primera vez en la década de los 90’s, considerados como reguladores de la diferenciación y proliferación celular ¹¹. Con base a la secuenciación de su genoma, la familia de genes bHLH está constituida por al menos 119 miembros ¹⁰. Los dominios genéticos de bHLH están sintetizados por aproximadamente 60 aminoácidos y se distinguen por la disposición de 19 aminoácidos conservados: 5 en la primera hélice, 5 en la región básica, 1 en el bucle y finalmente, 8 aminoácidos en la segunda hélice ⁷.

Tabla 2 Composición de genomas en frutos: Se ilustra las características de los genomas de Fragaria x ananassa, Rubus adenotrichos y otros frutos, descifradas con tecnologías de secuenciación de próxima generación [9]. 

La literatura científica indica que los primeros genes MYB fueron reconocidos a partir del maíz en 1987 y se describió que eran un grupo principal en vía regulatoria de los flavonoides ⁷. Los genes MYB resaltan por poseer un dominio denominado MYB terminal-N, el cual, está constituido por 3 repeticiones imperfectas (R1, R2 & R3) compuestas por alrededor de 52 aminoácidos cada uno, y una región terminal-C ². El primer dominio es responsable de la unión y dimerización del ADN, mientras que la región terminal-C regula la expresión de genes diana ²³. Actualmente, en base a estudios previos, ha sido posible determinar que la mayor parte de los genes transcripcionales MYB participan exclusivamente para una sola rama de la vía flavonoide. Se han identificado alrededor de 134 genes trancripcionales MYB que regulan la vía de las antocianinas en especies como: fresa, tomate, manzana, peras y petunias ⁷.

Los genes WD40 influyen activamente en varios procesos eucarióticos celulares como división celular, transducción de señales y regulación de la transcripción. Estos tipos de genes se distinguen principalmente por contener un motivo peptídico de 44 a 60 aminoácidos, delimitado por un dipéptido y una terminal-N ⁷. Estudios descartan que los genes WD40 participen en la unión del ADN o regulación de dianas, como suceden con los genes MYB. Más bien, su naturaleza les permite acoplarse e interactuar junto con otros complejos proteicos y desempeñar funciones fisiológicas, metabólicas y reguladoras ²⁰.Todos los genes mencionados anteriormente, bHLH, MYB y WD40, construyen en su totalidad el complejo denominado “MBW”. Este complejo es prácticamente capaz de llevar a cabo las funciones biológicas previamente mencionadas como: uniones al ADN, activación de expresión de genes diana y estabilización de reguladores transcripcionales.