Muhammad Ansar Farooq and, Karl-Josef Dietz
Department of Biochemistry and Physiology of Plants, Faculty of Biology, University of Bielefeld, Bielefeld, Germany
Efectele benefice ale siliciului asupra fiziologiei celulare și asupra proceselor de adaptare la stres sunt bine documentate. Este probabil ca mai multe mecanisme independente să contribuie la aceste efecte pozitive:
(i) La concentrații ridicate, siliciul modifică proprietățile fizico-chimice ale mediului, influențând solubilitatea, legarea și sechestrarea altor elemente, atât în afara organismului vegetal, cât și în interiorul acestuia. Exemple ale acestui tip de efect au fost prezentate anterior. Provocarea actuală constă în transferul și predicția unor procese similare în mediul celular al organismelor animale și umane. Analize mai detaliate ale compartimentării subcelulare, combinate cu modele de speciație chimică, ar putea contribui la o mai bună înțelegere a acestor fenomene.
(ii) Siliciul poate interacționa direct cu proteine, precum proteine efectoare sau receptori, ori poate concura cu alte procese de legare care au loc în interiorul celulei sau la suprafața acesteia. O dovadă de principiu provine din peptide sintetice de tip 12-mer, selectate prin tehnologia phage display, care s-au legat eficient de suprafețe de siliciu (Estephan și colab., 2011). De asemenea, existența transportorilor specifici de siliciu demonstrează faptul că organismul poate recunoaște și transporta selectiv formele solubile de siliciu (Ma și colab., 2006, 2007b; Yamaji și colab., 2008). Prin urmare, autorii consideră oportună inițierea unor programe de cercetare în domeniul „metallomicii siliciului”, pentru identificarea entităților biologice cu afinitate ridicată pentru siliciu și pentru elucidarea rolului acestora.
(iii) Siliciul poate influența procesele celulare și indirect, prin simpla sa prezență în concentrații ridicate, chiar dacă afinitatea sa pentru anumite ținte biologice este redusă. Astfel de efecte sunt dificil de identificat prin metode proteomice clasice, orientate spre detectarea partenerilor de legare. În schimb, tehnologiile moderne de tip „omics”, precum profilarea expresiei ARN, ar putea furniza dovezi indirecte privind procesele implicate.
Autorii propun un nou tip de experiment: plante aflate sub stres să fie suplimentate cu siliciu, iar procesele de recuperare celulară și tisulară să fie monitorizate cu rezoluție temporală ridicată. Analiza succesiunii acestor răspunsuri ar putea oferi informații valoroase despre mecanismele implicate.
În cazul orezului, adăugarea siliciului la plante stresate de cadmiu a determinat recuperarea completă a acestora și a permis distingerea proceselor rapide de cele lente, demonstrând potențialul experimentelor bazate pe cinetica recuperării.
Autorii consideră că aceleași strategii experimentale ar trebui aplicate și liniilor celulare animale, precum și sistemelor experimentale cu vertebrate, pentru a îmbunătăți înțelegerea mecanismelor de semnalizare și reglare dependente de siliciu.
În plus, dovezile tot mai numeroase privind importanța siliciului alimentar pentru sănătatea umană, provenit în principal din alimente de origine vegetală, sugerează oportunitatea lansării unui nou concept: biofortificarea cu siliciu a culturilor agricole.
Deși siliciul este unul dintre cele mai abundente elemente de pe Pământ, silicații minerali nu furnizează în mod direct siliciu biodisponibil pentru alimentația umană. Mai mult, silicea fitolitică prezentă în plante este adesea asociată cu polizaharidele și alte componente ale peretelui celular și este absorbită doar în proporție de 1–20%, în funcție de sursa alimentară (Martin, 2007).
Concentrații ridicate de siliciu se regăsesc în cerealele integrale și în tărâțele de grâu, ovăz, orez și orz (Jugdaohsingh, 2007).
Pentru creșterea conținutului de siliciu în părțile comestibile ale plantelor, autorii propun două direcții strategice:
(i) Creșterea biodisponibilității siliciului, prin reducerea factorilor antinutriționali și favorizarea expresiei factorilor care îmbunătățesc absorbția și utilizarea acestuia. În ultimii ani au fost publicate numeroase studii privind îmbogățirea plantelor cu micronutrienți utilizând sisteme de cultură fără sol (hidroponice), ca instrument de biofortificare.
(ii) Îmbunătățirea valorii nutritive a alimentelor vegetale prin utilizarea tehnicilor moderne de ameliorare moleculară, cu scopul modificării conținutului de siliciu din părțile comestibile ale plantelor.
Totuși, autorii avertizează că simpla creștere a acumulării de siliciu nu trebuie privită izolat. Transportorii de siliciu facilitează și transportul arsenitului (As³⁺), o formă toxică a arsenicului (Moore și colab., 2011).
Din acest motiv, acumularea crescută de arsenic nu reprezintă o caracteristică dorită pentru alimentele destinate consumului uman sau animal. Tocmai de aceea, reducerea expresiei anumitor transportori de siliciu (Lsi) este investigată ca strategie pentru diminuarea acumulării de arsenic în orez (Moore și colab., 2011).
Acest exemplu ilustrează echilibrul delicat al homeostaziei nutritive: îmbogățirea plantelor cu siliciu trebuie realizată fără a favoriza simultan acumularea unor elemente toxice. Orice intervenție asupra unui singur component al sistemului trebuie evaluată și din perspectiva efectelor secundare care pot apărea în alte condiții de mediu.
