El iminoazA?car D-fagomina, un nuevo concepto en el campo de la alimentaciA?n funcional

A?QuA� es A�la d- fagomina?

La d-fagomina pertenece a la familia de los iminoazA?cares, que son molA�culas cA�clicas sencillas con una estructura anA?loga a la de los azA?cares (p.e. glucosa, galactosa). La d-fagomina es el iminoazA?car anA?logo de glucosa y manosa con estructura mA?s sencilla (Figura 1), es un producto natural y estA? presente en la dieta humana. Los iminozA?cares, por ser estructuralmente parecidos a los azA?cares, pueden influir en diversos procesos fisiolA?gicos relacionados con la digestiA?n y absorciA?n de carbohidratos (azA?cares y almidones). Los iminoazA?cares, y en particular la d-fagomina, son ingredientes de futuro en alimentaciA?n funcional por su capacidad de reducir la glucemia post-prandial (despuA�s de la ingesta) lo cual se considera un efecto fisiolA?gico beneficioso con implicaciones tanto en la reducciA?n de factores de riesgo de diabetes tipo 2 como en el control del sobrepeso.

AlimentaciA?n funcional, obesidad y resistencia a la insulina

La industria de la alimentaciA?n estA? entrando con fuerza en la era de los funcionales. En dA�cadas anteriores se puso A�nfasis en asegurar la producciA?n y seguridad de los alimentos. Ahora que ambos aspectos estA?n bien enfocados (no necesariamente solucionados como la realidad se encarga de demostrar en el dA�a a dA�a), la atenciA?n preferente de los proveedores se ha encarado hacia la relaciA?n alimentaciA?n-salud. El problema de salud pA?blica cuya incidencia aumenta mA?s alarmantemente es la epidemia de obesidad y diabetes causada por el exceso de ingesta de alimentos de alta carga energA�tica (energy dense), ricos en carbohidratos refinados y grasas insaturadas, combinado con un estilo de vida sedentario y con poco ejercicio fA�sico (World Health Organization 2009, Withrow and Alter 2011). El problema se estA? generalizando a todas las capas sociales y paA�ses en vA�as de desarrollo debido al bajo precio de los alimentos basados en ingredientes refinados a�?energy dense»(Monsivais and Drewnowski 2007). Comer en exceso provoca desequilibrios en el metabolismo de los carbohidratos que empiezan con la apariciA?n de la resistencia a la insulina (RI). La resistencia a la insulina es el estado fisiolA?gico en el que se precisan cantidades crecientes de insulina para poder retirar la glucosa de la sangre y acumularla en forma de glucA?geno, que al final resulta en una incapacidad de controlar la glucemia y en unaA� concentraciA?n elevada crA?nica de glucosa en sangre incluso en ayunas (FBG, fasting blood glucose en inglA�s). FBG elevada, obesidad central (en la cintura), dislipidemia y presiA?n arterial elevada son factores del llamado sA�ndrome metabA?lico (SM) (Grundy et al., 2004) y la enfermedad cardiovascular (CVD, cardiovascular disease en inglA�s) es la consecuencia clA�nica A�mA?s importante del SM. A�En resumen, la resistencia a la insulina puede derivar en diabetes tipo 2 y A�sta es un factor de riesgo mayor de enfermedad cardiovascular. La soluciA?n al problema es a la vez sencilla y quimA�rica: comer moderadamente (no saciarse), mejor (alimentos integrales, variados) y hacer ejercicio adecuado a la edad y condiciA?n fA�sica. Esto es quimA�rico para la gran mayorA�a porquA� estamos configurados para aprovechar los alimentos a nuestro alcance, no para moderarnos. Esto viene de nuestra evoluciA?n biolA?gica en un ambiente de escasez. Nuestros antepasados eran cazadores-recolectores que desarrollaron un fuerte impulso para comer cuando y donde la comida estaba al alcance, y probablemente esto no ocurrA�a con frecuencia. En concreto, los carbohidratos son la fuente principal de energA�a del organismo y es normal que hayamos desarrollado un impulso para conseguirlos. Los mecanismos de avidez, recompensa y adicciA?n a la comida, en concreto a los carbohidratos, estA?n mediados por el sistema dopaminA�rgico y son comunes a otras adicciones(Volkow et al., 2011). Esta adicciA?n suave a los carbohidratos, A?til en A�pocas pasadas, es un problema en nuestro estado actual de organizaciA?n social en el que conseguir carbohidratos es muy fA?cil. Afortunadamente, hay otros impulsos que nos ayudarA?n a vencer la epidemia: nos gusta tener una apariencia agradable, atractiva y desearA�amos alargar al mA?ximo el tiempo de vida con salud. AdemA?s somos cada vez mA?s conscientes de que prevenir es mejor que curar. Por eso el mercado de productos para perder o controlar el peso es enorme. En conjunto con los productos relacionados con el mantenimiento de la salud (well being) el mercado de los llamados nutracA�uticos es de mA?s de 124 mil millones de dA?lares y creciendo a un ritmo del 6-7% anual(BBC 2008).

A?CuA?l es el papel de la d-fagomina?

La d-fagomina ayuda a mantener un correcto funcionamiento del metabolismo de la glucosa porque es un inhibidor suave de las glicosidasas intestinales. Cuando se ingiere sacarosa (glucosa-fructosa o azA?car comA?n) o almidA?n (polA�mero de glucosa en pan, pasta, arroz) las glicosidasas del intestino delgado liberan rA?pidamente glucosa que es absorbida y pasa a la sangre. Se produce un pico de glucosa en sangre (Figura 2A) el pA?ncreas libera insulina y la glucosa se acumula en forma de glucA?geno en los mA?sculos y el hA�gado para ser utilizado como fuente de energA�a. Los picos de glucosa del tipo A (absorciA?n rA?pida) pueden resultar en resistencia a la insulina porque provocan una respuesta de avidez por los carbohidratos y el estado de adicciA?n moderado que nos impulsa al abuso en situaciones de abundancia. La mayorA�a de las frutas y alimentos integrales produce un pico de glucosa menos pronunciado y mA?s prolongado (Figura 2B) que los azA?cares y almidones refinados y por ello ayudan a controlar la avidez por los carbohidratos y evitan la apariciA?n de resistencia a la insulina y sobrepeso. La d-fagomina, al ser un inhibidor suave de la liberaciA?n de glucosa, produce un pico de glucosa del segundo tipo, incluso cuando se ingieren carbohidratos refinados. De esta manera la d-fagomina rebaja lo que se denomina carga glicA�mica de un alimento o de una comida. La carga glicA�mica es el resultado de multiplicar la cantidad de carbohidrato ingerido por el llamado A�ndice glicA�mico (IG) que es caracterA�stico de cada alimento y que se define como el A?rea bajo la curva de 0 a 120 min en las grA?ficas como las de la Figura 2 (FAO/WHO 1998). Comos se ha comentado, las frutas y alimentos integrales presentan en general curvas del tipo B por lo tanto IG mA?s bajos que la sacarosa y los almidones refinados. Simplificando, por lo que se refiere a la absorciA?n de glucosa, la d-fagomina confiere a los alimentos ricos en carbohidratos las propiedades de un producto integral. Bioglane SLNE, una empresa a�?spin-offa�? del CSIC (Consejo Superior de Investigaciones CientA�ficas) pionera en la producciA?n de iminoazA?cares ha sido la primera en demostrar este efecto para la d-fagomina. Hasta ahora solamente se habA�a ensayado la d-fagomina a�?in vitroa�? o por inyecciA?n intraperitoneal y se creA�a que su efecto era tan suave que serA�a imperceptible por administraciA?n oral. Bioglane, en colaboraciA?n con el CSIC, ha demostrado que la d-fagomina es tan efectiva por ingestiA?n como otros iminoazA?cares no alimentarios y que no altera el nivel de insulina. Simplemente reduce el pico de glucosa y consecuentemente, modera la respuesta hormonal fisiolA?gica normal.

Efecto de los inmunoazA?cares sobre la glucosa post-prandial

Bioglane ha descubierto ademA?s una segunda actividad de la d-fagomina que no habA�a sido descrita para ningA?n otro iminoazA?car: la capacidad para aglutinar enterobacterias (Escherichia Coli, Salmonella Thyphimurium) y para modular la composiciA?n de la microbiota intestinal. Esta actividad es tambiA�n de gran potencial en alimentaciA?n funcional porque la microbiota colA?nica ejerce una influencia crucial sobre el estado fisiolA?gico general del organismo huA�sped en particular por lo que se refiere a factores de riesgo en diabetes y obesidad (Musso et al., 2010). Las bacterias reconocen carbohidratos en la superficie del intestino y se adhieren a ellos con diferentes afinidades. Esta adhesiA?n estA? mediada por unas proteA�nas llamadas lectinas. Por norma general las bacterias fimbriadas potencialmente daA�inas como Escherichia coli y Salmonella spp. se enlazan con mA?s fuerza que las potencialmente beneficiosas (Lactobacilli y Bifidobacteria llamadas probiA?ticos) Las enterobacterias fimbriadas expresan lectinas afines a la manosa (Figura 1). La d-fagomina inhibe la adhesiA?n de las bacterias fimbriadas probablemente mediante el bloqueo de las lectinas, mientras que no afecta la viabilidad ni la adhesiA?n de las bacterias probiA?ticas.

La d-fagomina es un producto natural

La d-fagomina es un producto natural que se encuentra en el trigo sarraceno o alforfA?n (Fagopyrum sculentum, inglA�s: buckwheat, catalA?n: fajol) donde es el iminoazA?car mayoritario. TambiA�n se encuentra como componente minoritario en la morera (Morus bombycis, hojas; Morus alba, raA�ces, corteza, fruto, hojas) en la raA�ces de gogi (Lycium chinense, Solanaceae) y en otras fuentes vegetales no alimentarias de la familia de las fabA?ceas (Xanthocersis zambesiaca, raA�ces y hojas; Angylocalyx pinaertii, vainas; Baphia nitida, hojas; Castanospermum australe, semillas; Lonchocarpus latifolius, raA�ces). Como componente del alforfA?n, la d-fagomina ha formado parte de la dieta humana durante siglos. Actualmente, el alforfA?nA� se consume como alimento tradicional y saludable en forma de pasta (soba) en JapA?n, polenta en Italia, crA?pes o galletes de Bretagne en Francia, pancakes en Estados Unidos y en multitud de recetas tradicionales en Centroeuropa y Asia. En EspaA�a se estA? recuperando su cultivo en la Garrotxa (Catalunya) como parte de la oferta de la llamada cocina volcA?nica. La Figura 3 muestra un campo de fajol en Batet de la Selva (Olot) y un ejemplo de producto alimentario (cerveza) producido con la semilla.

Bioglane ha diseA�ado un mA�todo para el anA?lisis de d-fagomina en fuentes vegetales y alimentarias que permite la determinaciA?n de su contenido por la tA�cnica de cromatografA�a lA�quida acoplada a espectrometrA�a de masas (LC/ESI-MS/MS). Con este mA�todo se ha conseguido por primera vez separar la d-fagomina de sus estereoisA?meros en un solo paso analA�tico. Esto es importante porque otros mA�todos pueden haber sobreestimado el contenido de d-fagomina en fuentes naturales y porque los isA?meros pueden tener actividades o eficacias diferentes. Mediante esta tA�cnica de anA?lisis y utilizando tecnologA�a alimentaria de elaboraciA?n de cervezas (braceado, fermentaciA?n) seguida de purificaciA?n por resinas de absorciA?n e intercambio iA?nico, Bioglane ha conseguido y patentado (patente Europea solicitada) un extracto de d-fagomina que ejerce el efecto sobre la glucosa post-prandial (despuA�s de la ingesta) ilustrado en la Figura 2. El extracto es costoso porque el contenido de d-fagomina en el alforfA?n es relativamente bajo y puede tener utilidad en aplicaciones donde se aprecie el producto obtenido exclusivamente por extracciA?n.

Bioglane produce d-fagomina por un proceso biotecnolA?gico. FagopureA�.

Bioglane ha desarrollado un proceso biotecnolA?gico alternativo a la extracciA?n para la producciA?n de d-fagomina a una escala apropiada para su aplicaciA?n en alimentaciA?n. El proceso estA? basado en las investigaciones del Grupo de Biotransformaciones en el IQAC-CSIC en Barcelona y utiliza el enzima Fructosa-6-fosfato aldolasa (FSA) para ensamblar de forma rA?pida y limpia dos molA�culas sencillas (Castillo et al., 2006). La Figura 4 representa el centro activo del enzima. El mA�todo es objeto de una patente mundial de co-titularidad Bioglane-CSIC(ClapA�s et al., 2008). El producto resultante es d-fagomina de un 99.9% de pureza, presentado por Bioglane bajo el nombre de FagopureA�.

Centro activo de la FSA

Cristales de FagopureA�

Bioglane ha desarrollado el proceso en sus diferentes etapas para maximizar los rendimientos y minimizar los residuos. De esta manera se ha conseguido un mA�todo tan limpio y respetuoso con el medioambiente como los mA?s estrictos procedimientos de la industria agroalimentaria. Se ha mejorado la preparaciA?n del catalizador enzimA?tico FSA mediante la utilizaciA?n de mA�todos de fermentaciA?n en a�?fed-batcha�? y se ha puesto a punto un sistema nuevo para la purificaciA?n del enzima a partir del caldo de cultivo celular. La reacciA?n enzimA?tica es el punto clave del proceso de obtenciA?n de la d-fagomina y Bioglane continA?a investigando mediante su colaboraciA?n con el CSIC y en dos proyectos Europeos del VII Programa Marco. El primer proyecto es un Eurotransbio financiado por AcciA? (Generalitat de Catalunya) centrado en la mejora del catalizador en el que colaboran las Universidades de Leipzig, Darmstad y la empresa alemana CLecta. El segundo es un proyecto ERA Biotech en el que participan la Universidad de Zagreb, el CSIC y la empresa holandesa Micronit Microfluidics BV, centrado en la mejora de la reacciA?n enzimA?tica.

Fagopure es un producto seguro desde el punto de vista toxicolA?gico como demuestran estudios llevados a cabo en animales de experimentaciA?n y el hecho de que la d-fagomina estA? presente en la dieta humana desde hace siglos. La Figura 6 muestra los resultados obtenidos con Fagopure por ingestiA?n conjunta con sacarosa en ratas. Se aprecia que la d-fagomina rebaja la concentraciA?n de glucosa tras la ingestiA?n de azA?car comA?n (disacA?rido) y que, ademA?s, retrasa la Tmax (tiempo de concentraciA?n mA?xima). Con ello se consigue una cinA�tica de absorciA?n de glucosa que modera la activaciA?n de la insulina y atenA?a un posible efecto adictivo a largo plazo.

RepresentaciA?n de la acciA?n de la D-fagomina sobre la glucemia (mg/dL) post-prandial. SS, sacarosa g/kg peso corporal; SS+BGL, sacarosa 2 g/kg peso corporal + fagopure.

A?CA?mo se consumirA? la d-fagomina?

FagopureA� es un ingrediente que puede formar parte de un suplemento dietA�tico o de un alimento funcional. Puede ejercer su funciones fisiolA?gicas tanto acompaA�ando a cualquier comida como formando parte integral del alimento. En el primer caso el suplemento serA�a adecuado para moderar la respuesta fisiolA?gica (glucosa en sangre) despuA�s de una comida relativamente copiosa. En el segundo caso se pueden diseA�ar nuevos alimentos saludables aprovechando las dos propiedades del producto (glucemia y microbiota). FagopureA� permite reformular productos preparados con azA?car y almidones de amplia aceptaciA?n en el mercado y convertirlos en alimentos mA?s saludables sin necesidad de alterar las recetas de base. Ello es posible porque la cantidad de FagopureA�A� por kilo de alimento es muy baja (milA�gramos) y no afectarA? las propiedades organolA�pticas y reolA?gicas de los alimentos que se elaboren con el nuevo ingrediente. AdemA?s, FagopureA� es A�resistente microbiolA?gicamente y estable con la temperatura con lo que permite su inclusiA?n en un gran variedad de productos elaborados. Su actividad sobre la glucemia hace FagopureA� adecuado para la elaboraciA?n de cualquier alimento rico en carbohidratos o que se consuma con ellos. Su actividad aglutinadora de enterobacterias lo hace adecuado para productos que promocionen la implantaciA?n de probiA?ticos. FagopureA� es un producto de Bioglane, empresa lA�der mundial en aplicaciones biotecnolA?gicas de la aldolasa FSA y pionera en la introducciA?n de d-fagomina en el mercado de la alimentaciA?n funcional y suplementos dietA�ticos. La empresa tiene vocaciA?n de ser la referencia mundial en este nuevo ingrediente y ya se ha posicionado como tal en el desarrollo de mA�todos producciA?n, anA?lisis, extracciA?n y en el estudio de los mecanismos fisiolA?gicos de su actividad.

TEXTO: JOSEP LLUA?S TORRES, PROFESOR DE INVESTIGACIA�N DEL CSIC Y CO-FUNDADOR DE BIOGLANE