Što je Ecdysone?

ekdizona je steroidni hormon koji igra vitalnu ulogu u regulaciji rasta, razvoja i razmnožavanja insekata, rakova i biljaka. Prvi put otkriven u kukcima 1950-ih, ekdizon se pojavio kao važna signalna molekula s brojnim medicinskim, poljoprivrednim i biotehnološkim primjenama. Ovaj će članak pružiti detaljan pregled ecdysonea, od njegove kemijske strukture i biosinteze do njegovih različitih bioloških funkcija i obećavajućih primjena na više područja.

Uvod

Ekdizon je steroidni prohormon i prekursor glavnog hormona linjanja insekata 20-hidroksiekdizona. Kod insekata,20 beta hidroksi ekdizon koordinira razvojne prijelaze uključujući ličinke, metamorfozu i reprodukciju. Hormon se proizvodi u specijaliziranim endokrinim žlijezdama i otpušta u krv kukca kako bi započeo fiziološke promjene vezanjem na ciljna tkiva. Ecdysone pomaže regulirati ekspresiju velikog broja gena uključenih u sazrijevanje i prilagodbu insekata.

U biljkama ecdysone ima pospješujući rast i zaštitni učinak protiv abiotskih i biotičkih stresora. Otkriće višestruke uloge ecdysonea otvorilo je intrigantne mogućnosti za kontrolu insekata u poljoprivredi, povećanje produktivnosti biljaka i inovativne terapijske pristupe u medicini. Međutim, primjena ecdysona također zahtijeva pažljivu procjenu mogućih ekoloških utjecaja i etičkih pitanja.

Istraživanje prirode Ecdysonea

ekdizona pripada skupini hormona zvanih ekdisteroidi, koji su strukturno slični steroidnim hormonima koji se izvode iz kolesterola u kralješnjaka. Karlson i Butenandt su ga prvi put 1954. izolirali i karakterizirali iz kukuljica svilene bube, nazvavši ga 'ecdysone' prema grčkoj riječi ecdysis što znači linjanje.

Ecdysone ima središnju ulogu u regulaciji i koordinaciji razvoja insekata. Stimulirajući ili potiskujući specifične gene, kontrolira različite procese uključujući linjanje ličinki, metamorfozu do stadija kukuljice i odrasle osobe, reprodukciju i dijapauzu - razdoblje mirovanja. Vrijeme i otpuštanje ecdysona moraju biti precizno kontrolirani kako bi se osigurao normalan rast.

U biljkama, ecdysone je uključen u različite fiziološke procese kao što su produljenje stanica, rast korijena, razvoj embrija i reprodukcija. Također omogućuje biljkama da se prilagode stresorima u svojoj okolini pokrećući zaštitne metaboličke reakcije.

Kemijska struktura i biosinteza Ecdysona

Ecdysone pripada obitelji ecdysteroida polihidroksiliranih sterola. Njegov kemijski naziv je 2β,3β,14α,22R,25-pentahidroksikolest-7-en-6-on. Steroidna struktura sastoji se od četiri spojena ugljikovodična prstena s hidroksilnim skupinama na određenim položajima.

Kod insekata i rakova, beta ekdizon sintetizira se iz prehrambenih sterola u endokrinim tkivima poput protorakalnih žlijezda, jajnika i testisa. Kolesterol se pretvara u različite intermedijere kroz niz enzimski kataliziranih reakcija. Glavni biosintetski put uključuje 7-dehidrokolesterol koji se hidroksilira i oksidira da bi na kraju dao ecdysone.

Biljke proizvode ekdizon mevalonatnim putem u citoplazmi i nemevalonatnim putem u plastidima. Ključni enzimi poput SMT i SMO kataliziraju korake u pretvorbi cikloartenola u ekdizon (7). Čimbenici okoliša poput temperature, prehrane i stresa mogu utjecati na razine ecdysonea reguliranjem ekspresije gena biosintetskih enzima.

Funkcije i učinci ekdizona kod insekata

Kod larvi i nimfa insekata, ekdizon inicira periodično odbacivanje ili linjanje egzoskeleta. Zaustavlja rast ličinki pomicanjem metabolizma s hranjenja na ponašanje lutanja u pripremi za metamorfozu (8). Ecdysone potiče proizvodnju novog egzoskeleta ispod starog.

U završnoj fazi stadija ličinke, veliki puls ekdizona pokreće ličinku da se prestane hraniti i traži idealno mjesto za kukuljenje. Na početku metamorfoze, ecdysone potiče stvaranje puparija i duboke strukturne promjene za preobrazbu u odraslu jedinku. Vrijeme i veličina oslobađanja ecdysona su precizno kontrolirani.

Ecdysone i juvenilni hormoni rade zajedno kako bi koordinirali razvojne prijelaze. Juvenilni hormon sprječava preuranjenu metamorfozu tijekom ranih stadija ličinke. Pad juvenilnog hormona neposredno prije pupiranja omogućuje ecdysonu da inducira metamorfozu. U odraslih ženki, ecdysone stimulira vitelogenezu ili proizvodnju jaja.

Agonisti ekdizona mogu poremetiti razvoj insekata i proučavaju se kao alternative konvencionalnim pesticidima. Mogu biti manje toksični za neciljane vrste. Međutim, kukci mogu razviti otpornost na agoniste ecdysona.

Ekdizon u biljkama: regulacija rasta i obrambeni mehanizmi

U biljkama ecdysone potiče produljenje stanica, diferencijaciju i rast. Ecdysone regulira procese poput klijanja sjemena, rasta korijena, razvoja cvijeta, starenja i otpadanja. Pomaže mobilizirati hranjive tvari za podršku brzom rastu sadnica i aktivirati obrambene mehanizme.

Razine ekdizona dramatično se povećavaju kada su biljke pod biotičkim stresom poput insekata biljojeda. To pokreće proizvodnju obrambenih spojeva koji brane napadače ili smanjuju hranjenje insekata. Ecdysone također omogućuje biljkama da izdrže abiotske stresove uključujući salinitet, sušu, ekstremne temperature i kemijske toksine.

Dokazano je da folijarna prskanja koja sadrže ecdyson povećavaju prinose usjeva, ubrzavaju cvjetanje i poboljšavaju otpornost na patogene. Međutim, sintetski analozi ponekad mogu ometati reprodukciju biljaka. Potrebne su odgovarajuće metode primjene i doze kako bi se iskoristile prednosti ecdysonea u poljoprivredi.

Medicinska i biotehnološka primjena Ecdysonea

Ekdisteroidi pokazuju anaboličke učinke kod sisavaca, poboljšavajući sintezu proteina i fizičku izvedbu bez androgenih nuspojava. Analozi Ecdysonea ispituju se za terapeutsku upotrebu kao što je podrška rastu mišića ili liječenje dijabetesa i neuroloških stanja.

U biotehnologiji, ecdysone osigurava moćan inducibilni sustav ekspresije gena u kulturama stanica i transgenim organizmima. Receptor ecdysone može se projektirati u stanice zajedno s genom od interesa. Dodavanje ekdizona pokreće aktivaciju ciljnog gena ovisnu o dozi. To omogućuje preciznu kontrolu nad vremenom i razinama ekspresije gena.

Ecdysone se također koristi kao netoksični "kemijski ligand" za selektivno uništavanje proizvedenih stanica nakon što su odslužile svojoj svrsi, kao što je primjena stanične terapije (16). Daljnje inovacije temeljene na ekdizonu istražuju se u sintetskoj biologiji, proteinskom inženjerstvu i biosenzorima.

Sigurnosna razmatranja i etičke implikacije

Dok ecdysone obećava u mnogim domenama, zahtijeva razumnu upotrebu. U poljoprivredi se moraju procijeniti učinci na neciljane vrste i razvoj otpornosti. Kao analog ljudskih hormona, njegove medicinske primjene zahtijevaju strogo sigurnosno profiliranje. Treba istražiti utjecaje velike uporabe na okoliš, uključujući nakupljanje ostataka i izloženost prehrambenog lanca.

Etička pitanja usredotočena su na dobrobit insekata, pravičan pristup terapijama temeljenim na ekdizonu, transparentnost u pogledu genetski modificiranih organizama i sprječavanje zlouporabe biotehnologija. Potrebne su političke mjere kako bi se osigurao odgovorno uravnotežen napredak inovacija povezanih s ekdizonom. Angažman javnosti i transparentna procjena rizika u odnosu na dobrobit ključni su.

Kako se proizvodi ecdysone?

U insekata, ecdysone sintetizira se iz prehrambenog kolesterola ili fitosterola u protorakalnim žlijezdama, jajnicima, testisima i drugim tkivima kroz niz enzimskih koraka (20). Glavni biosintetski put uključuje pretvorbu 7-dehidrokolesterola u različite intermedijere uključujući ketodiol, ketotriol, 2-deoksiekdizon， i konačno ekdizon djelovanjem specifičnih enzima citokroma P450 i drugih katalizatora. Oznake iz okoliša poput temperature i prehrane reguliraju biosintezu ecdysone kontroliranjem ekspresije uključenih enzima.

U biljkama se ekdizon proizvodi mevalonatnim putem u citoplazmi i nemevalonatnim putem u plastidima počevši od farnezil pirofosfata ili geranilgeranil pirofosfata. Enzimi poput SMT, DWF4 i SMO posreduju u nizu reakcija koje transformiraju cikloartenol u ecdysone. Izloženost svjetlu, razvojni signali i čimbenici stresa moduliraju biosintezu ekdizona u biljkama.

Što regulira hormon ecdysone?

     ekdizona regulira niz različitih razvojnih, fizioloških i staničnih procesa (23):

     -Rast i linjanje kod nezrelih insekata  

     -Metamorfoza od ličinke do kukuljice do odraslih oblika

     -Razmnožavanje i proizvodnja jaja kod odraslih insekata

     -Rast, diferencijacija stanica i formiranje organa kod biljaka

     -Reakcije prilagodbe na stres kod biljaka

     - Aktivacija sinteze obrambenih spojeva u biljkama

     - Ekspresija gena preko ecdyson nuklearnih receptora

     - Sinteza proteina i funkcija enzima

     - Metabolizam lipida, ugljikohidrata i proteina

     -Oksidativna homeostaza i detoksikacija

     - Stanična proliferacija, diferencijacija i apoptoza

     - Pregradnja aksona i obrezivanje dendrita kod insekata

     -Ponašanja povezana s reprodukcijom i traženjem hrane

Koja je razlika između juvenilnog hormona i ekdizona?

Iako su oba ključna hormona kod insekata, juvenilni hormon i ecdysone imaju suprotne uloge:

-Ecdysone inicira linjanje i metamorfozu dok juvenilni hormon sprječava metamorfozu.

- U predodraslim fazama, ecdysone potiče linjanje dok juvenilni hormon potiskuje sazrijevanje između moltova.

-Visoki ekdizon i niski juvenilni hormoni induciraju metamorfozu. Suprotan omjer održava stadij ličinke.

-Ekdizon je steroidni hormon dok je juvenilni hormon seskviterpenoid.

-Ekdizon se proizvodi u protorakalnim žlijezdama, dok se juvenilni hormon sintetizira u corpora allata.

-Učinci ecdysona su posredovani nuklearnim receptorima. Juvenilni hormon koristi membranske receptore.

-Razine ekdizona dostižu vrhunac u različito vrijeme. Mladački hormon ima relativno niske fluktuirajuće razine.

-Kod odraslih, ecdysone pokreće reprodukciju dok juvenilni hormon regulira ponašanje povezano s traženjem hrane i reprodukcijom.

Njihovo koordinirano djelovanje omogućuje kukcima prijelaz između životnih faza. Međudjelovanje između ecdysone i juvenilnih hormona osigurava pravilno vrijeme razvoja.

Zaključak

Ecdysone je višenamjenski hormon koji koordinira raznolike i složene razvojne procese kod insekata i biljaka. Naše sve dublje razumijevanje signalnih putova i funkcija ekdizona nastavlja otkrivati ​​njegov duboki utjecaj na biologiju organizma. Iskorištavanje primjene ecdysonea u poljoprivredi, medicini， i biotehnologiji ima veliko obećanje, ali također zahtijeva odgovoran nadzor u pogledu učinkovitosti, sigurnosti， i etičkih razmatranja. Daljnja istraživanja i otvoreni dijalog ključni su za stvaranje uravnoteženog okvira za prevođenje znanosti o ecdysonu u učinkovite inovacije za dobrobit ljudskog zdravlja i ekološke dobrobiti.

WELLGREEN je proizvođač biljnih ekstrakata vođen inovacijama od 2011. certificiran prema ISO9001:2015, ISO22000, HALAL, KOSHER, HACCP i organskom certifikatu. Ako trebaš Ecdysone u prahu, odmah nas kontaktirajte putem e-maila:wgt@allwellcn.com Možemo pružiti prilagođenu uslugu prema vašem zahtjevu.  

Reference

1. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4255510/

2.https: //www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0065280608600193

3. https://www.annualreviews.org/doi/10.1146/annurev-ento-020117-043231

4. https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2018.01248/full