Биологически активные вещества из цианобактерий

Сохранить в закладки
3490
8
Сохранить в закладки

Биолог Дмитрий Лось о применении цианобактерий в медицине, токсинах и синдроме купальщика

Цианобактерии — одна из самых древних групп организмов на Земле, им несколько миллиардов лет. За это время они смогли эволюционировать и научиться синтезировать разные соединения. Эти соединения нужны микробам, во-первых, для общения между собой, во-вторых, для отпугивания других организмов. Цианобактерии также богаты соединениями, химическими веществами, которые могут быть использованы в качестве лекарств.

Например, лактон малинголид (malyngolide) был впервые выделен из морского хордового организма асцидии. Но через 25 лет оказалось, что это вещество, обладающее антибактериальными свойствами, синтезируется не животными клетками, а цианобактериями, которые живут внутри этого организма. Этот малинголид, впервые открытый в 1979 году, проявляет свои антибактериальные свойства против грамположительных бактерий: микобактерий, стрептококков, стафилококков. Плюс ко всему он обладает еще и антималярийной активностью. Таких активных веществ из цианобактерий очень много, обычно они называются по названию штамма, из которого выделены. Например, из цианобактерий семейства Nostoc получают дитерпеноид носкомин, из цианобактерий семейства Eucapsis — антрахинон эукапситрион, который тоже обладает антибактериальным действием.

Активные вещества цианобактерий имеют не только антибактериальное действие — они могут также быть антивирусными препаратами. Сейчас широко известен препарат, называющийся аспирулан — это полисахарид, который получают из спирулины (сегодня она называется немного по-другому — артроспирой). Когда еще артроспира была спирулиной, из нее получили полисахарид аспирулан, который содержит координированный кальций внутри себя и является очень эффективным против вируса ВИЧ. Также в последнее время показана его активность против вирусов гриппа типа А и даже, возможно, против Эболы. Цианобактериальный электин однозначно активен против вируса Эбола, а также против вируса иммунодефицита человека.

Цианобактерии — это очень разнообразная группа организмов, поэтому набор биологически активных веществ можно пополнять практически до бесконечности. Некоторые цианобактерии вообще не содержат веществ, которые интересны с точки зрения медицины, но некоторые напичканы ими. Современная биология с развитием омиксных технологий, включающих в себя геномику, с полногеномным секвенированием, транскриптомикой, то есть изучением транскрипции, экспрессии всех генов, которые имеются в геноме, протеомикой — всех белков, — липидомикой и, наконец, метаболомикой — всеми веществами, которые присутствуют в клетке без разбора. С этим развитием можно позволить скринировать цианобактерии на наличие потенциально интересных веществ. В частности, геномное секвенирование и полногеномное, которое предварительно дает картину того, что потенциально можно найти в конкретном штамме цианобактерий.

Многие биологически активные вещества цианобактерий пептидной природы синтезируются не на рибосомах, а с помощью нерибосомных пептидсинтаз или поликетидсинтаз — таким же способом, как синтезируются поликетидные антибиотики типа эритромицина. И когда секвенируют геномы, сразу же понятно, какого типа генные кассеты имеются в этом геноме. Приблизительно можно сказать, какое количество таких соединений и какие именно соединения будут производиться генными кассетами.

Но не все, что синтезируют цианобактерии, очень полезно. Некоторые вещества являются цитотоксинами, то есть веществами, токсичными для клеток. И основные токсины цианобактерий делятся на три группы: гепатотоксины, действующие на печень, нейротоксины и дермотоксины. Среди гепатотоксинов наиболее распространенными являются микроцистины и нодулярины. Микроцистис — это цианобактерия, которая очень распространена в пресных водоемах. И есть такое явление, которое называется цветение воды. Тогда массово развиваются микроводоросли, цианобактерии. Этот гепатотоксин микроцистин представляет собой ингибитор ферментов — фосфатаз. Он блокирует регуляторные пути в клетках и соединение, является очень токсичным. В итоге мы получаем массовую гибель других организмов, в частности рыбы.

Вы, наверное, знаете песню «Summertime, and the livin’ is easy…», которую написала Элла Фицджеральд, а исполняли многие, в том числе Луи Армстронг. Я недавно отправил в редакцию книгу на английском языке, поэтому в качестве эпиграфа я взял эти слова. Начинается глава со слов: «In summertime the livin’ is not always easy, fish may not be jumping…» Рыбы могут и не прыгать, как поется в песне, из-за такого явления, которое называется токсическое цветение водоемов. Оно вызывается цианобактериями, в частности веществами, которые они выделяют в воду, — микроцистином и нодулярином.

Впервые токсическое влияние этих водорослей было описано с научной точки зрения и массово в 1979 году, когда в Австралии по совершенно непонятной причине отравились 148 человек — из них 138 детей и 10 взрослых. К счастью, все выжили. Но время на восстановление понадобилось от 2 до 46 дней. И это явление тогда было названо мистической болезнью острова Палм, который находится у берегов Австралии. Потом выяснилось, что это и есть действие цианобактериальных гепатотоксинов.

Следующий класс соединений — нейротоксины. Например, анатоксин-А, гомоанатоксин и сакситоцин, которые блокируют натриевые каналы в клетках и не дают в нейронах проходить сигналам. Причем сакситоцин — это единственное природное соединение, которое относится к классу химического оружия. Мы не занимаемся такими вещами, мы мирное учреждение, «Новички» нам неинтересны, но то, что имеется в открытой литературе, в печати, говорит о том, что это единственное вещество, которое отнесено к классу химического оружия. Сакситоцин, который производится цианобактериями, отвечает за то, что, в частности, устрицы, живущие в раковинах, иногда становятся токсичными. Если вы окажетесь в Японии зимой, придете в любой супермаркет, то там сможете купить жареных устриц в кляре. Это такое вкусное изобретение. Но к весне вы уже ничего не найдете, потому что в океане начинается цветение цианобактерий, которые начинают массово производить этот токсин. И устриц в это время нельзя есть, потому что они в симбиозе с цианобактериями.

Теперь о кожных токсинах. Если кто-то был в южных морях, то наверняка испытывал на себе некий синдром купальщика, когда начинает зудеть кожа. Это тоже цианобактерии. Кроме того, что вас может цапнуть какая-нибудь медуза, в основном этот кожный зуд вызывается цитотоксинами, которые производятся цианобактериями.

Если отвлечься от токсинов и медицинских препаратов, то надо вспомнить о том, что та же спирулина (теперь она артроспира) относится к классу супереды. Там содержится до 60–70% белка, куча витаминов, антиоксидантов и гамма-линоленовая кислота. Поэтому эта биомасса. Спирулина высушивается или производится в виде пасты по всему миру, и это очень хорошая добавка к любой еде. Мы тоже выращивали полупромышленным способом спирулину, ставили опыты, как это помогает и не помогает определенным вещам. И в качестве профилактического средства, оказывается, это очень хорошая вещь.

Если кто-то хочет этим заниматься, нужно хорошо знать биологию цианобактерий, их систематику, знать, что это такое, и очень аккуратно относиться к биоматериалу, потому что он может оказаться не только полезным, но и вредным.

Над материалом работали

Читайте также

Внеси свой вклад в дело просвещения!
visa
master-card
illustration