XVII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2025

Стевиозид представляет собой дитерпеновый гликозид (рис. 1), его содержание в стевии составляет от 4% до 13% от всех гликозидов [1]. Листья Stevia rebaudiana содержат более 30 различных стевиолгликозидов, среди которых стевиозид (один из основных сладких компонентов стевии) присутствует в наиболее высокой концентрации. Стевиозид был впервые выделен в 1931 году, а его химическая структура установлена в 1952 году [2].

Рисунок 1. Структура стевиозида [3].

Есть сведения об антиканцерогенном, антиоксидантном, противовоспалительном и бактерицидном действии стевии [4].

Актуальными являются исследования влияния стевиозида на микроорганизмы полости рта, вызывающие кариес зубов и пародонтит [5]. В экспериментальных исследованиях на животных выявлено, что cтевиозид уменьшает воспаление при пародонтите за счет изменения бактериального состава полости рта и ингибирования Porphyromonas gingivalis – грамотрицательного анаэроба, являющегося ведущим этиологическим агентом пародонтита [5]. Исследования проводили в четырех группах мышей: одной контрольной, и трех группах с моделированным пародонтитом, инфицированных суспензией P. gingivalis, которых лечили 0,1%-ной дозой стевиозида [5]. В результате было показано, что воздействие стевиозида снижает бактериальную активность и токсичность P.gingivalis дозозависимым образом. Предполагается, что стевиозид может подавлять рост и вирулентность P.gingivalis вследствие большого количества терпенов, способных разрушать клеточные мембраны и вызывать дисбаланс микробиома полости рта, что приводит к нарушению коммуникации между грамотрицательными бактериями [5].

Показано также влияние стевиозида на рост Escherichia coli – бактерии кишечника человека при культивировании штамма E.сoli K-12 в бульоне Лурия-Бертани (LB) при pH 5,0 до логарифмической фазы [6]. В среду добавляли различные концентрации стевиозида и строили кривую роста бактерий с использованием GraphPad Prism 6. Добавление стевиозида в концентрациях 5, 10, 15 или 20 мг/мл вызывало значительное ингибирование роста E. coli, тогда, как более низкие концентрации (1 и 2,5 мг/мл) не препятствовали росту бактерий [6].

При анализе относительной экспрессии генов среду LB (при pH 5,0) с добавлением стевиозида в концентрациях 3,5 и 1,0 мг/мл, инокулировали равным количеством E. coli в логарифмической фазе. Гены E. coli, кодирующие ферменты, ограничивающие скорость важных метаболических путей (aceE, adk, dxs, pfkA, pfkB, fabI, glgC, thyA, lpd, tdk1, tdk2 и tmk), были выбраны для анализа относительной экспрессии генов. В качестве референтного гена в анализе экспрессии для нормализации данных использовали gyrA, кодирующий фермент ДНК-гиразу A [6].

Обнаружено, что под действием стевиозида в концентрации 3,5 мг/мл значительно возрастает экспрессия гена lpd, кодирующего ферменты, связанные с циклом трикарбоновых кислот (ЦТК). Как известно, такое воздействие на ЦТК может модулировать синтез жирных кислот [7]. А поскольку жирные кислоты играют важную роль в синтезе фосфолипидов, необходимых для построения клеточной мембраны, изменения уровня фосфолипидов нарушают структурную и функциональную целостность клеточной оболочки.

Кроме того, выявлено, что экспрессия гена fabI, кодирующего редуктазу белка-переносчика еноил-ацила, отвечающего за удлинение и биосинтез жирных кислот, значительно повышается, что приводит также к повышенному производству свободных жирных кислот, которые обладают различными мощными биологическими эффектами, включая возможность останавливать или замедлять рост бактерий [6].

Глицирризиновая кислота (ГК) является основным действующим веществом корня солодки (Glycyrrhiza glabra), и широко используется в ряде стран мира.

По своей структуре (рис. 2)ГК – тритерпеновый сапонин [8]. Она обладает противовоспалительным, противомикробным, антиоксидантным действием [9], используется в качестве натурального подсластителя, в косметических продуктах, как успокаивающее и увлажняющее средство.

Рисунок 2. Структура глицирризиновой кислоты [8].

В качестве комплексообразователя для получения новых лекарственных форм известных лекарств (нестероидных противовоспалительных средств, простагландинов, урацилов) и других биологически активных веществ предложена 18β-глицирризиновая кислота [10].

Глицирризиновая кислота демонстрирует широкий спектр антибактериальной активности путем воздействия на бактериальные ферменты. Показано, что она ингибирует формирование бактериальных пленок бактерий, характеризующихся повышенной устойчивостью к антибиотикам [9].

Выявлено, что высокие концентрации ГК лишь слегка замедляют рост бактерий Streptococcus mutans, в то время как ее низкие концентрации не дают бактериям прикрепляться к зубам и образовывать бляшки, тем самым уменьшая образование кариеса [9]. Такой эффект объясняется способностью ГК ингибировать глюкозилтрансферазу – ключевой фермент в синтезе полисахарида глюкана, необходимого для бактериальной адгезии [9].

Воздействие глицирризиновой кислоты на рост бактерий исследовали в эксперименте со штаммом E. coli K-12. При добавлении в бульон Лурия-Бертани ГК в концентрации 1,8 мг/мл наблюдалось постепенное угнетение роста бактерий [6].

Подобно стевиозиду, глицирризиновая кислота способна влиять на гены E. coli, кодирующие ферменты, ограничивающие скорость важных метаболических путей [6]. Так под действием ГК значительно повышается экспрессия генов aceE и glgC. Ген aceE участвует в метаболизме пропионата, который является одной из наиболее распространенных короткоцепочечных жирных кислот, синтезируемых кишечными бактериями [6]. Возможно, что пропионат защищает клетки хозяина от патогенов посредством изменения внутриклеточного pH [6]. Он также играет решающую роль в регуляции артериального давления, поэтому изменения в метаболизме пропионата могут оказывать влияние на здоровье человека [6]. Продукт гена glgC связан с биосинтезом гликогена. Синтез гликогена у E. coli происходит, когда углерода много, а другие питательные вещества, необходимые для роста, ограничены. При исследовании экспрессии четырех генов (adk , tdk , tmk и thyA), кодирующих ферменты, ограничивающие скорость биосинтеза нуклеотидов, было показано, что фермент adk участвует в биосинтезе пуринов de novo, превращая рибонуклеозид аденозин в 5′-аденозинмонофосфат, а также участвует в восстановлении и синтезе de novo пиримидинов [12]. То есть под действием ГК экспрессия генов adk, tdk, tmk, thyA значительно повышается, что приводит к увеличению биосинтеза нуклеотидов [6].

Заключение

Стевиозид способен подавлять рост и вирулентность P. gingivalis, вызывающих кариес зубов и пародонтит вследствие большого количества терпенов, способных разрушать клеточные мембраны и вызывать дисбаланс микробиома полости рта, что приводит к нарушению коммуникации между грамотрицательными бактериями.

Стевиозид угнетает рост E. coli,повышает экспрессию гена lpd, кодирующего ферменты цикла трикарбоновых кислот, а также гена fabI, кодирующего редуктазу белка-переносчика еноил-ацила, приводя к модуляции синтеза жирных кислот, и, как следствие, к изменению уровня фосфолипидов и нарушению целостности клеточной оболочки.

Глицирризиновая кислота обладает широким спектром антибактериальной активности, ингибируя бактериальные ферменты. Она влияет на гены E. coli, кодирующие ферменты, ограничивающие скорость важных метаболических путей.Под ее действием значительно повышается экспрессия генов adk, tdk, thyA и tmk, что приводит к увеличению биосинтеза нуклеотидов.

Таким образом, противовоспалительные и антимикробные свойства стевиазида и глицирризиновой кислоты открывают новые перспективы для терапевтического воздействия на микробиом человека.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Geuns J.M.C. Stevioside, Phytochemistry. 2003. Vol. 64. no.5. P. 913–921.

2. Садовский А. С, Мифы о «сладкой траве» стевии // Химия и жизнь. - 2005. №4; URL: https://elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/25597(датаобращения: 03.11.2024).

3. Дзигоева Л. В., Агузарова К. Ч. Здоровая альтернатива сахару // Научные высказывания. 2021. №2.; URL: https://nvjournal.ru/article/40-zdorovaya-alternativa-sakharu (дата обращения: 03.11.2024).

4. Peteliuk V, Rybchuk L, Bayliak M, Storey KB, Lushchak O. Natural sweetener Stevia rebaudiana: Functionalities, health benefits and potential risks. EXCLI J. 2021 vol. 22. no. 20. Р. 1412–1430.

5. Han, W., Jiao, Y., Mi, S. et al. Stevioside reduces inflammation in periodontitis by changing the oral bacterial composition and inhibiting P. gingivalis in mice. BMC Oral Health. 2023.  № 23.; URL: https://bmcoralhealth.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12903-023-03229-y#citeas(дата обращения: 03.11.2024).

6. Sarkar T.S., Shehreen S., Khan A., Akhteruzzaman S., Sajib A. Effects of glycyrrhizin, stevioside, and sucralose on the growth and metabolism of the omnipresent gut commensal Escherichia coli. J Adv Biotechnol Exp Ther.. 2023. vol. 6. no.3. P. 659-672

7. Pavoncello V, Barras F, Bouveret E. Degradation of Exogenous Fatty Acids in Escherichia coli. Biomolecules. 2022. vol. 12 no. 8. P. 1019.

8. Khisamutdinova R. Yu., Zarudii F. S., Gabdrakhmanova S. F., et al. Pharmacological properties of acetylsalicylic acid and its complex with glycyrrhizic acid as a promising dosage form (review). Byull. Eksp. Biol. Med. 2007. vol. 143. no. 3. Р. 324 – 326

9. Chen RY, Shi JJ, Liu YJ, Yu J, Li CY, Tao F, Cao JF, Yang GJ, Chen J. The State-of-the-Art Antibacterial Activities of Glycyrrhizin: A Comprehensive Review. Microorganisms. 2024. vol. 12. no. 6. Р.1155

10. Mamedov N. A, Egamberdieva D. Phytochemical Constituents and Pharmacological Effects of Licorice: A Review. Plant and Human Health. 2019. vol. 3. Р. 1–21.

11. Bateman A., Orchard S., Magrane M., et al. UniProt: the Universal Protein Knowledgebase in 2023. Nucleic Acids Research. 2022. vol. 51. no. 1. Р. 523-531