Protopanaxadiol triggers G0/G1 cell cycle arrest and apoptosis in human cervical cancer HeLa cells through the PPER pathway

Food Bioscience, 62, 2024, 105388

Protopanaxadiol (PPD) is considered to be the most active pharmacological element in ginseng and has been widely studied for its anticancer effects. However, the detailed anticancer mechanism of this compound in cervical cancer (CC) HeLa cells has yet to be thoroughly understood. In this research, we discovered that PPD effectively inhibits CC HeLa cell proliferation and cause morphological changes, with an IC50 measured at 34.18 μM. Based on mRNA-seq analysis, we revealed the mechanism by which PPD inhibits HeLa cell proliferation. The results from Gene Ontology and Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes enrichment analysis indicated significant enrichment of DGEs in the cell cycle and protein processing in the endoplasmic reticulum (PPER) pathway. By inducing DNA damage, PPD resulted in G0/G1 phase cell cycle arrest, inhibited Bcl-2 to cause ROS production, upregulated cytochrome c (Cyto-c) expression, thereby further reducing mitochondrial membrane potential (Δψm), activated the caspase family, and induced cell apoptosis. In addition, PPD promoted Ca2+ leakage, downregulated the PPER pathway (PERK, ATF6, and IRE1α), increased Chop expression levels, and mediated programmed cell death. These observations imply that PPD can induce apoptosis in HeLa cells, highlighting its potential as a novel natural therapeutic for cervical cancer.

Consolidating collaboration with China

Professor Jesus Simal-Gandara, former coordinator of our research group, has imparted a lecture entitled "Moving toward a sustainable food future" during his visit to the People's Republic of China.

Metabolic Profiling via UPLC/MS/MS and In Vitro Cholinesterase, Amylase, Glucosidase, and Tyrosinase Inhibitory Effects of Carica papaya L. Extracts Reveal Promising Nutraceutical Potential

Food Anal. Methods (2024)

Carica papaya (Family Caricaceae) is endowed with a myriad of biological activities as gastroprotective, antidiabetic, antimalarial, antiviral, and anti-inflammatory agent. We performed for the first time an extensive comparative metabolite profiling of different plant organs considering both male and female leaves, seeds, and fruits of different maturity stages. The phytochemical fingerprinting-via UPLC/MS/MS- of C. papaya led to tentative identification of 84 metabolites belonging to different primary and secondary phytoconstituents to include alkaloids (carpaine derivatives), flavonoids, glucosinolates, organic and phenolic acids, amino acids, and carbohydrates. The seeds’ profile was enriched with hydroxybenzoic acids and their derivatives, while leaves were characterized by the prevalence of carpaine alkaloids, flavonoids, lipids, and alkylated sugars. Correlation analysis revealed a significant positive correlation between total phenolic content and the antioxidant assays (ferric reducing antioxidant property (FRAP), 2, 2-diphenyl-1- picrylhydrazyl (DPPH), 2,2'-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid (ABTS), cupric-reducing antioxidant capacity (CUPRAC), and total antioxidant capacity (TAC)). Principal component analysis was applied to find out possible phytochemical trends across C. papaya matrices, where PC1 and PC2 accounted for 46.57 and 19.93% of the variability in the data set with well-separated extracts into groups mostly on the basis of plant organ. The PCA model showed that immature seeds had the highest antioxidant properties, while leaves separated from fruit and mature seeds due to higher butyrylcholinesterase and α-amylase inhibition, but lower acetylcholinesterase and α-glucosidase inhibition activity. We corroborate the better exploitation of both edible and inedible parts of C. Papaya in nutraceutical supplements after sufficient in vivo and toxicity studies.

Machine Learning Models to Classify Shiitake Mushrooms (Lentinula edodes) According to Their Geographical Origin Labeling

Foods 2024, 13(17), 2656

The shiitake mushroom has gained popularity in the last decade, ranking second in the world for mushrooms consumed, providing consumers with a wide variety of nutritional and healthy benefits. It is often not clear the origin of these mushrooms, so it becomes of great importance to the consumers. In this research, different machine learning algorithms were developed to determine the geographical origin of shiitake mushrooms (Lentinula edodes) consumed in Korea, based on experimental data reported in the literature (δ13C, δ15N, δ18O, δ34S, and origin). Regarding the origin of shiitake in three categories (Korean, Chinese, and mushrooms from Chinese inoculated sawdust blocks), the random forest model presents the highest accuracy value (0.940) and the highest kappa value (0.908) for the validation phase. To determine the origin of shiitake mushrooms in two categories (Korean and Chinese, including mushrooms from Chinese inoculated sawdust blocks in the latter ones), the support vector machine model is chosen as the best model due to the high accuracy (0.988) and kappa (0.975) values for the validation phase. Finally, to determine the origin in two categories (Korean and Chinese, but this time including the mushrooms from Chinese inoculated sawdust blocks in the Korean ones), the best model is the random forest due to its higher accuracy value (0.952) in the validation phase (kappa value of 0.869). The accuracy values in the testing phase for the best selected models are acceptable (between 0.839 and 0.964); therefore, the predictive capacity of the models could be acceptable for their use in real applications. This allows us to affirm that machine learning algorithms would be suitable modeling instruments to determine the geographical origin of shiitake.

“A crecente demanda de alimentos, impulsada polo aumento da poboación e os cambios nos patróns de consumo, oprimirá aínda máis os recursos naturais”

 

Jesús Simal, catedrático da Universidade de Vigo, institución que coordina o proxecto SOSFood, explica que con esta iniciativa deseñaranse solucións en forma de ferramentas de toma de decisións adaptadas a cada nivel do sistema e personalizables para adaptarse ao contexto e prioridades de cada usuario.

Recentemente púxose en marcha o proxecto de investigación a nivel europeo, financiado polo Programa Marco ‘Horizonte Europa’ da Comisión, SOSfood. Centrará os seus esforzos en utilizar o potencial das tecnoloxías de explotación de datos e a Intelixencia Artificial (IA) para proporcionar unha imaxe precisa e global do sistema alimentario europeo, promovendo así o desenvolvemento de ferramentas intuitivas.

Trátase dun consorcio no que participan 17 entidades de todo o continente baixo a dirección da Universidade de Vigo, e que conta coa participación do CiTIUS (Centro Singular de Investigación en Tecnoloxías Intelixentes da USC). O proxecto xorde da colaboración entre a Universidade de Santiago, o hub de innovación dixital Datalife e a Universidade de Vigo, institución que coordina o proxecto a través do Grupo de Investigacións Agro-ambientais e Alimentarias dirixido polo catedrático Jesús Simal Gándara.

Nesta entrevista, Simal explica as claves do proxecto e tamén que beneficios traerá para o sector agrario.

– Que é SOSFood e en que punto se atopa esta investigación?

SOSFood ten como obxectivos:

(1) crear unha rede de múltiples actores para recompilar datos dos sistemas sociais, políticos, educativos, legais, económicos, tecnolóxicos, alimentarios, de saúde, ambientais e climáticos, ademais de promover a transparencia e o intercambio de datos en todo o sistema alimentario;

(2) modelar o sistema alimentario cunha estratexia multidimensional e multiactor, e explotar a interoperabilidade dos datos co fin de indagar nas relacións que existen entre os sistemas mencionados para avaliar o seu impacto na sustentabilidade do sistema de alimentación por medio de análise de impacto avanzados e tecnoloxías innovadoras de Intelixencia Artificial; e, finalmente,

(3) deseñar solucións en forma de ferramentas de toma de decisións adaptadas a cada nivel do sistema (produtores, consumidores, responsables políticos) e personalizables para adaptarse ao contexto e as prioridades de cada usuario.

– Quen forman parte do proxecto e que papel ten o Grupo de Investigacións Agroambientais e Alimentarias (AA1) que dirixe vostede?

Grazas ao seu consorcio multidisciplinario, SOSFood acelerará a transición verde do sistema alimentario con expertos en todos os ámbitos, do sector público e privado e do sector académico, de investigación, e industrias alimentarias: saúde e nutrición, e de ciencias sociais (UVIGO, UNL), tecnoloxías de intelixencia artificial (CiTIUS-USC), desenvolvemento de software (SOFTEAM), ecosistemas de intercambio de datos e protección de plataformas (JIBE), ciencias ambientais e avaliación do ciclo de vida (SRU, UNIFE, UCSC), política e economía das innovacións (UNIFE, AGADER), xestión de datos (DIH DATALIFE, AFL DIH, SAH), e finalmente, EUROCOOP, JOTIS, VKA, CUEVAS, AGADER representarán a todas as partes interesadas do sistema alimentario (consumidores, industrias, produtores primarios e responsables políticos). O consorcio tamén inclúe un especialista en explotación, comunicación e difusión (CTA).

Aínda que se tomaron varias iniciativas para reducir os residuos e desperdicio agroalimentario, non se logrou plenamente considerar o panorama global do sistema alimentario

– A IA ten un papel fundamental, como se integra no proxecto? Que ferramentas de IA empregarán?

O CiTIUS en SOSFood propón utilizar o gran potencial intuitivo das tecnoloxías de Intelixencia Artificial para proporcionar ferramentas adaptadas a todas as partes interesadas na cadea do sector alimentario, que facilitarán a toma de decisións ben informadas, cun enfoque multifactorial, multiactor e multiescala. Así se identificarán aqueles factores máis relevantes na avaliación da sustentabilidade para proporcionar unha imaxe holística e completa do sistema alimentario europeo, respondendo a preguntas do tipo de “e se pasa isto, que sucedería?”.

– O proxecto SOSFood naceu nun momento que os agricultores se manifestaban pola Axenda 2030. Que importancia ten este proxecto para a agricultura?

Aínda que se tomaron varias iniciativas para reducir os residuos e desperdicio agroalimentario, axudar aos agricultores a adaptar as súas prácticas agrícolas para que sexan máis respectuosas co medio ambiente, loitar contra a alimentación pouco saudable da poboación, promover os produtos alimentarios locais, impulsar á industria manufacturera e distribuidora a optimizar os seus procesos, etc., logrou plenamente considerar o panorama global do sistema alimentario. Ademais, as ferramentas ou canles utilizadas para alcanzar ese obxectivo non sempre foron os máis adecuados e non sempre alcanzaron o seu obxectivo, xa sexa por ser demasiado complicados de entender ou non alcanzables para todos.

– Como se poderán aplicar os resultados obtidos os agricultores? E os consumidores?

SOSFood dará como resultado un espazo consolidado de datos alimentarios dedicado á mellora da sustentabilidade do sistema alimentario, ademais de ferramentas de toma de decisións adaptadas a cada nivel da cadea de subministración alimentaria. Así, obterase un panel predictivo que mostrará os datos e variables de predición para os usuarios da industria; e unha aplicación de teléfono móbil dirixida aos consumidores, que ofrece suxestións sobre opcións máis xustas, saudables e sustentables (incluído un gráfico de visualización de impresións dixitais eco-saudables, un indicador ecolóxico das industrias, e receitas típicas da UE reformuladas para promover ingredientes saudables, locais e de tempada, así como consellos nutricionais xenerais). Para garantir a viabilidade da proposta e a representatividade dos algoritmos desenvolvidos, os resultados de SOSFood se validarán en tres estudos de caso a nivel rexional (Galicia), metropolitano (Atenas) e nacional (Lituania).

– Tamén forma parte do Centro de Investigación Interuniversitario das Paisaxes Atlánticas Culturais (CISPAC). Que investigacións está a levar a cabo?

Atopar solucións duradeiras neste escenario requirirá inevitablemente revisar o desenvolvemento rural e a agricultura en pequena escala, e lograr cambios estruturais en beneficio das partes interesadas. Mellores sistemas agrícolas, novas tecnoloxías, educación de calidade, así como modelos comerciais eficaces, poden ser útiles para crear empregos decentes, resolver as limitacións de recursos, ampliar a participación no mercado, e aliviar as dificultades no sector agrícola, especialmente, entre as mulleres e os mozos. Doutra banda, temos que enfrontar desafíos apremiantes que inclúen dietas pouco saudables, xeración de desperdicio de alimentos, equilibrio da produción de alimentos e biocombustibles, e desenvolvemento de políticas agrícolas xustas.

Debemos alcanzar maiores niveis de produtividade, eficiencia de recursos, seguridade e trazabilidade dos alimentos, e respecto ao medio ambiente, a fin de proporcionar leccións útiles para o desenvolvemento tecnolóxico e a vixilancia na cadea alimentaria global. Por iso, tras presentar o estado actual da sustentabilidade alimentaria, e como a súa gobernanza global vincúlase coas dimensións ambiental, económica e social, revisaranse algunhas medidas e indicadores para o seguimento dos avances, co obxectivo final de achegar solucións e recomendacións para a sustentabilidade do sistema de produción e consumo de alimentos. Todos os retos no campo agroalimentario deben ser respectuosos coa contorna e por tanto protexer ese patrimonio que representa a paisaxe.

– Dentro do Grupo de Investigacións Agroambientais e Alimentarias (AA1), en que outros proxectos se atopan inmersos?

Na actualidade participamos en 5 proxectos europeos:

1.- “An integrated approach to the challenge of sustainable food systems: adaptive and mitigatory strategies to address climate change and malnutrition (SYSTEMIC)”, granted by ERA-HDHL Knowledge Hub on Food and Nutrition Security in collaboration with JPI-OCEANS and FACCE-JPI (2020-2024).

2.- “Sustainable and cost-effective production process for the upcycling of olive, grape and nut by-products into 4 natural and healthy ingredients for nutraceutical and cosmetic applications (UP4HEALTH)”, granted by H2020-BBI-JTI-2019 (2020-2024).

3.- “Unravelling the potential of the wheat microbiome for the development of healthier, more sustainable and resilient wheat-derived food & feed products (WHEATBIOME)”, granted by HORIZON-CL6-2022-FARM2FORK-01 (2023-2027).

4.- “Alternative proteins from microbial fermentation of non-conventional sea sources for next-generation food, feed and no-food bio-based applications (PROMISEANG)”, granted by HORIZON-JU-CBE-2022-R-04 (2023-2027). Coordinado por nós.

5.- “Sustainability Optimization for Secure Food Systems (SOSFood)”, granted by HORIZON-CL6-2023-GOVERNANCE-01-17 (2024-2028). Coordinado por nós.

– Como ve o futuro do sector?

O futuro inmediato do sistema agroalimentario enfróntase a desafíos e oportunidades significativos. A crecente demanda de alimentos, impulsada polo aumento da poboación e os cambios nos patróns de consumo, presionará aínda máis os recursos naturais. A innovación tecnolóxica, como a agricultura de precisión, a biotecnoloxía, e o uso de intelixencia artificial, espérase que mellore a eficiencia e sustentabilidade da produción agrícola. Con todo, os efectos do cambio climático, como eventos climáticos extremos e a variabilidade das precipitacións, poden afectar negativamente os rendementos agrícolas.

A adopción de prácticas agrícolas sustentables e a diversificación de cultivos serán cruciais para mitigar estes riscos. Ademais, a globalización e as cadeas de subministración interconectadas poden ofrecer novas oportunidades, pero tamén expoñen o sistema a vulnerabilidades como as interrupcións comerciais e as enfermidades transfronteirizas. A colaboración entre gobernos, sector privado, e organizacións internacionais será esencial para abordar estes desafíos e asegurar a resiliencia do sistema agroalimentario.

Fuente: INNOVA Campo Galego

Alkaline Fading of Malachite Green in β-Cyclodextrins

Compounds 2024, 4(2), 351-360

The basic hydrolysis of Malachite Green (MG) in the presence of β-Cyclodextrin (β-CD) has been studied using UV-Vis spectroscopic techniques and at 20 °C. β-CD was found to catalyze the basic hydrolysis. Indeed, this basic hydrolysis is catalyzed by the interaction cyclodextrin hydroxyl group, in its deprotonated form with the carbocation in the host-guest complex. The proposed model has been successfully applied to a reaction catalyzed by CD. It considers two simultaneous pathways in the aqueous medium involving free hydroxyl ions and the substrate-CD complex. The model allows us to obtain the kinetic parameters including the bimolecular rate constant between MG and HO− in bulk water (kw = 1.47 ± 0.01 mol−1s−1), the rate constant between MG and the deprotonated hydroxyl group of β-CD inside the host-guest complex (kCD = 0.25 ± 0.03 s−1) and the binding constant of MG inside the β-CD (KS = 2500 ± 50). This behavior is like the hydrolysis of Cristal Violet (CV) in the same reaction media.