Hải sâm kháng saponin của chính nó như thế nào?

Hải sâm cũng giống như các loài động vật da gai khác như thân mềm, chúng di chuyển chậm, sống ở nền đáy, đồng thời thiếu hệ thống miễn dịch thích nghi, tuy nhiên thay vào đó chúng đã phát triển khả năng tạo ra các hóa chất bảo vệ chuyên biệt (glycosylated steroid và triterpenes, còn được gọi là saponin) như một phần của hệ thống miễn dịch bẩm sinh của chúng, cung cấp khả năng phòng thủ hóa học chống lại những kẻ thù tấn công. Điều này đặt ra một câu hỏi thú vị về việc các con đường sinh tổng hợp chất này đã phát triển như thế nào. 

Ngược lại, đối với loài nhím biển có quan hệ họ hàng gần với hải sâm, chúng được bảo vệ bởi gai và không tạo ra các hợp chất như vậy. Khi bị căng thẳng, như một tuyến phòng thủ đầu tiên, một số loài hải sâm sẽ đào thải các sợi dính gọi là ống Cuvierian, khiến kẻ thù của chúng bị vướng vào và làm chúng bất động. Các nạn nhân bất động cuối cùng chết do saponin của các ống này.

Ống Cuvierian là tuyến phòng thủ đầu tiên của hải sâm.

Ngoài khả năng phòng vệ, saponin còn có các chức năng sinh học khác ở sinh vật biển, bao gồm thành thục, sinh sản và giao tiếp hóa học với các loài cộng sinh. Nhiều loài động vật sử dụng chất độc làm chất phòng vệ hóa học. Các hợp chất bảo vệ này thường được cô lập từ thực phẩm hoặc được tạo ra bởi các chất nội truyền. Ngược lại, động vật da gai tự sinh tổng hợp chất độc của chúng. Saponin có hoạt tính chống nấm được cho là do chúng có khả năng tạo phức với các sterol của màng như cholesterol, do đó gây ra hiện tượng thấm qua màng và làm chết tế bào. Sao biển và hải sâm tạo ra các sterol khác thường, xen kẽ (lathosterol và 14α-methylcholest-9-en-3β-ol) bảo vệ chống lại khả năng tự ngộ độc bởi saponin nội sinh.

Các saponin của sao biển là steroid (ví dụ, asterosaponin A1), trong khi những chất do hải sâm tạo ra là triterpenoid (ví dụ, holotoxin A1), sự khác biệt chính là sự hiện diện hoặc vắng mặt của nhóm metyl ở vị trí cacbon C4 và C14. Cả hai loại hợp chất đều bắt nguồn từ tiền chất tuyến tính 2,3-oxidosqualene. Ở động vật, bước đầu tiên được cam kết trong quá trình sinh tổng hợp sterol liên quan đến việc chu trình tạo thành lanosterol bởi các enzym OSC được gọi là LSS (lanosterol synthase). Lanosterol sau đó được chuyển thành cholesterol sterol thiết yếu, cũng là tiền chất cho saponin steroid trong sao biển. Các saponin triterpenoid phổ biến trong thực vật nhưng hiếm ở động vật, hải sâm là một ngoại lệ đáng chú ý. Ở thực vật, họ gen OSC (oxidosqualene cyclase) đã mở rộng và đa dạng hóa để tạo ra một loạt các giàn triterpene đa dạng, với trung bình 10–15 gen OSC trên mỗi bộ gen thực vật lưỡng bội. Ngược lại, động vật thường có một gen OSC duy nhất mã hóa LSS cần thiết cho sự tổng hợp các sterol cần thiết.

Đã xác định các gen OSC ứng cử viên từ sao biển, nhím biển và hải sâm, xác định đặc điểm chức năng của chúng bằng biểu hiện dị hợp trong nấm men và xác định các đặc tính sản phẩm của chúng (đối với tiền chất sterol hoặc giá thể triterpene). Đồng  thời nghiên cứu sâu hơn về vai trò sinh học của hai OSCs không LSS khác nhau trong hải sâm. Kết quả cung cấp những hiểu biết sâu sắc về sự xuất hiện của quá trình sinh tổng hợp triterpene trong dòng hải sâm và sự tiến hóa của điều này với khả năng tạo ra sterol có khả năng kháng saponin và do đó có khả năng bảo vệ chống lại sự tự ngộ độc.

Nói chung, những sự kiện này đã cho phép hải sâm phát triển khả năng sản xuất saponin và sterol kháng saponin đồng thời. Việc phát hiện ra các enzym quan trọng LSS, PS, LDS và C7D giờ đây sẽ thúc đẩy việc khám phá và xác định đặc điểm của các enzym khác cần thiết cho quá trình sinh tổng hợp saponin trong hải sâm.