thumb|Diagrama que muestra la orientación y la ubicación de diferentes enlaces de los beta-glucanos. thumb|right|260px|Estructura tridimensional de celulosa, un β-1, 4 glucano.
Los β-glucanos (beta-glucanos) son polisacáridos de monómeros D-glucosa ligados con enlaces glucosídicos. Los beta-glucanos son un grupo muy diverso de moléculas que pueden variar en relación con su masa molecular, solubilidad, viscosidad, y configuración tridimensional. Normalmente, se presentan como celulosa en las plantas, el salvado de los granos de cereales como la cebada y avena, la pared celular de la levadura del panadero, algunos hongos, setas y bacterias. Algunas formas de beta-glucanos son útiles en la nutrición humana como agentes de textura y como suplementos de fibra soluble, pero pueden ser problemáticos en el proceso de elaboración de la cerveza.
Levaduras, hongos medicinales son derivados de beta-glucanos notables por su capacidad para modular el sistema inmunitario. Investigaciones han demostrado que beta-glucanos insolubles (1,3 / 1,6), tienen mayor actividad biológica que sus homólogos beta-glucanos solubles (1,3 / 1,4). Las diferencias entre los enlaces de beta-glucano y su estructura química, en relación con la solubilidad, el modo de acción, y la actividad biológica en general son muy importantes.
Información general thumb|right
Glucanos son polisacáridos que sólo contienen glucosa como componentes estructurales, y están vinculados con enlaces glucosídicos β.
En general, se distingue entre enlaces α- y β-glucosídicos dependiendo de si los grupos sustituyentes de los carbonos que flanquean el oxígeno del anillo están apuntando en la misma dirección o contraria en la forma estándar de elaboración de los azúcares. Un vínculo α-glucosídico de D-azúcar deriva de un plano inferior de azúcares, el hidróxido (u otro grupo sustituyente) deriva de otros puntos de carbono por encima del plano (configuración opuesta), mientras que un vínculo β-glucosídico emana por encima del dicho plano.
Los números 1,4 y 6 identifican los átomos de carbono en cada extremo del enlace glucosídico. La numeración se inicia junto al oxígeno del anillo (véase la glucosa).
Ejemplos de beta glucanos incluyen: Nombre Enlace glucosídico Notas celulosa β-1,4 curdlano β-1,3 laminarina β-1,3 y β-1, crisolaminarina β-1,3 lentinano β-1,6:β-1,3 aislado de Lentinula edodes liquenina β-1,3 y β-1,4 pleurano β-1,3 y β-1,6 aislado de Pleurotus ostreatus zimosano β-1,3
Química de los Beta-glucanos thumb|Molécula de glucosa, visualización de la numeración de los carbonos y la numeración beta.
Por definición, los beta-glucanos son cadenas de D-polisacáridos de glucosa, unidas por enlaces glucosídicos tipo beta. Estos anillos D-glucosa de seis caras pueden ser conectados unos a otros, en una variedad de posiciones en la estructura del anillo de D-glucosa. Algunos compuestos de beta-glucano, se repiten continuamente debido a la unión de D-glucosa en posiciones específicas. Un ejemplo de esto sería la celulosa. La celulosa se compone de una larga cadena de moléculas de D-glucosa, unidas unas a otras, una y otra vez, en la posición beta (1,4).
Sin embargo, los beta-glucanos pueden ser más diversos que moléculas como la celulosa. Por ejemplo, una molécula de beta-glucano puede estar compuesta de unidades repetidas de D-glucosa unidas con enlaces glucosídicos beta, pero tienen ligaciones laterales de cadenas de glucosa unidas a otras posiciones de la cadena principal de D-glucosa. Estas pequeñas cadenas laterales pueden ser separadas de la "columna vertebral" del beta-glucano (en el caso de la celulosa, la columna vertebral serían cadenas de D-glucosa unidas en la posición (1,4)) y en otras posiciones como la 3 y 6. Además, estas cadenas laterales pueden ser conectadas a otros tipos de moléculas, como las proteínas. Un ejemplo de un beta-glucano que se ha unido a proteínas sería el Polisacárido-K.
La forma más activa de los beta-glucanos son los que integran unidades de D-glucosa unidas unas a otras en la posición (1,3) con cadenas laterales de D-glucosa unidas a la posición (1,6). Estas son referidas como beta - 1,3/1,6 glucano. Algunos investigadores han sugerido que es la frecuencia, la ubicación, y la longitud de la cadena lateral en lugar de la columna vertebral de beta glucanos que determinan su actividad del sistema inmune. Otra variable es el hecho de que algunos de estos compuestos contienen una única cadena de filamentos, mientras que las columnas vertebrales de otros 1,3 beta-glucanos existen en forma de cadenas hélice dobles y triples. En algunos casos, las proteínas vinculadas a la columna vertebral del beta (1,3) glucano también pueden estar involucrado en actividades terapéuticas. Aunque estos compuestos tengan un potencial interesante para la mejoría del sistema inmunitario, se debe enfatizar que la investigación está todavía en el inicio. Hay opiniones diferentes sobre qué peso molecular, forma, estructura, y fuente de beta (1,3) glucanos proporcionan el mayor beneficio terapéutico.
Los beta-glucanos son hidrolizados enzimáticamente mediante las enzimas Beta glucanasas
Fuentes de Beta-glucano en la naturaleza thumb|Algunos hongos, como el Shiitake, contienen grandes cantidades de beta-glucanos.
Una de las fuentes más comunes de la beta (1,3) D-glucano para el uso de suplementos se deriva de la pared celular de la levadura (Saccharomyces cerevisiae). Sin embargo, los beta (1,3) (1,4) glucanos también son extraídos de la aleurona y salvado de algunos granos como la cebada y avena, y en un grado menor en el centeno y el trigo. La versión beta (1,3) D-glucanos de la levadura son a menudo insolubles. Las que se extraen de los granos tienden a ser tanto solubles como insolubles. Otras fuentes incluyen algunos tipos de algas y varias especies de hongos, como reishi (Ganoderma lucidum), shiitake (Lentinus edodes), maitake (Grifola frondosa), Schizophyllum commune, Trametes versicolor, Inonotus obliquus (seta chaga) y enokitake (Flammulina velutipes).
Beta-glucano y el sistema inmunitario
Beta-glucanos son conocidos como "modificadores de respuesta biológica" por su capacidad de activar el sistema inmunitario. Los inmunólogos de la Universidad de Louisville, descubrieron que un receptor en la superficie de las células inmunes llamado Receptor del Complemento 3 (CR3 o CD11b / CD18) es responsable de la unión a beta-glucanos, permitiendo que las células inmunes las reconozcan como "no-yo." Sin embargo, cabe señalar que la actividad de beta-glucanos es diferente de algunos fármacos que tienen la capacidad de sobre-estimulación del sistema inmunitario. Algunos fármacos tienen el potencial de empujar al sistema inmune a una estimulación excesiva, y por lo tanto están contraindicados en individuos con enfermedades autoinmunes, alergias o infecciones por hongos. Beta-glucanos hacen el sistema inmunitario funcionar mejor sin llegar a ser demasiado activo. Además de mejorar la actividad del sistema inmunitario, los beta-glucanos ayudan a normalizar los elevados niveles de colesterol LDL, ayudan en la cicatrización de heridas, ayudan a prevenir infecciones, y también tienen potencial como adyuvante en el tratamiento del cáncer.
Aplicaciones clínicas
Cáncer
Beta-glucanos, como lentinano (derivado del hongo shiitake) y polisacárido-K, han sido utilizados como terapia inmunitaria para el cáncer desde 1980, principalmente en Japón. Investigaciones han demostrado que los beta-glucanos pueden ser antitumorales y ejercer actividad anticáncer. En un estudio con ratones, 1,3 beta glucanos han conseguido inhibir los tumores y metástasis hepáticas. En algunos estudios, los beta 1, 3 glucanos han potenciado los efectos de la quimioterapia. En un experimento de cáncer, utilizando ratones, la administración de ciclofosfamida, en conjunto con los beta 1, 3 glucanos derivados de levadura resultó en la reducción de la mortalidad. En pacientes humanos con cáncer gástrico avanzado, la administración de beta 1, 3 glucanos derivados de setas Shiitake, en conjunto con la quimioterapia resultó en tiempos de sobrevivencia prolongada.
Estudios preclínicos han demostrado que un producto de levadura β glucano soluble, cuando se utiliza en combinación con ciertos anticuerpos monoclonales o vacunas contra el cáncer, ofrece mejoras significativas en la sobrevivencia a largo plazo frente a anticuerpos monoclonales solos. Este beneficio, sin embargo, no es resultado del Betafectin potenciar la acción específica de la muerte de anticuerpos. La actividad antitumoral es debida a un mecanismo único que consiste en matar a los neutrófilos que están preparados con Betafectin y que normalmente no están implicados en la lucha contra el cáncer. Una investigación reciente de Hong et al., demuestra que este mecanismo de acción es eficaz contra una amplia gama de tipos de cáncer cuando se utiliza en combinación con anticuerpos monoclonales específicos que activan el complemento que se une al tumor. El complemento permite a estos neutrófilos encontrar el tumor y unirse a ello, lo que facilita su muerte. Las células del sistema inmune son la primera línea de defensa del cuerpo y circulan en el organismo, ejerciendo una respuesta inmune contra organismos "extranjeros" (bacterias, hongos, parásitos). En general, los neutrófilos no están relacionados con la destrucción del tejido canceroso, porque estas células inmunes identifican el cáncer como "yo" en vez de lo identificar como extranjero o "no yo". Actualmente, en la inmunoterapia del cáncer participan los anticuerpos monoclonales y también vacunas, que estimulan la respuesta inmune adquirida, pero no hacen nada para cambiar la imagen del sistema inmunitario innato del cáncer como "yo". Así, los anticuerpos monoclonales por sí solos no participan o no inician la posibilidad de matar del sistema inmunitario innato, que es nuestro principal mecanismo de defensa contra las infecciones provocadas por bacterias y levaduras (hongos).
Dr. Gordon Ross y Dr. Václav Vetvicka, inmunólogos e investigadores respetados de cáncer en la Universidad de Louisville, descubrieran que un receptor en la superficie de estas células de inmunidad innata llamado Receptor del Complemento 3 (CR3 o CD11b / CD18) es el responsable de la unión a los hongos o a la levadura, permitiendo que las células inmunes los reconozcan como "no yo." Este receptor es un receptor de ocupación doble, ya que tiene dos locales de unión. El primer local es el responsable de la unión a un tipo de complemento, una proteína soluble en la sangre, conocida como C3 (o iC3b). C3 se adhiere a los agentes patógenos a que se han dirigido los anticuerpos específicos. El segundo local de este receptor se une a un hidrato de carbono de la levadura o de las células de los hongos, permitiendo que la célula inmune reconozca las levaduras y los hongos que sean "no yo". Los dos locales de estos receptores deben ser ocupados de modo a activar la célula inmune para destruir las levaduras u hongos. Existen dos obstáculos que impiden el uso de este mecanismo de acción contra el cáncer por parte de los neutrófilos. En primer lugar, el cuerpo no suele generar suficientes anticuerpos naturales para enlazar con el tumor, y esto impide la activación y el acoplamiento de lo complemento a la superficie de la célula del cáncer. Por lo tanto, los neutrófilos no se vinculan al cáncer a partir del local del primer receptor de CR3. El segundo obstáculo es que cuando la respuesta de los anticuerpos naturales se complementa con anticuerpos monoclonales (fijan el complemento y el enlace se produce en el primer local), los tumores no contienen en su superficie hidratos de carbono actuando como extranjeros y produciendo una "segunda señal" que permitan a los neutrófilos a reconocer el cáncer como "no yo". Otros receptores humanos han sido identificados como siendo capases de recibir señales de beta-glucanos, tales como Dectin-1, lactosylceramide, y scavenger receptores.