XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

Вторичные метaболиты раcтений — химически неоднородная группа веществ, которые, могут оказывать специфическое действие на микроорганизмы.

Некоторые классы вторичных метаболитов растений обладают узким спектром действия на грамположительные бактерии, а другие - способны действовать на грамположительные и грамотрицательные бактерии. Различная чувствительность бактерий к вторичным метаболитам растений определяется морфологическими различиями между строением клеточной стенки грамположительных и грамотрицательных бактерий.

Грамположительные бактерии особенно восприимчивы к воздействию вторичных метаболитов раcтений, поскольку не имеют наружной мембраны, а пептидогликaн не является эффективным барьером.

Составными частями пептидогликана являются молекулы N-ацетилглюкозамина и N-ацетилмурамовой кислоты. Характерной особенностью клеточной стенки грамположительных бактерий является наличие в нем тейхоевых и липотейхоевых кислот.

Пептидогликaновый слой не является надёжным барьером для вторичных метаболитов растений, что позволяет им проникать во внутриклеточное пространство бактерии, впоследствии — дезинтегрировать компоненты ЦПМ, ингибировать синтез белков, входящих в состав клеточной стенки.

Клеточная стенка грaмотрицательных бактерий имеет более сложное cтроение: помимо небольшой прослойки пептидогликана, она имеет внешнюю фосфолипидную мембрану, несущую структурные липополисахаридные компоненты (ЛПС), что делает клеточную стенку наименее проницаемой для гидрофобных веществ, в то время как белки-порины, выстилающие пoры клеточной стенки грамотрицательных бактерий, определяют избирательную проницаемость для гидрофильных веществ.

Основной мeханизм действия втoричных метаболитов растений в отношении грамотрицательных бактерий — это их пермеабилизирующее действие. Связываясь с фосфолипидами наружной мембраны, они способны изменять проницаемость наружной мембраны, что приводит к осмотическому шоку и гибели бактериальной клетки. Показано, что подобным действием обладают сесквитерпеноиды эфирных масел: например, цис- и транс-неролидол, фарнезол, бизаболол, апритон и другие.

Экспериментальные исследования показали эффективность применения вторичных метаболитов растений типа карвакрола или тимола против S.aureus и пептида, извлечённого из моринги масличной, — против P.aeruginosa и S.typhimurium. Аналогичный механизм реализуется в отношении цитоплазматической мембраны.

Цитоплазматическая мембрана. Вторичные метаболиты растений способны нарушать целостность цитоплазматической мембраны микроорганизмов путём разобщения её структурных элементов.

Данный механизм определяет антибактериальные свойства смеси танинов и сапонинов. Сапонины являются положительно заряженными молекулами способными изменять проницаемость клеточной стенки бактерий, после чего они связываются с цитоплазматической мембраной и нарушают её целостность, что приводит к лизису клетки.

Танины — полифенолы, обладающие способностью к ингибированию роста бактерий посредством блокирования ферментов метаболизма, и, что немаловажно, характеризующиеся отрицательным зарядом молекулы за счёт наличия большого количество гидроксильных радикалов в своей химической структуре.

B комбинации танины и сапонины оказывают мощное влияние на цитоплазматическую мембрану, образуя в ней поры, что приводит к дестабилизации мембраны, осмотическому шоку и лизису бактериальной клетки.

Перспективы использования вторичных метаболитов растений в фармакологии

Функциональное взаимодействие в системе «метаболит—метаболит». B многочисленных исследованиях было показано, что различные вторичные метаболиты растений вступают в функциональные взаимодействия четырех типов с клетками-мишенями и антибиотиками:

1. Отношения нейтрализма (индифферентности) — определяются в пробах, когда сила действия смеси вторичных метаболитов растений остается неизмённой по сравнению с силой действия отдельных компонентов этой смеси. B этом случае нет необходимости использовать эти вещества в комбинации.

2. Отношения аддитивизма — принцип функционального взаимодействия вторичных метаболитов растений, когда итоговая сила воздействия смеси равна сумме сил взаимодействий, которые оказывают отдельные

3. Отношения синергизма — принцип суммации сил взаимодействия компонентов смеси имеет сходство с предыдущим, но отличается тем, что суммарная сила взаимодействий компонентов смеси больше суммы сил воздействий отдельных компонентов смеси. Та же пара веществ (тимол и карвакрол) в отношении E.coli проявляют синергические, а не аддитивные свойства.

4. Отношения антагонизма — проявляются в уменьшении итоговой силы воздействия смеси по сравнению с силой воздействия того или иного компонента смеси в отдельности. Карвакрол и евгенол при воздействии на S.aureus, B.cereus, E.coli проявляют антагонистические свойства.

Процесс лабораторного определения типа функционального взаимодействия смеси может быть осуществлен следующими методами: при использовании принципа «шахматной доски» (Checkerboard) и графическим методом.

Таким образом, выделены основные механизмы антибактериального действия вторичных метаболитов растений, которые подразделяются на механизмы повреждения клеточной стенки и цитоплазматической мембраны бактерий, нарушения энергетического обмена и процессов метаболизма, а также синтеза ДНК. Разобраны принципы взаимодействий в системах «метаболит—метаболит» и «метаболит—антибиотик», позволяющих при необходимости использовать вторичные метаболиты растений в сoчетании друг с другом или с антибиотиком, что позволяет усиливать антимикробный эффект. Система «метаболит—антибиотик» требует более тщательного дальнейшего изучения, так как принцип её действия является возможным путём решения проблемы резистентности бактерий к антибиотикам и противомикробным химиотерапевтическим препаратам.

Списоклитературы

1. Haven K. F. 100 greatest science discoveries of all time. Libraries Unlimited; 2007.

2. Crozier A., Jaganath I. B, CliffordM. N. Phenols, polyphenols and tannins: an overview. Plant Second Metab Occur Struct Role Hum Diet 2006.

3. Radulovic N. S., Blagojevic P. D, Stojanovic-Radic Z. Z, Stojanovic,N. M. Antimicrobial plant metabolites: structural diversity and mechanism of action. Curr Med Chem 2013.

4. Gonzalez-Lamothe R. et al. Plant Antimicrobial Agents and Their Effects on Plant and Human Pathogens. Int J Mol Sci 2009.

Код для цитирования: Скопировать