Конкурс «био/мол/текст»-2013

Эта статья представлена на конкурс научно-популярных работ «био/мол/текст»-2013 в номинации «Лучший обзор».

---

Спонсор конкурса — дальновидная компания Thermo Fisher Scientific. Спонсор приза зрительских симпатий — фирма Helicon.

Одними из самых удивительных организмов на планете являются грибы. В древние времена люди считали, что грибница появляется только в том месте, где в землю ударила молния, и считали грибы «детьми богов». Однако сейчас многие считают, что грибы стоит есть только лишь потому, что это вкусно, и что лесные дары не приносят организму никакой пользы. На самом деле это вовсе не так!

История применения грибов

Серьезные исследования относительно биохимического состава грибов, а также возможности применения их в различных отраслях промышленности и медицины начались не так давно, несмотря на то что, народная медицина уже несколько тысячелетий использует грибы для лечения самых разнообразных заболеваний.

Первые упоминания о грибах относятся к 3000 г. до н.э. в Гватемале, где «грибные камни» использовались в мистических и лечебных ритуалах [4]. В странах Юго-восточной Азии уже на протяжении двух тысяч лет в медицине используется гриб шиитаке (рис. 1), который также является самой древней выращиваемой культурой. Начиная с XIV в. врачи признали, что шиитаке можно не только употреблять в пищу, но также использовать его при лечении заболеваний верхних дыхательных путей, а также различных заболеваний сердца и печени. В связи со своей эффективностью при использовании в медицинских целях шиитаке стал цениться чуть ли не дороже серебра и получил в народе название «король грибов».

Однако не только в странах Азии заболевания лечили грибами. На Руси знахари тоже с древних пор использовали грибы. Например, лиственничный трутовик использовали при лечении туберкулеза и других болезней легких; при обморожениях использовали экстракты белых грибов; настоями из лисичек лечили ангину и нарывы. Практически каждый гриб имел свое применение в народной медицине. Но одним из самых известных российских грибов считается веселка обыкновенная (Phallus impudicus), которую применяли при заболеваниях желудочно-кишечного тракта различной этиологии. Говорят, что знаменитый французский писатель Оноре де Бальзак вылечил язву желудка настойкой веселки, приготовленной для него в Санкт-Петербурге.

Применение грибов в сегодняшней медицине

В настоящее время выпускаются различные медицинские препараты, вобравшие в себя самые полезные свойства грибов. Проведенные исследования показали, что их можно использовать при лечении сердечнососудистых заболеваний, болезней печени, почек, поджелудочной железы, при туберкулезе. Кроме того, лекарственные препараты на основе высших грибов не являются токсическими по сравнению с препаратами, созданными на основе химического синтеза, или где продуцентами являются низшие грибы (как в случае антибиотиков).

Самыми распространенными биологически активными веществами грибов являются полисахариды, такие как гликаны, гетерогликаны и гликозамингликаны, общее количество которых может достигать 60% и более от сухой биомассы гриба [17]. Они представляют большой интерес для ученых в связи с высокой неспецифической активностью, действующей через иммунную систему [10].

Кроме полисахаридов иммуномодулирующей активностью обладают каротиноидные пигменты. Также они обладают антиоксидантной активностью, способны тормозить окисление липидов и ингибировать промоторную фазу канцерогенеза. В основе этих биологических функций лежат гидрофобная природа и наличие делокализованной π-электронной структуры с низким уровнем триплетного возбужденного состояния пигментов [15]. Исследователи уже давно заметили, что люди, которые употребляют в пищу много помидоров, содержащих каротиноид ликопин, реже болеют раком простаты. В связи с этим российскими учеными был разработан биотехнологический способ получения ликопина из мицелия гриба Blakeslea trispora. Данная технология уже внедрена в производство, и на ее основе получают мицелий с содержанием ликопина до 100 г/кг.

Известно также, что меланины из плодовых тел трутовых грибов, вызывающих бурую гниль, обладают уникальными физико-химическими характеристиками, которые обусловливают их фото- и радиопротекторные, антиоксидантные и сорбционные свойства. Данные меланины являются мощными природными антиоксидантами, способными нейтрализовать различные свободные радикалы, а также значительно снизить уровень одинарных разрывов и других повреждений ДНК. Именно поэтому специалистами Беларуси и Украины проводятся оптимизация условий получения природных меланинов из плодовых тел трутовых грибов, сравнительное изучение их физико-химических свойств и определение путей их использования в медицине.

Для корректной работы организма также важен ряд соединений липидной природы: незаменимые полиеновые жирные кислоты, фосфолипиды, жирорастворимые витамины, стероидные соединения. Поэтому проводятся исследования по возможности использования базидиальных грибов в качестве перспективных источников липидных компонентов. Так, исследования направлены на скрининг штаммов представителей родов Ganoderma, Trametes, Inonotus, Laetiporus и Lentinus, обладающих антиоксидантной активностью [16].

Современные исследования показали, что базидиальные грибы могут стать незаменимыми источниками для получения веществ с разнообразными биологическими свойствами: антибактериальными [5], [7], фунгицидными [7], противотуберкулезными, антиоксидантными [16], противовирусными [14], иммуномодулирующими [1], [14] и противоопухолевыми [1], [3], [5], [6], а также для лечения сахарного диабета и болезней желудочно-кишечного тракта [3].

Lentinus edodes — шиитаке, «король грибов»

Базидиомицет Lentinus edodes является продуцентом полисахарида лентинана, являющегося очень ценным в связи со своей уникальной противоопухолевой активностью, не имеющей аналогов в растительном мире. Также из него выделяют грибные фитонциды, обладающие противовирусной активностью как в отношении самых безобидных вирусов (риновирусов), так и против вируса СПИДа. Открытие полисахарида лентинана, который дает толчок к выработке в организме перфорина — фермента, ответственного за уничтожение постоянно образующихся в организме раковых клеток, — обозначило новые возможности для развития «естественной иммунотерапии» в коррекции онкологических заболеваний [14].

Фармакологическое действие Lentinus edodes заключается в способности шиитаке выводить холестерин, за счет чего нормализуется кровяное давление; подавлять патогенную флору в организме; корректировать любые воспалительные процессы; бороться с низшими грибками, заживлять эрозии и язвы ЖКТ; восстанавливать формулу крови; при неврологических и аутоиммунных заболеваниях давать толчок к ремиссиям. Помимо этого, его можно использовать как иммуностимулятор при профилактике разнообразных вирусных и простудных заболеваний.

Laetiporus sulphureus — серно-желтый трутовик, «древесный цыпленок»

Гриб Laetiporus sulphureus известен не только из-за своих гастрономических показателей, как например в Германии и некоторых регионах Северной Америки, где блюда из него считаются деликатесами, но так же как продуцент целого ряда биологически активных липофильных соединений, таких как полисахариды, ненасыщенные жирные кислоты, каротиноиды, фосфолипиды.

Плодовые тела L. sulphureus давно известны в народной медицине в качестве лекарственного средства, обладающего антисептическими свойствами, поэтому сейчас этот штамм изучают при поиске новых природных антибиотиков. Известно, что при поверхностном росте и глубинном культивировании все штаммы Laetiporus sulphureus проявляли антибиотическую активность в отношении грамположительных и грамотрицательных бактерий, но не оказывали воздействия на грибы.

Спиртовые экстракты мицелия L. sulphureus, выращенного в глубинной культуре, обладают антиоксидантными свойствами. Известно, что культуральные фильтраты грибов способны инициировать перекисное окисление полиненасыщенных жирных кислот, в частности линолевой кислоты, которая преобладает в липидах мембран этих грибов. Как оказалось, основную роль в качестве прооксидантного агента играет лигнинолитический фермент — марганец-пероксидаза. Этот фермент катализирует окисление Mn²⁺ с образованием Mn³⁺, который в хелатированном состоянии способен окислять фенольные соединения, входящие в состав лигнина [13].

Fomitopsis officinalis — лиственничная губка

Десятилетиями Россия являлась ведущим поставщиком плодовых тел уникального для медицины базидиомицета Fomitopsis officinalis в Европу и страны юго-восточной Азии. В Сибири, особенно на Алтае и в Хакасии, а также в республике Тыва заготовка плодовых тел началась в XX веке. Объем экспорта составлял 11–46 тонн ежегодно, что привело к ограниченности распространения рода в целом (он встречается лишь в труднодоступных лиственничных лесах) [12].

Плодовые тела гриба в Якутии раньше использовались вместо мыла, а в некоторых местах — на приготовление пива, заменяя хмель. Древним грекам и римлянам лиственничная губка была известна как слабительное и антигельминтное средство. Выделенная из плодовых тел гриба F. officinalis агарициновая кислота в немецкой и шведской фармакопее входит в состав средств, применяемых для предупреждения ночных потов у туберкулезных больных.

Изучение влияния углекислотных и спиртовых экстрактов плодовых тел гриба F. officinalis в отношении M. tuberculosis, выделенных от больных с различными формами туберкулеза, показали их высокую противотуберкулезную активность. Микобактерии туберкулеза, находящиеся в состоянии покоя, проявили чувствительность к водным экстрактам [12].

Японские исследователи, занимающиеся изучением противоопухолевой активности полисахаридов, выделенных из мицелия ряда базидиомицетовых грибов, выявили такую активность в мицелии лиственничной губки в отношении солидной опухоли саркома-180.

Также в настоящее время в США широко используются экстракты F. officinalis в составе косметических средств (например, пудры и румян): это позволяет снизить блеск кожи и улучшать ее внешний вид, скрыть морщины и пигментные пятна.

Trametes versicolor — трутовик разноцветный, «хвост индейки»

Грибы рода Trametes являются продуцентами ряда ценных биологически активных веществ, таких как гидролитические и окислительные ферменты, полисахариды, стеролы, вещества с антимикробной и противоопухолевой активностью, благодаря чему они нашли широкое применение в различных отраслях промышленности и медицины. В настоящее время на их основе разрабатываются экологически чистые безотходные технологии получения лекарственных препаратов, пищевых добавок, стимуляторов роста животных, а также современных способов утилизации отходов деревоперерабатывающей, текстильной и сельскохозяйственной промышленности.

T. versicolor является продуцентом различных внеклеточных гидролитических и окислительных ферментов, основными из которых являются лакказа, лигнин- и марганец пероксидазы, которые находят широкое использование в различных прикладных целях: получение биопластика, биотопливных элементов, текстильной и целлюлозно-бумажной промышленностях. Так в Европе и США широко налажено производство фермента лакказы из T. versicolor, который имеет широкое применение в деревоперерабатывающем, бумажном, текстильном производствах, а так же медицинских целях при создании тест-систем для обнаружения различных производных фенола в окружающей среде, пищевых продуктах и лекарственных средствах [9].

В традиционной китайской и японской народной медицине целительные свойства Trametes использовались в течение многих столетий. Так, сначала в странах Восточной Азии их применяли в виде настоек и чаев. Но объектами различных исследований они стали лишь начиная с 60-х годов прошлого века. Авторы японских патентов тех лет предлагали в качестве продуцентов следующие виды этого рода: Т. hirsuta, Т. pubescens, Т. versicolor и Т. zonatus [1], [10].

Препараты на основе T. versicolor рекомендованы спортсменам США и Португалии для укрепления иммунной системы, предназначены также для иммунокоррекции и лечения вирусных и онкологических заболеваний домашних животных [9], [17].

Учеными ГУ НИИ по изысканию новых антибиотиков им. Г.Ф. Гаузе проведены исследования по изучению противоопухолевой активности водных экстрактов мицелия и суммарных водорастворимых полисахаридных фракций гриба T. versicolor в опытах in vivo на мышах-гибридах BDF1 с привитым лимфолейкозом Р388 при пероральном введении. Полученные данные свидетельствуют об их достоверной противоопухолевой активности [11].

В целом, обзор литературных источников показывает богатый опыт использования плодовых тел базидиальных грибов как источников физиологически активных веществ. Поиск новых продуцентов продолжается и в настоящее время. Расширяются коллекции продуцентов, что дает возможность развития биотехнологии получения новых соединений на основе базидиомицетов, которые будут представлять большой научный и практический интерес.

Однако, несмотря на то что, свойства плодовых тел известны давно, определение условий культивирования мицелия и разработка способов его наращивания, определение биохимического состава, оценка различных видов активностей, таких как противоопухолевая и иммуномодулирующая, изучены мало. Эта область еще ждет своих исследователей, и наверняка откроет новые перспективы в фармакологии и биотехнологии.

Литература

1. Jian Cui, Yusuf Chisti. (2003). Polysaccharopeptides of Coriolus versicolor: physiological activity, uses, and production. Biotechnology Advances. 21, 109-122;
2. Iarosz W.A., Malarczyk E., Iarzysta M. (2003). Effect of saponin from Midicago sativa extract on biological activity of Trametes versicolor. J. New Horizon of Bioscience in Forest products Field. 213–220;
3. Jiang J., Dou Y., Feng Y., Bondartseva M., Gao T., Chen F. (2007). The anti-tumor activity and MDR reversal properties of constituents from Inonotus obliquus. «Микология и фитопатология». 5, 455–460;
4. H. P. Molitoris. (1994). Mushrooms in medicine. Folia Microbiol. 39, 91-98;
5. Mohammad-Fata Moradali, Hossien Mostafavi, Ghorban-Ali Hejaroude, Abbas Sharifi Tehrani, Mehrdad Abbasi, Shirin Ghods. (2006). Investigation of Potential Antibacterial Properties of Methanol Extracts from Fungus Ganoderma applanatum. Chemotherapy. 52, 241-244;
6. Daniel Sliva. (2006). Ganoderma lucidum in cancer research. Leukemia Research. 30, 767-768;
7. Fernando Campos Ziegenbein, Hans-Peter Hanssen, Wilfried A. König. (2006). Secondary metabolites from Ganoderma lucidum and Spongiporus leucomallellus. Phytochemistry. 67, 202-211;
8. Бабицкая В.Г., Щерба В.В., Гвоздкова Т.С. (2006). Новые биологические активные добавки на основе глуинного мицелия базидиальных грибов. «Успехи медицинской микологии». 6, 178–180;
9. Бабицкая В.Г., Щерба В.В., Филимонова Т.В., Рожкова З.А., Поединок Н.Л., Трухоновец В.В., Осадчая О.В. (2006). Phallusimpudicus (L.: PERS), Hericiumerinaceus (BULL.: FR) PERS и Trametes versicolor (FR.) QUEL Перспективные объекты биотехнологии. «Успехи медицинской микологии». 7, 220–222;
10. Белова Н.В. (2004). Перспективы использования биологически активных соединений высших базидиомицетов в России. «Микология и фитопатология». 38, 1–7;
11. Краснопольская Л.М. и Антимонова А.В. (2007). Получение биомассы лекарственных грибов трутовика лакированного Ganoderma lucidium и шиитаке Lentinus edodes в погруженной культуре. «Успехи медицинской микологии». 1, 281–283;
12. Ооржак У.С. (2006). Научно-практические аспекты рационального использования плодовых тел Fomitopsis officinalis (Will.) Bond et Sing.: автореф. дис. ... канд. биол. наук. — Красноярск, 2006. — 18 с.;
13. Прокопенко Г.Г., Лазарева Г.А., Бровкина И.Л. (2000). Иммуномодулирующее и антиоксидантное действие β-каротина, эссенциале при острой кровопотере. «Пат. физиол. и эксп. терапия». 1, 12;
14. Смирнов Д.А., Бабицкая В.Г., Капич А.Н. и др. (2007). Влияние полисахаридов глубинных культур Ganoderma lucidum, Lentinus edodes и Crinipellis schevczenkovi на фагоцитарную активность нейтрофилов. «Биотехнология». 1, 47–51;
15. Феофилова Е.П. (1994). Каротиноиды грибов: биологнические функции и практическое использование. «Прикладная биохимия и микробиология». 30, 181–195;
16. Шишкина Л.Н. и Капич А.Н. (2006). Антиоксидантная активность липидов ксилотрофных базидиомицетов. «Успехи медицинской микологии». 7, 262–263;
17. Щерба В.В., Пленина Л.В., Гвоздкова Т.С., Бабицкая В.Г. (2007). Лечебно-профилактические препараты многофункционального назначения на основе комплекса соединений лекарственных грибов. «Успехи медицинской микологии». 9, 204–206.