วิถีประวัติศาสตร์ที่กว้างขวางของโคลีนคลอไรด์

จากสารสกัดน้ำดีสู่วัตถุดิบหลักทางอุตสาหกรรมชีวภาพ: วิถีประวัติศาสตร์ที่กว้างขวางของโคลีนคลอไรด์

ประวัติความเป็นมาของ โคลีนคลอไรด์ ไม่ใช่แค่ชีวประวัติของสารประกอบเคมีชนิดเดียวเท่านั้น, แต่น่าสนใจ, การเล่าเรื่องหลายศตวรรษที่ติดตามการบรรจบกันของเคมีอินทรีย์, วิทยาศาสตร์โภชนาการ, สรีรวิทยา, และ, ในที่สุด, ความจำเป็นในการเพิ่มประสิทธิภาพอย่างไม่หยุดยั้งของการเกษตรอุตสาหกรรมทั่วโลก. สารนี้, ตอนนี้ได้รับการยอมรับว่าเป็นคนสำคัญ, สารอาหารที่จำเป็นตามเงื่อนไขซึ่งขาดไม่ได้สำหรับความสมบูรณ์ของเซลล์และการทำงานของซินแนปติก, เริ่มต้นการเดินทางในฐานะสารสกัดอัลคาลอยด์ที่คลุมเครือ, ความสำคัญทางชีวภาพของมันไม่ทราบแน่ชัด, เพียงเพื่อพัฒนาให้เป็นหนึ่งในสารเติมแต่งอาหารสัตว์ที่ผลิตและจัดจำหน่ายอย่างกว้างขวางที่สุดในโลกสมัยใหม่. วิถีโคลีนถูกทำเครื่องหมายไว้อย่างชัดเจน, ขั้นตอนการเปลี่ยนกระบวนทัศน์ของการค้นพบ, โดยที่การระบุเบื้องต้นว่าเป็นความอยากรู้อยากเห็นทางเคมีถูกแทนที่ด้วยการเปิดเผยว่าเป็นผู้พิทักษ์โครงสร้างของตับ, จากนั้นจึงยกระดับไปสู่สถานะของสารตั้งต้นทางเคมีประสาทพื้นฐาน, และกลายเป็นรากฐานสำคัญของการผลิตปศุสัตว์และการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำที่มีประสิทธิภาพในที่สุด. การติดตามวิวัฒนาการนี้จำเป็นต้องมีการไหลอย่างต่อเนื่องผ่านเหตุการณ์สำคัญทางวิทยาศาสตร์ที่กำหนดหน้าที่ของมัน และกระตุ้นการใช้งานทางอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ในที่สุดในรูปแบบที่มั่นคงและแพร่หลายที่สุด: โคลีนคลอไรด์.

1. Incunabula แห่งการค้นพบ: การแยกและคำจำกัดความทางเคมี (1849–1900)

ช่วงเวลาแรกในประวัติศาสตร์ของโคลีนนั้นมอบให้กับนักเคมีชาวเยอรมัน Adolph Strecker ใน 1849. ทำงานที่ กีสเซิน, Strecker มีส่วนร่วมในงานที่ท้าทายในการวิเคราะห์ความซับซ้อน, ไขมันกึ่งหนืดที่ได้มาจากน้ำดีหมู (เพราะฉะนั้น, การเชื่อมโยงครั้งแรกกับคำภาษากรีกที่แปลว่าน้ำดี, $\ไคโอ แลมบ์ดา เฉียบพลัน{\และ}$ – chole). จากเมทริกซ์ทางชีววิทยาที่ซับซ้อนนี้เองที่ Strecker สามารถแยกสารที่มีพื้นฐานได้สำเร็จ, คุณสมบัติที่ประกอบด้วยไนโตรเจน - อัลคาลอยด์ - ซึ่งเขามีลักษณะเฉพาะในตอนแรก, แม้ว่าโครงสร้างทางเคมีที่แม่นยำของมันยังคงเข้าใจยากก็ตาม. การค้นพบนี้มีความเชื่อมโยงกับสาขาวิชาชีวเคมีไขมันที่เพิ่งตั้งขึ้นใหม่, ซึ่งค่อยๆ เริ่มต่อสู้กับความซับซ้อนเชิงโครงสร้างของโมเลกุลชีวภาพที่ได้มาจากสัตว์.

เอกลักษณ์และโครงสร้างทางเคมีที่แท้จริงของสารประกอบไม่ได้ตกผลึกอย่างสมบูรณ์จนกระทั่งต่อมาในศตวรรษที่ 19, ที่โดดเด่นที่สุดจากผลงานของฟรีดริช วิลเลียด ปาเวเซ และออสการ์ ลีเบรช. ลีเบรช, ใน 1862, แยกสารที่คล้ายกันออกจากผลิตภัณฑ์จากการสลายตัวของเลซิติน ซึ่งเป็นส่วนประกอบหลักของฟอสโฟไลปิดของไข่แดงและเนื้อเยื่อสมอง ซึ่งเขาเรียกว่านิวรีน. อย่างไรก็ตาม, ความสับสนเกิดขึ้นในช่วงแรกนี้, เนื่องจากการแปรผันเล็กน้อยในวิธีการแยกเดี่ยวทำให้เกิดชื่อที่แตกต่างกันสำหรับสารประกอบที่เหมือนกันหรือเกี่ยวข้องกันอย่างใกล้ชิด. ในที่สุดโคลีนถูกกำหนดทางเคมีว่าเป็นไอออนบวกอินทรีย์ที่อยู่ในเกลือแอมโมเนียมควอเทอร์นารี, โดยเฉพาะ $(2-\ข้อความ{hydroxyethyl})\ข้อความ{ไตรเมทิลแอมโมเนียม}$, โครงสร้างที่เผยให้เห็นถึงความสำคัญขั้นพื้นฐานทันทีในฐานะที่มีการแบ่งขั้วอย่างมาก, โมเลกุลที่ละลายน้ำได้สามารถโต้ตอบกับทั้งหัวที่ชอบน้ำของฟอสโฟลิปิดและสภาพแวดล้อมทางน้ำที่มีการควบคุมอย่างเข้มงวดของระบบชีวภาพ. การยืนยันว่าสารประกอบที่แยกได้จากน้ำดีและสารประกอบที่ได้จากการสลายไขมัน (เลซิติน/พีซี) มีความเหมือนกันทางเคมีหรือเปลี่ยนกันได้เป็นขั้นตอนสำคัญ, สร้างสมมติฐานเงียบข้อแรก: ว่าสารประกอบนี้มีส่วนเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับโครงสร้างหรือการเผาผลาญไขมันและเนื้อเยื่อเส้นประสาท, เป็นเวทีสำหรับการค้นพบทางชีววิทยาอันน่าทึ่งที่จะตามมาในศตวรรษต่อๆ ไป. ช่วงนี้เป็นช่วงของการตั้งชื่อทางเคมีและการวิเคราะห์โครงสร้างพื้นฐาน, สิ่งที่ถูกกำหนดไว้อยู่ที่ไหน, นานมาแล้วว่าทำไมจึงเข้าใจได้.

2. การเกิดขึ้นของความจำเป็นทางสรีรวิทยา: การเปิดเผยของ Lipotropic (1900–1935)

การเปลี่ยนแปลงของโคลีนจากความอยากรู้อยากเห็นในห้องปฏิบัติการไปสู่ความจำเป็นทางชีวภาพที่เกิดขึ้นในช่วงสามแรกของศตวรรษที่ยี่สิบ, ขับเคลื่อนโดยการทดลองทางโภชนาการแบบบุกเบิกที่เน้นการทำงานของตับและการเผาผลาญ. งานขั้นสุดท้ายที่ประสานสถานะของโคลีนในด้านวิทยาศาสตร์โภชนาการโดยพื้นฐานได้ดำเนินการในช่วงต้นทศวรรษ 1930 โดย Charles H. เบสต์และเพื่อนร่วมงานของเขาที่มหาวิทยาลัยโตรอนโต, ที่โดดเด่นที่สุดคือ E. ว. แมคเฮนรี่และเจ. ม. เฮอร์ชีย์.

การวิจัยของพวกเขามุ่งเน้นไปที่การสังเกตที่ขัดแย้งกันของโรคตับไขมัน (โรคตับ) ในสัตว์ทดลอง (สุนัขและหนู) เก็บรักษาไว้ในอาหารที่ถือว่าครบถ้วนแล้ว, แต่ขาดปัจจัยบางประการซึ่งมักเกี่ยวข้องกับสารสกัดจากตับดิบ. เบสท์และทีมงานของเขาแยกและทดสอบส่วนประกอบต่างๆ อย่างพิถีพิถัน, ระบุได้ในที่สุดว่ารวมสารสกัดที่อุดมไปด้วยโคลีน (หรือเลซิติน) ป้องกันหรือฟื้นฟูการสะสมของไขมันผิดปกติได้อย่างสมบูรณ์ (ไตรกลีเซอไรด์) ภายในเนื้อเยื่อตับ. นี่คือการค้นพบครั้งสำคัญของผลกระทบของไลโปโทรปิก ซึ่งเป็นการกระทำทางสรีรวิทยาในการส่งเสริมการเคลื่อนย้ายและการขนส่งไขมันจากตับ. การค้นพบครั้งนี้ถือเป็นครั้งแรก, เหตุผลทางสรีรวิทยาที่แข็งแกร่งสำหรับการจำแนกโคลีนเป็นสารอาหารที่สำคัญ, เผยบทบาทที่ขาดไม่ได้ในไลโปโปรตีนชนิดความหนาแน่นต่ำมาก (VLDL) เส้นทางการสังเคราะห์, โดยที่ต้องใช้ฟอสฟาติดิลโคลีนเพื่อห่อหุ้มและส่งออกไตรกลีเซอไรด์จากเซลล์ตับ. หากไม่มีโคลีนเพียงพอ, แผงขายเครื่องจักรของตับ, นำไปสู่การสะสมไขมันทางพยาธิวิทยา. งานนี้เปลี่ยนโคลีนจากส่วนประกอบทางเคมีของเลซิตินให้เป็นที่ยอมรับ, ปัจจัยทางโภชนาการที่ขาดไม่ได้, การก้าวกระโดดทางแนวคิดที่วางตำแหน่งวิตามินนี้ควบคู่ไปกับวิตามินที่เพิ่งค้นพบ, เสริมสร้างบทบาทในอนาคตในการเสริมอาหารเพื่อสุขภาพของมนุษย์และการผลิตสัตว์, นับเป็นช่วงเวลาที่ความจำเป็นทางชีวภาพของโมเลกุลไม่อาจปฏิเสธได้.

3. การเปลี่ยนกระบวนทัศน์เคมีประสาท: โคลีนเป็นสารตั้งต้นของ Synaptic (1935–1955)

เช่นเดียวกับบทบาททางโภชนาการของโคลีนที่ถูกทำให้เป็นทางการ, การปฏิวัติทางวิทยาศาสตร์ที่เป็นอิสระเกิดขึ้นพร้อมกันในสรีรวิทยาประสาท, ซึ่งจะทำให้โมเลกุลมีความสำคัญลึกซึ้งและซับซ้อนมากยิ่งขึ้น: บทบาทเป็นสารตั้งต้นสำคัญของ Acetylcholine ($\ข้อความ{อช}$), สารสื่อประสาทปฐมภูมิของระบบประสาทพาราซิมพาเทติก และโมเลกุลสำคัญในการเรียนรู้และความจำในระบบประสาทส่วนกลาง.

รากฐานสำหรับการปฏิวัติครั้งนี้ถูกวางโดย Otto Loewi และ Sir Henry Dale ซึ่งเป็นผลงานที่พวกเขาได้รับรางวัลโนเบลในปี 1936 ในการทดลองที่กำหนดซึ่งพิสูจน์การมีอยู่ของสารสื่อประสาททางเคมี. พวกเขาระบุ $text{อช}$ เป็นตัวกลางทางเคมีที่ปล่อยออกมาจากเส้นประสาทที่ทำให้อัตราการเต้นของหัวใจช้าลง. ตามนี้ครับ, โฟกัสเปลี่ยนไปที่เมแทบอลิซึมของ $text{อช}$. ในไม่ช้ามันก็ได้รับการยืนยันว่า $text{อช}$ ถูกสังเคราะห์ขึ้นภายในขั้วประสาทโดยการทำงานของเอนไซม์ของ Choline Acetyltransferase ($\ข้อความ{แชท}$), ซึ่งใช้โคลีนและ Acetyl-CoA เป็นสารตั้งต้น. ตระหนักรู้อย่างลึกซึ้งว่าการจัดหาโคลีน, สาร lipotropic เดียวกับที่ Best เคยศึกษามาก่อน, เป็นปัจจัยจำกัดอัตราสำหรับการสังเคราะห์โมเลกุลที่สำคัญที่สุดที่ควบคุมการส่งสัญญาณซินแนปติก, การหดตัวของกล้ามเนื้อ, และการศึกษาที่ตามมาทั้งหมดเข้าสู่ความทรงจำ (ฟังก์ชันฮิปโปแคมปัส) และความสนใจ.

บูรณาการประสาทเคมีนี้ยกระดับสถานะของโคลีนอย่างมาก. มันไม่ได้เป็นเพียงปัจจัยในการปกป้องตับอีกต่อไป; มันเป็นรากฐานของความรู้ความเข้าใจนั่นเอง. ความจริงที่ว่าการสังเคราะห์ $text{อช}$ อาจได้รับอิทธิพลโดยตรงจากความพร้อมของโคลีนจากภายนอก หมายความว่าการบริโภคอาหารถือเป็นโดยตรง, การเชื่อมโยงที่สามารถพิสูจน์ได้กับการทำงานของระบบประสาทและประสิทธิภาพการส่งสัญญาณ. สิ่งนี้ยืนยันลักษณะสองประการของโคลีน: ยูทิลิตี้การเผาผลาญหลักในการจัดการไขมัน, และเป็นรอง, แต่สำคัญอย่างยิ่ง, บทบาทในการขับเคลื่อนเครื่องจักรซินแนปติก. ช่วงเวลานี้เป็นช่วงเวลาสำคัญ, เป็นรากฐานทางวิทยาศาสตร์สำหรับการวิจัยที่ตามมาทั้งหมดเกี่ยวกับการใช้โคลีนทางคลินิกและทางโภชนาการเพื่อการเสริมสร้างความรู้ความเข้าใจและสุขภาพทางระบบประสาท, พิสูจน์ว่าปัจจัยการบริโภคอาหารธรรมดามีการเข้าถึงโดยตรงและมีอิทธิพลเหนือความเร็วและความเที่ยงตรงของการสื่อสารของเส้นประสาท.

4. ยุคอุตสาหกรรมของโคลีนคลอไรด์: สังเคราะห์, ความมั่นคง, และการรับเลี้ยงบุตรบุญธรรม (1955–1985)

การบรรจบกันของความจำเป็นทางโภชนาการที่กำหนดไว้ (ปัจจัย lipotropic) และบทบาททางเคมีประสาทที่ได้รับการยืนยัน (สารตั้งต้นของ ACH) สร้างความต้องการทางอุตสาหกรรมจำนวนมากเพื่อความมั่นคง, คุ้มค่า, และโคลีนรูปแบบเข้มข้นสูง. การเปลี่ยนจากกระบวนการสกัดที่มีราคาแพง (จากเลซิตินหรือน้ำดี) การสังเคราะห์สารเคมีในวงกว้างถือเป็นจุดเริ่มต้นที่แท้จริงของการ โคลีนคลอไรด์ ยุค.

โคลีนเป็นสารดูดความชื้นอย่างยิ่ง, สารประกอบที่ไม่เสถียรในรูปเบสบริสุทธิ์. อย่างไรก็ตาม, เกลือของมัน, โคลีนคลอไรด์, มีเสถียรภาพ, ไม่ระเหย, ผงผลึกที่สามารถผลิตได้อย่างน่าเชื่อถือ, จัดการ, และที่สำคัญที่สุดสำหรับอุตสาหกรรมอาหารสัตว์ สามารถรวมเข้ากับพรีมิกซ์วิตามินและแร่ธาตุได้อย่างง่ายดาย โดยไม่กระทบต่อความคงตัวหรือการออกฤทธิ์ทางชีวภาพ. โดยทั่วไปการสังเคราะห์ทางอุตสาหกรรมจะเกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาของไตรเมทิลลามีนกับเอทิลีนออกไซด์เมื่อมีกรดไฮโดรคลอริก, กระบวนการทางเคมีที่ค่อนข้างตรงไปตรงมาซึ่งช่วยให้ผู้ผลิตสามารถผลิตโคลีนคลอไรด์ที่มีความบริสุทธิ์สูงและ, วิกฤต, ด้วยต้นทุนที่ต่ำพอที่จะสามารถนำไปใช้ได้ในเชิงเศรษฐกิจสำหรับการรวมเข้ากับอัตรากำไรต่ำ, สูตรอาหารสัตว์ปริมาณมาก.

การนำโคลีนคลอไรด์มาใช้โดยอุตสาหกรรมอาหารสัตว์ทั่วโลกในช่วงเวลานี้เป็นไปอย่างรวดเร็วและแพร่หลาย. ขับเคลื่อนโดยความต้องการเพื่อรองรับอัตราการเติบโตที่รุนแรงซึ่งจำเป็นโดยพันธุกรรมสมัยใหม่ในสัตว์ปีก, หมู, และต่อมา, เพาะเลี้ยงสัตว์น้ำ, ผู้ผลิตอาหารสัตว์อาศัยสารประกอบนี้เพื่อลดความเสี่ยงของภาวะไขมันพอกตับ (โดยเฉพาะการเติบโตอย่างรวดเร็ว, ไก่เนื้อที่ให้พลังงานสูง) และเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการใช้อาหารสัตว์. นักวิจัยยืนยันว่าการเสริมนำไปสู่การปรับปรุงอัตราส่วนการแปลงอาหารสัตว์ในเชิงปริมาณ (FCR) และเพิ่มน้ำหนัก, โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสัตว์กระเพาะเดียวที่ไม่สามารถสังเคราะห์โคลีนภายในได้อย่างเพียงพอ. โคลีนคลอไรด์, มักผลิตที่ความเข้มข้นสูง (เช่น, $70\%$ สารละลายที่เป็นน้ำหรือ $60\%$ ความเข้มข้นที่ถูกดูดซับลงบนตัวพาซิลิกา), กลายเป็นมาตรฐาน, ส่วนผสมที่ไม่สามารถต่อรองได้, รับประกันว่าอาหารสัตว์เข้มข้นหลายล้านตันทั่วโลกส่งมอบฟังก์ชันการบริจาคไลโปโทรปิกและการบริจาคเมทิลที่จำเป็นเพื่อประสิทธิภาพสูงสุด. ขั้นตอนการพัฒนาอุตสาหกรรมนี้ทำให้วัสดุเป็นมาตรฐาน, ล็อคโคลีนคลอไรด์ให้อยู่ในตำแหน่งที่เป็นพาหนะเชิงพาณิชย์ที่ต้องการในการส่งสารอาหารที่จำเป็น.

5. ยุคฟื้นฟูศิลปวิทยาร่วมสมัย: อีพีเจเนติกส์, ความรู้ความเข้าใจ, และรูปแบบในอนาคต (1985-ปัจจุบัน)

บทสุดท้ายของประวัติศาสตร์ของโคลีน, ที่ปรากฏอยู่ในภูมิทัศน์ทางวิทยาศาสตร์ร่วมสมัย, ได้รับการทำเครื่องหมายด้วยการกลับไปสู่ความอยากรู้อยากเห็นทางชีววิทยาขั้นพื้นฐาน, ใช้เครื่องมือระดับโมเลกุลขั้นสูงเพื่อเปิดเผยบทบาทที่ซับซ้อนในด้านอีพีเจเนติกส์และการพัฒนาก่อนคลอด, ขยายความสำคัญไปไกลกว่าการเผาผลาญทั่วไป.

การวิจัยสมัยใหม่ได้วางโคลีนไว้ที่หัวใจของการเผาผลาญคาร์บอนเดียวในฐานะผู้บริจาคกลุ่มเมทิลที่สำคัญ, เชื่อมโยงอย่างใกล้ชิดกับกรดโฟลิก, วิตามิน $ข้อความ{b}-{12}$, และ methionine. บทบาทนี้มีผลกระทบอย่างลึกซึ้งต่อการแสดงออกของยีนและความคงตัวของดีเอ็นเอ. การศึกษาพบว่าการเสริมโคลีนของมารดาในระหว่างตั้งครรภ์สามารถส่งผลต่อรูปแบบเมทิลเลชั่นของยีนเฉพาะในลูกหลาน ซึ่งเป็นรูปแบบหนึ่งของการเขียนโปรแกรมทางโภชนาการที่อาจส่งผลต่อการพัฒนาสมอง, การตอบสนองต่อความเครียด, และแม้แต่โรคภัยไข้เจ็บในระยะยาว. การรับรู้ถึงบทบาทของโคลีนในการมีอิทธิพลต่อซอฟต์แวร์ของจีโนม, ไม่ใช่แค่ฮาร์ดแวร์ของเมมเบรน, แสดงถึงการปรับปรุงรายละเอียดทางชีววิทยาอย่างมีนัยสำคัญ.

พร้อมกัน, การวิจัยทางเคมีประสาท (สร้างบน $text{อช}$ การค้นพบสารตั้งต้น) ได้ให้ความสำคัญกับการรับรู้ของมนุษย์และความเสื่อมถอยตามอายุมากขึ้น. ในขณะที่โคลีนคลอไรด์ยังคงเป็นรูปแบบเชิงพาณิชย์หลัก, การวิจัยได้สำรวจประสิทธิภาพของทางเลือกอื่น, อาจมีรูปแบบทางชีวภาพมากขึ้น, เช่น อัลฟา-จีพีซี และซีดีพี-โคลีน (ซิตี้โคลีน), ซึ่งถูกมองว่าสามารถเคลื่อนย้ายข้ามอุปสรรคในเลือดและสมองได้ง่ายขึ้นเพื่อการรวมตัวโดยตรงในการสังเคราะห์ฟอสโฟไลปิด.

วันนี้, โคลีนคลอไรด์ยังคงคุ้มค่า, มาตรฐานที่มั่นคงสำหรับความต้องการขนาดใหญ่ของอุตสาหกรรมอาหารสัตว์ทั่วโลก, ความจำเป็นที่เกิดจากการค้นพบหนึ่งศตวรรษครึ่งที่ย้ายจากสารสกัดทางเคมีที่คลุมเครือไปสู่สารอาหารพื้นฐาน. ความเกี่ยวข้องอย่างต่อเนื่องนี้รับประกันได้ไม่เพียงแต่จากประสิทธิภาพที่ได้รับการพิสูจน์แล้วในการเพิ่มประสิทธิภาพการเจริญเติบโตของสัตว์เท่านั้น แต่ยังได้รับการยืนยันทางวิทยาศาสตร์อย่างต่อเนื่องถึงความสำคัญของมันด้วย, บทบาทที่ไม่ซ้ำซ้อนในเรื่องละเอียดอ่อน, แต่ยังขาดไม่ได้, กระบวนการเมทิลเลชั่น, ความสมบูรณ์ของโครงสร้างเมมเบรน, และฟังก์ชันซินแนปติก ซึ่งเป็นเครื่องพิสูจน์ถึงความเงียบ, แต่ลึกซึ้ง, อำนาจในลำดับชั้นทางชีวภาพ.