Биотехнологические основы получения β-(1→3)-глюкана Euglena gracilis (парамилона) и оценка его иммуномодулирующей активности

Актуальность: β-глюканы представляют собой структурно гетерогенный класс полисахаридов, иммуномодулирующая активность которых определяется типом гликозидных связей, разветвлённостью, молекулярной массой, конформацией и физической формой препарата. Парамилон – линейный β-(1→3)-глюкан, накапливаемый микроводорослями Euglena gracilis в виде высококристаллических внутриклеточных гранул, – отличается от дрожжевых и грибных β-глюканов отсутствием β-(1→6)-ветвления, а от ламинарина – нерастворимостью и высокой упорядоченностью. Растущий промышленный интерес к парамилону как ингредиенту функционального питания опережает уровень стандартизации его получения и оценки характеристик готовых форм, что требует создания соответствующих биотехнологических решений.

Цель: систематизировать и сопоставить биотехнологические подходы к получению парамилона из E. gracilis, связать параметры технологического процесса с физико-химическими характеристиками продукта и уровнем обоснованности его иммуномодулирующих эффектов, а также разработать воспроизводимую систему оценки биологической активности.

Материалы и методы: выполнен обзор предметного поля публикаций 2001–2026 гг. Поиск проводился в международных базах PubMed/MEDLINE, ScienceDirect, Springer Nature, Wiley, ACS, Nature и MDPI, а также в отечественных базах eLibrary с Российским индексом научного цитирования и «КиберЛенинка». Каждая публикация проверялась по DOI, PMID или PMCID. Отраслевые информационные материалы производителя рассматривались не как источник данных, а как объект критического анализа с обязательной проверкой первоисточников. В итоговый корпус вошли 57 источников, включая 21 первичное исследование биологической активности парамилона, из которых пять относятся к уровню in vitro, десять – к уровню in vivo и восемь – к исследованиям с участием человека, причём три работы отнесены сразу к двум уровням.

Результаты: обобщены данные о влиянии типа питания, источников углерода и азота, кислотности среды и азотного голодания на накопление парамилона. Сопоставлены способы дезинтеграции и выделения, к которым относятся обработка додецилсульфатом натрия, ультразвук, щелочная обработка, использование двухфазных водных систем, глубоких эвтектических растворителей и ферментолиз после микроволновой предобработки. Систематизированы методы определения характеристик конечного продукта, включая ИК-Фурье-спектроскопию, ядерный магнитный резонанс, рентгеновскую дифракцию, эксклюзионную и гель-проникающую хроматографию и электронную микроскопию. Показано, что цепочка «условия культивирования – физическая форма парамилона – взаимодействие с дектином-1 – NF-кB и MAPK – клеточный ответ» обеспечена доказательствами неравномерно, поскольку наиболее надёжны данные по накоплению парамилона и по активации NF-кB и MAPK в макрофагах, тогда как прямые рецептор-связывающие исследования и сопоставления разных форм парамилона немногочисленны.

Выводы: имеющиеся данные позволяют говорить об иммуномодулирующем потенциале парамилона, реализуемом, вероятно, при участии дектин-1 и путей NF-κB и MAPK, но не дают оснований для утверждений о лечебном или профилактическом действии у человека. Предложена трёхуровневая «шлюзовая» система оценки, в которой иммунологические результаты интерпретируются только совместно с паспортом качества субстанции, сформулированы 11 научных пробелов и детализированный предлагаемый план эксперимента.

1. Глинкова Е., Жучкина Н.И., Колтовой Н.А., Колтовая Н.А. Действие гамма-излучения на клетки водоросли Euglena gracilis // Авиакосмическая и экологическая медицина. 2012. Т. 46, № 1. С. 35–41.

2. Горин К.В. Культивирование Euglena gracilis для получения парамилона на средах, по составу приближенных к сточным водам // Вестник Военного инновационного технополиса «ЭРА». 2022. Т. 3, № 1. С. 20–23. DOI: 10.56304/S2782375X22010120

3. Гулк Е.И., Замяткина Е.Б., Биркемайер К., Тараховская Е.Р. Биохимический состав клеток Euglena gracilis при миксотрофном росте в присутствии различных органических субстратов // Физиология растений. 2023. Т. 70, № 2. С. 214–224. DOI: 10.31857/S0015330322600462

4. Гулк Е.И., Замяткина Е.Б., Лемешева В.С., Тараховская Е.Р. Влияние экзогенных органических субстратов на метаболизм Euglena gracilis // Гены и клетки. 2020. Т. 15, № S3. С. 186.

5. Курашова С.С., Дзагурова Т.К., Ишмухаметов А.А., Егорова М.С., Баловнева М.В., Соцкова С.Е., Ткаченко Е.А. Адъюванты на основе углеводов для производства вакцин // Биопрепараты. Профилактика, диагностика, лечение. 2018. Т. 18, № 2 (66). С. 81–91. DOI: 10.30895/2221-996X-2018-18-2-81-91

6. Митишев А.В., Водопьянова О.А., Курдюков Е.Е., Семенова Е.Ф., Феднина А.С. Современное состояние исследований в области фармакологии микроводорослей (обзор) // Биофармацевтический журнал. 2023. Т. 15, № 2. С. 3–15. DOI: 10.30906/2073-8099-2023-15-2-3-15

7. Олескин А.В., Цао Боян. Микроводоросли как объекты биомедицинских технологий: пробиотики, пребиотики, метабиотики // Прикладная биохимия и микробиология. 2022. Т. 58, № 6. С. 635–648. DOI: 10.31857/S0555109922060125

8. Тараховская Е.Р., Маслов Ю.И. Влияние фитогормонов и трофических факторов на некоторые характеристики фотосинтетического аппарата Fucus vesiculosus и Euglena gracilis // Вестник Санкт-Петербургского университета. Серия 3. Биология. 2005. № 3. С. 121–128.

9. Aoe S., Kawano T., Naito J., Nishida N., Takahashi M. Effects of paramylon-rich Euglena gracilis EOD-1 powder on visceral fat obesity in moderately obese Japanese adults: a randomized, double-blind, placebo-controlled, parallel-group trial // Food Science & Nutrition. 2022. Vol. 11, N 2. P. 953–962. DOI: 10.1002/fsn3.3130

10. Bakku R.K., Yamamoto Y., Inaba Y., Hiranuma T., Gianino E., Amarianto L., Mahrous W., Suzuki H., Suzuki K. New insights into raceway cultivation of Euglena gracilis under long-term semi-continuous nitrogen starvation // Scientific Reports. 2023. Vol. 13. Art. 7123. DOI: 10.1038/s41598-023-34164-1

11. Barsanti L., Gualtieri P. Paramylon, a potent immunomodulator from WZSL mutant of Euglena gracilis // Molecules. 2019. Vol. 24, N 17. Art. 3114. DOI: 10.3390/molecules24173114

12. Barsanti L., Vismara R., Passarelli V., Gualtieri P. Paramylon (β-1,3-glucan) content in wild type and WZSL mutant of Euglena gracilis. Effects of growth conditions // Journal of Applied Phycology. 2001. Vol. 13, N 1. P. 59–65. DOI: 10.1023/A:1008105416065

13. Bhattad T., Koradiya A., Prakash G. Prebiotic activity of paramylon isolated from heterotrophically grown Euglena gracilis // Heliyon. 2021. Vol. 7, N 9. Art. e07884. DOI: 10.1016/j.heliyon.2021.e07884

14. Chen Z., Zhu J., Du J., Chen H., Xie X., Wang Y. A chromosome-level genome assembly for the paramylon-producing microalga Euglena gracilis // Scientific Data. 2024. Vol. 11. Art. 780. DOI: 10.1038/s41597-024-03404-y

15. Commission Implementing Regulation (EU) 2020/1820 of 2 December 2020 authorising the placing on the market of dried Euglena gracilis as a novel food under Regulation (EU) 2015/2283 and amending Commission Implementing Regulation (EU) 2017/2470 // Official Journal of the European Union. 2020. L 406. P. 29–33.

16. de Souza Theodoro S., Gonçalves Tozato M.E., Warde Luis L., Goloni C., Bassi Scarpim L., Bortolo M., Carciofi A.C. β-Glucans from Euglena gracilis or Saccharomyces cerevisiae effects on immunity and inflammatory parameters in dogs // PLOS ONE. 2024. Vol. 19, N 6. Art. e0304833. DOI: 10.1371/journal.pone.0304833

17. Ebenezer T.E., Zoltner M., Burrell A., Nenarokova A., Novak Vanclova A.M.G., Prasad B. и др. Transcriptome, proteome and draft genome of Euglena gracilis // BMC Biology. 2019. Vol. 17. Art. 11. DOI: 10.1186/s12915-019-0626-8

18. EFSA Panel on Nutrition, Novel Foods and Food Allergens; Turck D., Castenmiller J., De Henauw S., Hirsch-Ernst K.I. и др. Safety of dried whole cell Euglena gracilis as a novel food pursuant to Regulation (EU) 2015/2283 // EFSA Journal. 2020. Vol. 18, N 5. Art. e06100. DOI: 10.2903/j.efsa.2020.6100

19. Evans M., Falcone P.H., Crowley D.C., Sulley A.M., Campbell M., Zakaria N., Lasrado J.A., Fritz E.P., Herrlinger K.A. Effect of a Euglena gracilis fermentate on immune function in healthy, active adults: a randomized, double-blind, placebo-controlled trial // Nutrients. 2019. Vol. 11, N 12. Art. 2926. DOI: 10.3390/nu11122926.

20. Feuzing F., Mbakidi J.P., Marchal L., Bouquillon S., Leroy E. A review of paramylon processing routes from microalga biomass to non-derivatized and chemically modified products // Carbohydrate Polymers. 2022. Vol. 288. Art. 119181. DOI: 10.1016/j.carbpol.2022.119181.

21. Gantner B.N., Simmons R.M., Canavera S.J., Akira S., Underhill D.M. Collaborative induction of inflammatory responses by Dectin-1 and Toll-like receptor 2 // Journal of Experimental Medicine. 2003. Vol. 197, N 9. P. 1107–1117. DOI: 10.1084/jem.20021787

22. Gao X., Jiang Y., Wang Y., Zhang J., Li H. The characterization and functional properties of Euglena gracilis paramylon treated with different methods // International Journal of Analytical Chemistry. 2022. Vol. 2022. Art. 7811014. DOI: 10.1155/2022/7811014

23. Gissibl A., Care A., Parker L.M., Iqbal S., Hobba G., Nevalainen H., Sunna A. Microwave pretreatment of paramylon enhances the enzymatic production of soluble β-1,3-glucans with immunostimulatory activity // Carbohydrate Polymers. 2018. Vol. 196. P. 339–347. DOI: 10.1016/j.carbpol.2018.05.038

24. Gissibl A., Sun A., Care A., Nevalainen H., Sunna A. Bioproducts from Euglena gracilis: synthesis and applications // Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. 2019. Vol. 7. Art. 108. DOI: 10.3389/fbioe.2019.00108.

25. Goodridge H.S., Reyes C.N., Becker C.A., Katsumoto T.R., Ma J., Wolf A.J. и др. Activation of the innate immune receptor Dectin-1 upon formation of a phagocytic synapse // Nature. 2011. Vol. 472, N 7344. P. 471–475. DOI: 10.1038/nature10071.

26. Guo B., Zhang W., Zou J., Sun L., Dong N., Liu B. β-1,3-Glucans from Euglena gracilis protect against ulcerative colitis via modulating the gut barrier, T-cell immunity and gut microbiota // International Journal of Biological Macromolecules. 2025. Vol. 305, Pt 2. Art. 141288. DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2025.141288.

27. Guo Q., Bi D., Wu M., Yu B., Hu L., Liu C. и др. Immune activation of murine RAW264.7 macrophages by sonicated and alkalized paramylon from Euglena gracilis // BMC Microbiology. 2020. Vol. 20. Art. 171. DOI: 10.1186/s12866-020-01782-y

28. Han B., Baruah K., Cox E., Vanrompay D., Bossier P. Structure-functional activity relationship of β-glucans from the perspective of immunomodulation: a mini-review // Frontiers in Immunology. 2020. Vol. 11. Art. 658. DOI: 10.3389/fimmu.2020.00658

29. Higashimura Y., Isobe M., Miura K., Desaka N., Nishikawa H., Nishida N., Naito J., Kawano T., Miyada T., Naito Y. Paramylon isolated from Euglena gracilis EOD-1 extends lifespan through activation of DAF-16-mediated antioxidant pathway via clec-196 in Caenorhabditis elegans // Scientific Reports. 2025. Vol. 15. DOI: 10.1038/s41598-025-26199-3

30. Iida M., Desamero M.J., Yasuda K., Nakashima A., Suzuki K., Chambers J.K., Uchida K., Ogawa R., Hachimura S., Nakayama J., Kyuwa S., Miura K., Kakuta S., Hirayama K. Effects of orally administered Euglena gracilis and its reserve polysaccharide, paramylon, on gastric dysplasia in A4gnt knockout mice // Scientific Reports. 2021. Vol. 11, N 1. Art. 13640. DOI: 10.1038/s41598-021-92013-5.

31. Ishibashi K., Nishioka M., Onaka N., Takahashi M., Yamanaka D., Adachi Y., Ohno N. Effects of Euglena gracilis EOD-1 ingestion on salivary IgA reactivity and health-related quality of life in humans // Nutrients. 2019. Vol. 11, N 5. Art. 1144. DOI: 10.3390/nu11051144

32. Ishibashi K., Nishioka M., Onaka N., Yamanaka D., Adachi Y., Ohno N. Dectin-1 reactivity to paramylon derived from Euglena gracilis EOD-1 // Biological and Pharmaceutical Bulletin. 2022. Vol. 45, N 9. P. 1394–1397. DOI: 10.1248/bpb.b22-00247

33. Ivušić F., Rezić T., Šantek B. Heterotrophic cultivation of Euglena gracilis in stirred tank bioreactor: a promising bioprocess for sustainable paramylon production // Molecules. 2022. Vol. 27, N 18. Art. 5866. DOI: 10.3390/molecules27185866.

34. Kankkunen P., Teirilä L., Rintahaka J., Alenius H., Wolff H., Matikainen S. (1,3)-β-Glucans activate both Dectin-1 and NLRP3 inflammasome in human macrophages // Journal of Immunology. 2010. Vol. 184, N 11. P. 6335–6342. DOI: 10.4049/jimmunol.0903019

35. Kawano T., Miura A., Naito J., Nishida N., Ishibashi K., Adachi Y., Ohno N., Naito Y. High-parameter immune profiling and subjective health assessment of the immunomodulatory effects of paramylon-rich Euglena gracilis EOD-1: a randomized, double-blind, placebo-controlled, parallel-group study // Journal of Functional Foods. 2023. Vol. 108. Art. 105830. DOI: 10.1016/j.jff.2023.105830

36. Kawano T., Naito J., Nishioka M., Nishida N., Takahashi M., Kashiwagi S., Sugino T., Watanabe Y. Effect of food containing paramylon derived from Euglena gracilis EOD-1 on fatigue in healthy adults: a randomized, double-blind, placebo-controlled, parallel-group trial // Nutrients. 2020. Vol. 12, N 10. Art. 3098. DOI: 10.3390/nu12103098

37. Kim J.Y., Oh J.J., Kim D.H., Park J., Kim H.S., Choi Y.E. Rapid and accurate quantification of paramylon produced from Euglena gracilis using an ssDNA aptamer // Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2020. Vol. 68, N 1. P. 402–408. DOI: 10.1021/acs.jafc.9b04588.

38. Kim S., Kim J., Kim Y., Lee T. Enhancement of growth and paramylon production of Euglena gracilis by upcycling of spent tomato byproduct as an alternative medium // Applied Sciences. 2021. Vol. 11, N 17. Art. 8182. DOI: 10.3390/app11178182

39. Kim S., Lee D., Lim D., Lim S., Park S., Kang C., Yu J., Lee T. Paramylon production from heterotrophic cultivation of Euglena gracilis in two different industrial byproducts: corn steep liquor and brewer's spent grain // Algal Research. 2020. Vol. 47. Art. 101826. DOI: 10.1016/j.algal.2020.101826

40. Koizumi N., Sakagami H., Utsumi A., Fujinaga S., Takeda M., Asano K. и др. Anti-HIV (human immunodeficiency virus) activity of sulfated paramylon // Antiviral Research. 1993. Vol. 21, N 1. P. 1–14. DOI: 10.1016/0166-3542(93)90063-o

41. Lee H.H., Seong J.Y., Kang H., Cho H. Euglena gracilis enhances innate and adaptive immunity through specific expression of Dectin-1 in CP-induced immunosuppressed mice // Nutrients. 2024. Vol. 16, N 18. Art. 3158. DOI: 10.3390/nu16183158

42. Li H., Wang K., Tan M., Zhu B., Wang H. Carboxymethylation of paramylon derived from Euglena gracilis and its hypoglycemic mechanism in diabetic mice // International Journal of Biological Macromolecules. 2024. Vol. 278, Pt 4. Art. 134891. DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2024.134891.

43. Monfils A.K., Triemer R.E., Bellairs E.F. Characterization of paramylon morphological diversity in photosynthetic euglenoids (Euglenales, Euglenophyta) // Phycologia. 2011. Vol. 50, N 2. P. 156–169. DOI: 10.2216/09-112.1

44. Nagayama Y., Isoo N., Nakashima A., Suzuki K., Yamano M., Nariyama T., Yagame M., Matsui K. Renoprotective effects of paramylon, a β-1,3-D-glucan isolated from Euglena gracilis Z, in a rodent model of chronic kidney disease // PLOS ONE. 2020. Vol. 15, N 8. Art. e0237086. DOI: 10.1371/journal.pone.0237086.

45. Nakashima A., Sasaki K., Sasaki D., Yasuda K., Suzuki K., Kondo A. The alga Euglena gracilis stimulates Faecalibacterium in the gut and contributes to increased defecation // Scientific Reports. 2021. Vol. 11. Art. 1074. DOI: 10.1038/s41598-020-80306-0

46. Nakashima A., Sugimoto R., Suzuki K., Shirakata Y., Hashiguchi T., Yoshida C., Nakano Y. Anti-fibrotic activity of Euglena gracilis and paramylon in a mouse model of non-alcoholic steatohepatitis // Food Science & Nutrition. 2019. Vol. 7, N 1. P. 139–147. DOI: 10.1002/fsn3.828

47. Nakashima A., Suzuki K., Asayama Y., Konno M., Saito K., Yamazaki N., Takimoto H. Oral administration of Euglena gracilis Z and its carbohydrate storage substance provides survival protection against influenza virus infection in mice // Biochemical and Biophysical Research Communications. 2017. Vol. 494, N 1–2. P. 379–383. DOI: 10.1016/j.bbrc.2017.09.167

48. Nakashima A., Suzuki K., Nagata M., Takara T. Euglena gracilis suppresses cold symptoms in healthy individuals: a double-blind, randomized, placebo-controlled trial // Food Science & Nutrition. 2025. DOI: 10.1002/fsn3.70935

49. Park S.Y., Kim K.J., Jo S.M., Jeon J.Y., Kim B.R., Hwang J.E., Kim J.Y. Euglena gracilis (Euglena) powder supplementation enhanced immune function through natural killer cell activity in apparently healthy participants: a randomized, double-blind, placebo-controlled trial // Nutrition Research. 2023. Vol. 119. P. 90–97. DOI: 10.1016/j.nutres.2023.09.005

50. Russo R., Barsanti L., Evangelista V., Frassanito A.M., Longo V., Pucci L., Penno G., Gualtieri P. Euglena gracilis paramylon activates human lymphocytes by upregulating pro-inflammatory factors // Food Science & Nutrition. 2017. Vol. 5, N 2. P. 205–214. DOI: 10.1002/fsn3.383

51. Sugiyama A., Hata S., Suzuki K., Yoshida E., Nakano R., Mitra S., Arashida R., Asayama Y., Yabuta Y., Takeuchi T. Oral administration of paramylon, a β-1,3-D-glucan isolated from Euglena gracilis Z, inhibits development of atopic dermatitis-like skin lesions in NC/Nga mice // Journal of Veterinary Medical Science. 2010. Vol. 72, N 6. P. 755–763. DOI: 10.1292/jvms.09-0526.

52. Tanaka Y., Ogawa T., Maruta T., Yoshida Y., Arakawa K., Ishikawa T. Glucan synthase-like 2 is indispensable for paramylon synthesis in Euglena gracilis // FEBS Letters. 2017. Vol. 591, N 10. P. 1360–1370. DOI: 10.1002/1873-3468.12659

53. Wang Q., Alam M.A., Wang J., Zhao A., Xiong W., Zhang S., Lv Y., Chen J., Xu J. An innovative method for the extraction of paramylon (β-1,3-glucan) from Euglena gracilis using alkaline deep eutectic solvent and functional property analysis // Biomass Conversion and Biorefinery. 2025. Vol. 15, N 8. P. 12739–12752. DOI: 10.1007/s13399-024-06390-8

54. Wang Y., Seppänen-Laakso T., Rischer H., Wiebe M.G. Euglena gracilis growth and cell composition under different temperature, light and trophic conditions // PLOS ONE. 2018. Vol. 13, N 4. Art. e0195329. DOI: 10.1371/journal.pone.0195329

55. Watanabe T., Shimada R., Matsuyama A., Yuasa M., Sawamura H., Yoshida E. и др. Antitumor activity of the beta-glucan paramylon from Euglena against preneoplastic colonic aberrant crypt foci in mice // Food & Function. 2013. Vol. 4, N 11. P. 1685–1690. DOI: 10.1039/c3fo60256g.

56. Wu J., Yu X., Wei L., Yuan X., Li D., Liang B., Li C., Chen Z., Lu Y. Paramylon biorefinery from Euglena gracilis via recyclable aqueous two-phase system: a sustainable platform for high-content β-1,3-glucan production // Carbohydrate Polymers. 2025. Vol. 370. Art. 124365. DOI: 10.1016/j.carbpol.2025.124365.

57. Wu M., Qin H., Deng J., Liu Y., Lei A., Zhu H., Hu Z., Wang J. A new pilot-scale fermentation mode enhances Euglena gracilis biomass and paramylon (β-1,3-glucan) production // Journal of Cleaner Production. 2021. Vol. 321. Art. 128996. DOI: 10.1016/j.jclepro.2021.128996