XIV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2022

Исследования в области фитотерапии привлекают внимание все большего круга ученых. Уникальные свойства лекарственных растений открывают перспективу получения большого количеств высокоэффективных препаратов для лечения самой различной патологии [1, 2]. Многокомпонентность препаратов из лекарственных растений интенсифицирует поиск «ведущих» молекул, влияющих на те или иные функции организма человека и животных.

Сахароза — самый распространенный в природе дисахарид, кристаллическое вещество, не имеющее цвета, с температурой плавления 160°С. Химическая формула сахарозы С₁₂Н₂₂О₁₁. Сахароза является наиболее важным из образующихся в растениях олигосахаридов, в форме которого связанный углерод и энергия транспортируются по всему растению [3, 4]. Сахароза образуется при фотосинтезе в хлоропластах, в цитоплазме фотосинтезирующих клеток из УДФ-глюкозы и фруктоза-6-фосфата и мезофильных клетках листьев. Как только она синтезирована, она перемещается в ткани растения. Транспорт сахарозы происходит через флоэму - проводящую ткань сосудистых растений и не требует затрат энергии, так как ее концентрация в исходных листьях намного выше, чем в апопластах. Сахара включаются в метаболизм растений как структурный компонент и источники энергии [5]. Такие сахара как сахароза имеют двойную функцию — как транспортируемые углеводы и как сигнальные молекулы, регулирующие экспрессию генов и процесс развития растений [6, 7]. В отличие от глюкозы у нее не проявляются альдегидные и кетоновые свойства [4]. Например — для максимального наращивания клеточной биомассы (каллусной ткани) каллизии душистой (Callisia fragrans) in vitro сахароза наиболее эффективна. При 4%-ой концентрации глюкозы в среде скорость роста каллусов замедляется по сравнению со скоростью роста каллусов, выращиваемых в присутствии 2% и 3% сахарозы [8, 9]. В данном случае сахароза выступает как регулятор роста каллусных клеток, то есть процессов пролиферации.

Известно явление «высокосахарной резистентности» растений. Предложено несколько гипотез для объяснения механизма ее действия. Сахара являются первичным субстратом, обеспечивающим энергию растения. Они являются структурным материалом, обеспечивающим реализацию защитных реакций растений. Кроме того, сахара могут играть роль сигнальных молекул, взаимодействующих с гормональной сигнальной сетью растения, регулирующей активность его иммунной системы.

Контроль метаболизма сахарозы в клетках, регулируемый киназой, не ферментирующей-1 сахарозы (SnRK1), является важным механизмом защиты растений от различных стрессов, как биотических, так и абиотических [10]. Одним из триггеров которой является способность глюкозы и сахарозы влиять на экспрессию генов биосинтеза антоцианов [4].

Сахароза тесно связана с регуляторами метаболизма: неферментирующей сахарозой протеинкиназой-1 (SNF1) дрожжей (Saccharomycescerevisiae) и 50-AMP-активированной протеинкиназой (AMPK) млекопитающих. Например, показано, что у растения Arabidopsisthaliana две протеинкиназы KIN 10 и KIN 11, вместе обозначаемые как SnRK1, отвечают за передачу сигналов энергии в клетке, образованной в результате стресса, как биотического, так и абиотического [11]. Таким образом, SnRK является связующим звеном между метаболизмом и сетью стрессовых сигналов в растительных клетках.

Дефицит сахарозы может привести к сахарному голоданию в клетках – феномену, хорошо охарактеризованному с точки зрения метаболизма и уровня экспрессии генов.

Перепрограммирование первичного углеводного метаболизма может дополнительно усилить экспрессию генов, связанных с защитой, и способствовать производству вторичных соединений с антимикробной активностью [15].

В культивируемых in vitro эмбрионах желтого люпина заражение гемибиотрофным грибком Fusarium oxysporum вызывает усиление дыхания и продукции АФК. Эти процессы у эмбрионов интенсифицируются при экзогенно поставляемой сахарозой. У инфицированных эмбрионов сахар вызывает повышенное образование супероксид-анионов, что может быть одной из причин их большей устойчивости [14]. Кроме того, сахарное питание приводит к увеличению количества митохондрий с менее выраженным снижением количества крист. Сахароза и гексозы могут приводить к повышенной концентрации изофлавоноидов, которые являются важными компонентами системы защиты растения за счет их антимикробных свойств.

Однако в литературе нами не найдено сведений о влиянии сахарозы растений на иммунную систему млекопитающих.

Целью настоящего исследования являлось одновременное определение содержания сахарозы в отварах некоторых лекарственных растений Туркменистана и иммуномодулирующей активности последних.

Материалы и методы исследования. Содержание сахарозы определяли в отварах из следующих лекарственных растений (ЛР) Туркменистана — ферулы вонючей (Ferula assa foetida L.; FA), корня солодки голой (Glycyrrhisa glabra; GG), рубленой хвои можжевельника туркменского (Juniperus turcomanica; JT), рубленых цветов и колючек верблюжьей колючки (Alhagi persarum; AP), сухих листьев стевии (Stevia rebaudiana, SR). Указанные растения, расфасованные в бумажные пакетики по 40 гр, были получены в Государственном институте лекарственных растений АН Туркменистана.

5% отвары ЛР (infusum ex 10:200) готовили в соответствии с требованиями Фармакопеи (1990) [12] по прописи для Juniperus communis L. в день проведения эксперимента.

Содержание сахарозы (СХ) в отварах ЛР определяли рефрактометрическим способом на рефрактометре RFM 712 (Великобритания). Результаты выражали в бриксах — символ °Bx (международная единица измерения сахарозы). При проведении исследования поддерживали стационарный уровень температуры отвара и окружающей среды 23–24 °C.

Об иммуномодулирующей активности фитопрепаратов судили по их способности модулировать функциональную активность лейкоцитов крови практически здоровых лиц, а именно — по способности лейкоцитов к миграции из стеклянного капилляра in vitro. Была исследована миграционная активность лейкоцитов у 30 нелинейных мышей мужского пола массой не менее 20-22 гр. (в среднем 21,9±0,9 гр.) и лейкоцитов периферической крови 25 практически здоровых лиц в возрасте от 20 до 25 лет (студенты Государственного медицинского университета Туркменистана им. М. Гаррыева) по оригинальной методике [13].

Результаты исследования. Как показали исследования, в 5% отварах, изученных ЛР имеется сахароза, содержание которой существенно колеблется в зависимости от вида растения (табл. 1). Максимальное количество сахарозы содержится в отваре JT (11,25±1,4 °Bx), минимальное — в отваре FA (2,0±0,06 °Bx) (различие математически достоверно, p<0,05). Против ожидания низкая концентрация сахарозы была выявлена в отваре листьев GG (4,2±0,9 °Bx).

Таблица 1

Содержание сахарозы в отварах лекарственных растений

ЛР	Концентрация сахарозы (°Bx)	Температура отвара (T ºC)
Можжевельник туркменский (Juniperus turcomanica)	11,25±1,49**	23,5
Верблюжья колючка (Alhagi persarum)	9,0±1,9*	23,5
Солодка голая (Glycyrrhiza glabra L.)	7,8±1,3*	23,4
Стевия (Stevia rebaudiana)	4,2±0,9*	23,4
Ферула вонючая (FerulaassafoetidaL.)	2,0±0,1	23,5

Примечание: * — p<0,05, ** — p<0,01 по отношению к минимальной концентрации сахарозы (отвар FA).

Кроме того, было установлено, что отвары ЛР, использованные в исследовании, обладают способностью модулировать миграцию лейкоцитов периферической крови человека и животных из стеклянного капилляра invitro (табл. 2).

Таблица 2

Миграционная активность лейкоцитов крови invitro в зависимости от ЛР

ЛР	ИМЛ мышей	ИМЛ ПЗЛ
Можжевельник туркменский (Juniperus turcomanica)	79,5±7,3	81,6±9,1
Верблюжья колючка (Alhagi persarum)	53,6±6,4	62,6±7,4
Солодка голая (Glycyrrhiza glabra L.)	112±9,3	115±11,2
Стевия (Stevia rebaundiana)	143,6±11,3	140,2±12,7
Ферула вонючая (FerulaassafoetidaL.)	63,6±8,2	70,0±9,8

Как видно из таблицы 5% отвары JT, AP, FA in vitro тормозят миграцию лейкоцитов крови мышей из стеклянного капилляра, в то время как отвары GG и SR наоборот оказывают стимулирующий эффект.

Аналогичные результаты были получены в исследованиях с лейкоцитами периферической крови человека. Лейкоциты человека практически одинаково с мышиными реагируют на присутствие отваров ЛР. Отвары JT, AP, FA in vitro также тормозят миграцию лейкоцитов, правда в несколько большей степени. Однако различие статистически не достоверно (p>0,05 во всех случаях).

Мы заметили, что как стимулирующий, так и тормозящий миграцию лейкоцитов эффект ЛР не однозначен. На диаграммах (Рис. 1) приведена структурс величины ИМЛ у мышей в зависимости от препарата.

Рис.1. Миграционная активность лейкоцитов в зависимости отвара ЛР.

На диаграмме видно, что отвары ЛР не всегда стимулируют или тормозят миграцию лейкоцитов. Так FA в 63,5%, GG в 84%, JT в 10%, AP в 72%, SR в 5,8% случаях не влияют на миграционную активность лейкоцитов. в тоже самое время FA в 12%, GG в 10%, JT в 13%, AP в 16%, но SR в 64% случаях стимулируют миграцию лейкоцитов. То есть, FA, JT, AP, GG в разной степени оказывают провоспалительное действие.

Миграцию лейкоцитов в высокой степени тормозят JT, SR и FA. В меньшей степени тормозящий эффект был вявлен у отвара GG, который содержит большое количество сахарозы. Однако, отвар JT содержит значительно больше сахарозы, но сильно тормозит миграцию лейкоцитов, то есть оказывает высокий противовоспалительный эффект.

Обсуждение. Показано, что экзогенно введенная сахароза интенсифицирует процессы перекисного окисления липидов – в частности усиливает образование супероксид анионов при заражении эмбрионов желтого люпина гемибиотрофным грибком Fusarium oxysporum invitro, что может быть одной из причин их большей устойчивости [14]. Кроме того, сахарное питание приводит к увеличению количества митохондрий с менее выраженным снижением количества крист. Повышенное содержание сахарозы в среде культивирования может вызвать перепрограммирование первичного углеводного метаболизма и усилить тем самым экспрессию генов, связанных с защитой, и способствовать производству вторичных соединений с антимикробной активностью [15]. В этой связи можно допустить, что сахароза, содержащаяся в отварах ЛР invitro влияет на генетический аппарат лейкоцитов крови через соответствующие рецепторы.

Выводы.

Отвары лекарственных растений – можжевельника туркменского (Juniperus turcomanica), верблюжьей колючки (Alhagi persarum), солодки голой (Glycyrrhiza glabra L.),стеви (Stevia rebaudiana), ферулы вонючей (Ferula assa foetida L.) содержат определенные количества сахарозы - от 2 (Ferula assa foetida L.) до 11 °Br (Juniperus turcomanica).

Указанные лекарственные растения обладают выраженной иммуномодулирующей активность . Они способны как стимулировать, так и тормозить миграцию лейкоцитов крови млекопитающих из стеклянного капилляра invitro.

Чувствительность к иммуномодулирующему действию отваров лекарственных растений у лейкоцитов крови человека и мышей практически одинакова.

Иммуномодулирующаая активность отваров использованных в экспериментах лекарственных растений в известной степени коррелирует с их иммуномодулирующей активность (коэффициент корреляции колеблется от r=0,27 до 0,31).

Литература:

Hajdari A, Mustafa B, Nebija D, Miftari E, Quave CL, Novak J Chemical Composition of Juniperus communis L. Cone Essential Oil and Its Variability among Wild Populations in Kosovo.// hem Biodivers. 2015 Nov;12(11):1706–17. doi: 10.1002/cbdv.201400439.

Mohammadi-Sichani M.: Effect of different extracts of Stevia rebaudiana leaves o Streptococcus mutants growth. J Med Plants Res 6, 4731–4734 (2012)

Stokes ME, Chattopadhyay A, Wilkins O, Nambara E, Campbell MM (2013) Interplay between sucrose and folate modulates auxin signaling in Arabidopsis. Plant Physiol 162:1552–1565

Wind J, Smeekens S, Hanson J (2010) Sucrose: metabolite and signaling molecule. Phytochemistry 71:1610–1614

Bolouri Moghaddam, Mohammad Reza; Van den Ende, Wim Sugars and plant innate immunity //Journal of Experimental Botany (2012), 63(11), 3989–3998 CODEN: JEBOA6; ISSN: 0022–0957.

Baier M., Hemman G., Holman R., Corke F., Card R., Smith C., Rook F., Bevan M. W. (2004), Characterization of mutants in Arabidopsis showing increased sugar-specific gene expression, growth, and developmental responses.// Plant Physiol, 134, 81–91.

Hummel M, Rahmani F, Smeekens S, Hanson J (2009) Sucrose-mediated translational control.// Ann Bot 104:1–7

Morkunas I, Bednarski W (2008) Fusarium oxysporum induced oxidative stress and antioxidative defenses of yellow lupine embryo axes with different level of sugars. J Plant Physiol 165:262–277

Булатова А. А., Шапчиц М. П., Юрин В. М. Влияние сахарозы и глюкозы на показатели роста и содержание углеводов в каллусной культуре Саllisia fragrans// Труды БГУ, 2011, том 6, часть 2 стр.33–38. Физиология растений Белорусский государственный университет, Минск.

Hey SJ, Byrne E, Halford NG (2010) The interface between metabolic and stress signaling. Ann Bot 105:197–203

Baena-Gonzalez E (2010) Energy signaling in the regulation of gene expression during stress. Mol Plant 3:300–313

Фармакопея СССР. Изд. 11. Вып.2. — М.: Медицина. — 1990. — 398 с.

Плескановская С. А. Клеточный и гуморальный иммунный ответ при кожном лейшманиозе (экспериментальные исследования и наблюдения на больных) // Автореф. дисс. к. м.н., Москва, 1982, стр. 20

Morkunas I, Bednarski W, Kopyra M (2008) Defense strategies of pea embryo axes with different levels of sucrose to Fusarium oxysporum and Ascochyta pisi. Physiol Mol Plant Pathol 72:167–178

Bolton MD (2009) Primary metabolism and plant defense-fuel for the fire. Mol Plant Microbe Interact 22:487–497

Код для цитирования: Скопировать