Cucumber mosaic virus (CMV), the most prevalent virus in chili pepper (Capsicum annuum L.), negatively affects chili pepper production in South Korea. In this study, foliar spraying with β-glucans obtained from the mycelial walls of the yeast-like fungus Aureobasidium pullulans inhibited CMV infection of chili pepper if applied before virus inoculation. At three concentrations, β-glucans from A. pullulans significantly ameliorated CMV symptoms in treated chili pepper; the effect was greater in plants treated with 0.01% β-glucans than 0.005% or 0.001% β-glucans. Double antibody sandwich enzyme-linked immunosorbent assay showed that these β-glucans treatments resulted in 1.7- to 10-fold reductions in CMV accumulation in the treated chili pepper. The glucans did not act directly on the virus and did not interfere with virus disassembly or replication. Foliar spraying with 0.01% β-glucans from A. pullulans at 24 hr intervals for 3 days significantly increased plant height, the total number of fruit, and the fresh weight of chili pepper fruit. However, the stem diameter of chili pepper treated with β-glucans did not increase significantly. These results indicate that foliar spraying with β-glucans from A. pullulans acts an antiviral agent against CMV infection and stimulates chili pepper growth.
The amount of $\beta-glucans$ in 12 edible mushroom species was determined and their water-solubility was assessed. A large variability in $\beta-glucans$ content was observed in the mushroom species, ranging from 4.71 to $46.20\%$ on a dry basis. Gyrophora esculenta, Lentinus edodes, Coriolus versicolor, Ganodenna lucidum, and Flammulina velutipes had high levels of $\beta-glucans$ Soluble $\beta-glucans$ content, which plays a key role in the physiological effects of mushrooms, also varied greatly according to the mushroom species, ranging from 2.12 to $19.66\%$. Water-solubility of $\beta-glucans$ in the edible mushrooms, as a percentage of total $\beta-glucans$ content varied from 42.55 to $73.35\%$.
[ ($1{\to}3$) ], ($1{\to}4$)-${\beta}$-D-glucans(${\beta}-glucans$) are a major component of the cell walls of grasses as a component of the cereal endosperm and aleurone cell walls. Although ${\beta}-glucans$ exist in all cereals, their concentration is highest in oats and barley. Genetic and environmental differences are found in total ${\beta}-glucan$ content. Both oats and barley ${\beta}-glucans$ have cholesterol-lowering effects. This suggests possible use as food additives. Structural characterization of ${\beta}-glucan$ is important because structure can influence physical and physiological properties. In this review, ${\beta}-glucans$ of barley and oats are discussed in details including structure, chemical and physical properties, and nutritional implications. The use of barley and oat products as well as ${\beta}-glucan$ as a food additive continues to increase. This can provide an additional market for barley and oats, thus increasing the value of the crops.
Kim, Hyung-Sook;Hong, Jin-Tae;Kim, Young-Soo;Han, Sang-Bae
IMMUNE NETWORK
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v.11
no.4
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pp.191-195
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2011
${\beta}$-Glucans are naturally occurring polysaccharides that are produced by bacteria, yeast, fungi, and many plants. Although their pharmacological activities, such as immunomodulatory, anti-infective and anti-cancer effects, have been well studied, it is still unclear how ${\beta}$-glucans exert their activities. However, recent studies on the ${\beta}$-glucans receptors shed some light on their mechanism of action. Since ${\beta}$-glucans have large molecular weights, they must bind surface receptors to activate immune cells. In this review, we summarize the immunopharmacological activities and the potential receptors of ${\beta}$-glucans in immune cells.
Five barley and two oat varieties grown in Korea were investigated for soluble, insoluble, and total $(1{\to}3)$, $(1{\to}4)-{\beta}-D-glucans$. Total and insoluble ${\beta}-glucans$ after extraction of soluble ${\beta}-glucans$ with water were analyzed, and the soluble ${\beta}-glucans$ were calculated as the difference between total and insoluble ${\beta}-glucans$. The total ${\beta}-glucans$ in whole barleys were in a range of $3.3{\sim}5.6%$(average 4.4%), and those in pearled barleys were In a range of $3.3{\sim}7.1%$(average 5.2%). In whole barleys, on average, 54% of the ${\beta}-glucans$ was soluble and in pearled barley 46%. Whole oats contained $3.1{\sim}4.0%$ total ${\beta}-glucans$, and dehulling increased the groat ${\beta}-glucans$ contents to $4.0{\sim}4.8%$. Oats demonstrated considerably higher ${\beta}-glucans$ solubility of 84% than barley. ${\beta}-Glucans$ in barley and oats were rapidly extracted at the beginning of the extraction and almost all of the ${\beta}-glucans$ were extracted after $2{\sim}3 hr extraction. As extraction temperature increased from $23^{\circ}C$ to $45^{\circ}C$, more soluble ${\beta}-glucans$ were extracted. However, solubility of barley ${\beta}-glucans$ decreased at a relatively high temperature of $65^{\circ}C$. Steam-cooking reduced the analytical solubility of barley and oat ${\beta}-glucans$, while roasting seemed to render the ${\beta}-glucans$ of barley more soluble.
Cereal $\beta$-glucans, linked essentially by mixed $\beta$-(1,4/1,3) glycosidic bonds, were extracted, purified, and structurally identified. Previously chemical structure of barley $\beta$-glucans was characterized from 3 varieties of 'Gang', 'Ohl', and 'Gwangan', and the (1,4)/(1,3) linkage ratio of the $\beta$-glucans was identical. In this study, $\beta$-glucans from 1 barley ('Chal') and 3 oat ('Ohl', 'Samhan', and 'Donghan') varieties were structurally scrutinized, and the linkage pattern of total 7 cereal $\beta$-glucans was compared. The amount of 2 major 3-O-$\beta$-cellobiosyl-D-glucose (DP3) and 3-O-$\beta$-cellotriosyl-D-glucose (DP4) from barley and oat accounted for only 66.6-73.3 and 68.12-81.89% of water-extractable $\beta$-glucan fractions, and the (1,4)/(1,3) linkage ratios of both barley and oat $\beta$-glucans were within very narrow range of 2.27-2.31 and 2.38-2.39, respectively, among the cultivars tested. Structural difference in the cereal $\beta$-glucans was evident when DP3:DP4 ratio in the $\beta$-glucan structure was compared. As a result, this ratio was significantly greater for barley $\beta$-glucan (2.26-2.74) than for oat (1.54-1.66). Chal-B had the greatest DP3 to DP4 ratio among the samples, which in turn reflected the least amount of (1,4)-linkages.
Many of the 𝛽-glucans are known to have antihypertensive activities, but, except for angiotensin-converting enzyme II inhibition, the underlying mechanisms remain unclear. Corin is an atrial natriuretic peptide (ANP)-converting enzyme. Activated corin cleaves pro-ANP to ANP, which regulates water-sodium balance and lowers blood pressure. Here, we reported a novel antihypertensive mechanism of 𝛽-glucans, involved with corin and ANP in mice. We showed that multiple oral administrations of 𝛽-glucan induced the expression of corin and ANP, and also increased natriuresis in mice. Microarray analysis showed that corin gene expression was only upregulated in mice liver by multiple, not single, oral administrations of the 𝛽-glucan fraction of Phellinus baumii (BGF). Corin was induced in liver and kidney tissues by the 𝛽-glucans from zymosan and barley, as well as by BGF. In addition to P. baumii, 𝛽-glucans from two other mushrooms, Phellinus linteus and Ganoderma lucidum, also induced corin mRNA expression in mouse liver. ELISA immunoassays showed that ANP production was increased in liver tissue by all the 𝛽-glucans tested, but not in the heart and kidney. Urinary sodium excretion was significantly increased by treatment with 𝛽-glucans in the order of BGF, zymosan, and barley, both in 1% normal and 10% high-sodium diets. In conclusion, we found that the oral administration of 𝛽-glucans could induce corin expression, ANP production, and sodium excretion in mice. Our findings will be helpful for investigations of 𝛽-glucans in corin and ANP-related fields, including blood pressure, salt-water balance, and circulation.
The mushroom Coriolus versicolor contains biologically active polysaccharides, most of which belong to the ${\beta}$-glucan group. Diverse physicochemical properties, due to different sources and isolated types of ${\beta}$-glucans, can induce distinct biological activities. We investigated the effects of ${\beta}$-glucans from C. versicolor on phagocytic activity, nitric oxide (NO), TNF-${\alpha}$ production, and signaling of dectin-1, a well-known ${\beta}$-glucan receptor, in macrophages. ${\beta}$-Glucans increased phagocytic activity and TNF-${\alpha}$ and NO-iNOS/eNOS production. Laminarin, a specific inhibitor of dectin-1, showed strong inhibitory effects on phagocytosis and subsequent TNF-${\alpha}$, iNOS, and eNOS production increased by ${\beta}$-glucans, indicating that ${\beta}$-glucans reacts with dectin-1 receptors. We examined whether the aforementioned cytokines were involved in the signaling pathway from the dectin-1 receptor to phagocytosis, and found that the inhibition of iNOS, eNOS, and TNF-${\alpha}$ receptors significantly decreased ${\beta}$-glucan-induced phagocytosis. In conclusion, our study showed that dectin-1 signaling, triggered by ${\beta}$-glucans, subsequently elicited TNF-${\alpha}$ and NO-iNOS/eNOS production, and that these molecules seem to act as secondary molecules that cause eventual phagocytosis by macrophages. These findings suggest that C. versicolor could be used as a nutritional medicine that may be useful in the treatment of infectious disease.
To explore the possible usefulness of ${\beta}$-glucans as natural antioxidants, the antioxidant profiles of ${\beta}$-glucan, extracted from Saccharomyces cerevisiae KCTC 7911, and water soluble and insoluble mutant ${\beta}$-glucan, isolated from yeast mutant S. cerevisiae IS2, were examined by five different in vitro evaluation methods: lipid peroxidation value (POV), nitric oxide (NO), 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl (DPPH) radical, reducing power, and ${\beta}$-carotene diffusion assay. The antioxidant activities of all ${\beta}$-glucans evaluated in POV test were comparable to or better than that of the known antioxidant, vitamin C. Remarkably, the ${\beta}$-glucan and water insoluble mutant ${\beta}$-glucan possessed 2.5-fold more potent activity than vitamin C at a dosage of 2 mg. Although vitamin C showed 100-fold greater activity than all ${\beta}$-glucans in NO and DPPH tests for measuring the radical scavenging capacity, all ${\beta}$-glucans revealed higher radical scavenging activity than the known radical scavenger, N-acetyl-L-cysteine (NAC), in DPPH test. The water insoluble mutant ${\beta}$-glucan had 2.6- and 5-fold greater antioxidative activity than water soluble ${\beta}$-glucan in NO and DPPH tests, respectively, showing that all ${\beta}$-glucans were able to scavenge radicals such as NO or DPPH. While all ${\beta}$-glucans revealed lower antioxidant profiles than vitamin C in both reducing power activity and ${\beta}$-carotene agar diffusion assay, the ${\beta}$-glucan and water insoluble mutant ${\beta}$-glucan did show a marginal reducing power activity as well as a considerable ${\beta}$-carotene agar diffusion activity. These results confirmed the potential usefulness of these ${\beta}$-glucans as natural antioxidants.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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