Биологически активные вещества крови убойных животных -перспективное векторное направление в мясной отрасли

Кровь убойных животных – ценное сырье для производства широкого ассортимента продукции пищевого, лечебного, кормового и технического назначения. Качество крови в нашей стране контролируется ГОСТ 33674–2015 «Кровь и продукты ее переработки. Технические условия (с Поправкой)».

Исследованиями отечественных и зарубежных ученых доказано, что кровь представляет собой высокоценное пищевое сырье, а также обладает специфическими лечебными свойствами, поскольку данная жидкая составляющая таит в себе большое количество биологически активных веществ и, соответственно, содержит кладезь полезной информации, недаром анализы крови являются одним из ключевых инструментов диагностики [1–3].

Использование крови на пищевые и кормовые цели обусловлено высоким содержанием в ней полноценных белков. Общее количество белков в крови зависит от вида, возраста, упитанности животных, условий кормления и содержания, и составляет 16,5 - 19,0% массы крови [1].

Биологическая ценность крови обусловливается значительным содержанием белков, минеральных солей, витаминов и гормонов. По содержанию белковых веществ кровь можно сравнить с мясом. Например, массовая доля белка в говядине составляет 20,5%, в крови - около 18,5% [4].

Если акцентировать внимание на сырьевой базе, то есть на количестве крови в туше животного, то стоит отметить, что содержание крови у крупного рогатого скота составляет 7 - 8% от живой массы, свиней – около 4,5%; птицы от 7,6 до 10,0% [4].

О биологически активных веществах крови

Биологически активные вещества крови - это несколько групп разнородных химических соединений, способных в значительной степени изменять течение биохимических реакций, что способствует нормальному функционированию организма человека.

По механизму влияния все химические соединения, циркулирующие в кровяном русле, можно разделить на несколько групп: пептиды, гормоны, ферменты, витамины, нуклеиновые кислоты.

Различные отрасли пищевой промышленности, в частности, мясная, считается перспективным рынком сбыта, так как продукты переработки крови примерно в пять раз дешевле своих молочных аналогов. Кроме того, продукты переработки крови практически не содержат жира, а эритроциты богаты железом. Так как кровь является ценным источником железа, минеральных веществ, витаминов и полноценного белка близкого по своей природе к человеческому, её используют при производстве различной продукции: колбасных изделий, гематогена, фибриновых плёнок, кровезаменителей, лечебных продуктов питания [4].

Рассмотрим отдельные биологически активные вещества крови убойных животных, с дальнейшей целью их использования при производстве мясных продуктов.

Ангиогенин

Особый интерес представляет функциональная рибонуклеаза - ангиогенин (от греч. «angion» - сосуд).

Ангиогенин – полифункциональный белок, играющий существенную роль в механизмах поддержания гомеостаза организма животного. И несмотря на то, что он принимает участие в ангиогенезе опухолей, данное свойство не является специфичным. Он синтезируется нормальными клетками организма, присутствует в крови и молоке. Тот факт, что рибонуклеаза активно синтезируется в стрессовых ситуациях клетками печени, также как другие белки острой фазы, позволяет ее рассматривать в качестве защитного фактора организма.

С точки зрения строения, ангиогенин - одноцепочечный низкомолекулярный полипептид, молекулярная масса которого может варьировать от 14 до 20 кДа, а изоэлектрическая точка - более 10,5. Ангиогенин и панкреатическая РНКаза А обладают 33% гомологией по аминокислотной последовательности [5, 6].

Обращаясь к истории, необходимо отметить, что открытие данного белка связано с именами американских ученых. В 1985 г. Берт Вэлли и Джуд Фолкман с сотрудниками (США) обнаружили в культуре раковых клеток новый белок, обладающий более сильным ангиогенным действием, чем другие известные природные ангиогенетики. В настоящее время в изучении структуры и в значительной мере функции ангиогенина в организме млекопитающих достигнуты большие успехи, позволяющие рассматривать прикладные аспекты его применения в медицинской и пищевой практике [9, 10].

Одним из современных направлений в лечении болезней, обусловленных недостаточным кровоснабжением в тканях, является терапевтический ангиогенез, в основе которого лежит применение активных индукторов роста кровеносных сосудов в качестве лечебных средств.

В связи с существованием зависимости уровня ангиогенина в крови от физиологических и патологических состояний организма развивается диагностическое направление практического приложения результатов исследования ангиогенина.

В частности, установлено, что ангиогенин является одним из самых сильных ангиогенных факторов прямого действия. Основными мишенями действия ангиогенина являются эндотелиальные клетки, клетки гладкой мускулатуры, фибробласты.

В организме он может быть индуцирован факторами прямого (фактор роста эндотелия сосудов, плацентарный фактор роста, фактор роста гепатоцитов, щелочной и кислый фактор роста фибробластов, ангиогенин и др.) и непрямого действия (трансформирующий фактор роста-β, фактор роста некроза опухолей-α, интерлейкин-δ и др.).

В настоящее время, идентифицированы и достаточно полно изучены ангиогенин-связывающий белок с молекулярной массой 170 кДа и α-актин. В Хеля-клетках найден и охарактеризован новый ангиогенин-связыва-ющий белок – фоллистатин, участвующий в индуцировании ангиогенином ангиогенеза, поэтому в тканях животных также необходима его транслокация в ядро клетки-мишени. Проникая в ядро, ангиогенин аккумулируется в ядрышке, связывается с ДНК, активируя транскрипцию рРНК. Ингибирование ядерной транслокации, индуцированной ангиогенином, или мутагенез ответственных за локализацию аминокислотных последовательностей в молекуле ангиогенина, снимает его ангиогенную активность [8].

Рентгеноструктурный анализ и ядерно-магнитный резонанс кристаллического ангиогенина крови крупного рогатого скота (КРС) и человека позволили определить сходства и различия. Исследование кристаллической структуры ангиогенина КРС при разрешении 1,5 А, позволило установить, что, как и в молекуле ангиогенина человека, сайт рибонуклеазной активности состоит из нескольких частей. Каталитический центр (Р1), на котором расщепляются фосфодиэфирные связи, включает три аминокислотных остатка Гис-14, Лиз-41 и Гис-115, положение которых совпадает с таковым соответствующих аминокислотных остатков в АНГ человека (Гис-13, Лиз-40, Гис-114). Сайт В1, связывающий пиримидин-З – нуклеозиды, содержащий остатки Глн-13, Тре-45 и Сер-119, также экранируется Глу-118 (Глу-117 соответственно для ангиогенина человека). Сайт В2, преимущественно связывающий пуриновое кольцо 5-нуклеозида, представлен Глу-109 (Глу-108 для АНГ человека). Не исключено, что с именно этим связаны определенные функциональные особенности сравниваемых белков [10–20].

Перечислим основные свойства ангиогенина:

• 1.    Отличительная рибонуклеазная активность. Ангиогенин обладают рибонуклеазной активностью, отличной от действия панкреатической РНКазы А, что выражается, прежде всего, в их субстратной специфичности. При изучении влияния ангиогенина на препарат РНК из опухолевых эпителиальных клеток аденокарциномы толстой кишки человека НТ-29, состоящий, в основном, из 28S и 18S рРНК (-5000 и -2000 нуклеотидов соответственно), с помощью электрофореза в агарозном геле обнаружено, что ангиогенин расщепляет рРНК на продукты, состоящие из 100 - 500 нуклеотидов, которые образуются уже через 60 мин, и более глубокий гидролиз при увеличении времени инкубации (до 4 ч) не происходит.

• 2.    Проявление антимикробных свойств. Ангиогенин обладает бактериостатическим действием относительно кишечной палочки (E. coli, штамм И-125). Эффект проявляется в физиологических концентрациях, в частности, при концентрации 12,5 мгк/смᶟ. При концентрации ангиогенина 50 мгк/см 2 через 24 часа культивирования рост бактерий снижается более чем на 2 порядка, а при 100 мгк/смᶟ практически полностью подавлялся. Плацентарный ингибитор рибонуклеазы в концентрациях, ингибирующих ферментативную активность ангиогенина, снимает бактериостатический эффект, что указывает на роль рибонуклеазной активности в механизме антимикробного действия ангиогенина.

• 3.    Ингибирование дегрануляции полиморфоядерных лейкоцитов. Полиморфоядерные лейкоциты играют важную роль в поддержании гомеостаза организма, являясь одним из значимых составляющих системы неспецифического иммунитета. Это фагоцитирующие, уничтожающие микроорганизмы клетки, гранулы которых содержат биологически активные белки, такие как миелопироксидаза, лизоцим, кислые гидролазы, белок, связывающий витамин В 12 . Дегрануляция полиморфоядерных лейкоцитов может быть причиной целого ряда нарушений в организме человека.

• 4.    Влияние на цитокиновое звено иммунитета. В литературе достаточно сведений, позволяющих отнести ангиогенин к факторам, участвующим в механизме регуляции иммунитета в организме животного. Одним из проявлений иммунной функции следует считать влияние ангиогенина на цитокиновое звено иммунитета, что может свидетельствовать об участии этого

• 5.    Влияние на кристаллическую структуру сыворотки крови человека. Введение в сыворотку in vitro ангиогенина КРС до конечной концентрации 8 мкг/мл приводит к значительному снижению количества патологических конформационных нарушений в белковом спектре биосреды.

• 6.    Терапевтические проявления. Полифункциональность ангиогенина позволяет рассматривать его в качестве активной основы препаратов широкого спектра терапевтического назначения. Прежде всего, это касается болезней, связанных с нарушением кровообращения в тканях: ишемическая болезнь сердца, инсульты, патология костной и хрящевой ткани, кожные болезни различного генеза и др. С лечебной целью активация ангиогенеза ангиогенином в тканях животного организма может осуществляться либо путем стимуляции его синтеза, либо путем введения экзогенного препарата в место локализации повреждения. Лекарственные формы ангиогенина могут быть представлены в виде растворов, мазей, импре-гнированных белком медленно растворяющихся гранул или пленок из биологически нейтральных полимеров, способных медленно его высвобождать.

белка в механизме воспаления. Выделенный из крови КРС ангиогенин индуцирует синтез провоспалительных цитокинов: интерлейкинов и фактора некроза опухолей. Эффект зависит от концентрации индуктора и времени его контакта с культивируемыми клетками, проявляясь в постконтактный период в условиях замены культуральной среды на свежую, не содержащую ангиогенин.

Об участии ангиогенина в воспалительных процессах in vivo свидетельствует повышение его уровня в крови при острых и хронических артритах.

Представленная информация позволяет сформулировать основные перспективные направления использования ангиогенина в медицине и пищевой промышленности:

• 1.    Индуктор ангиогенеза при патологиях, связанных с недостатком кровоснабжения в тканях. В основе лежит направленная на индукцию развития дополнительной сети сосудов стимуляция ангиогенеза в местах повреждения или введения в них экзогенных факторов ангиогенеза. Прямое положительное влияние ангиогенина установлено в отношении хрящевой и костной ткани животных. За счет индуцирования неоваскуляризации отмечена стимуляция

• 2.    Проявление регенерирующего эффекта при кожных болезнях, включая ожоги, обморожения, трофические язвы. Отмечается стимуляция регенеративных процессов, активация эпитализации, стимуляция местного иммунитета и как результат – ускорение заживления. Положительное влияние ангиогенина получено при лечении гнойных ран и язвенно-эрозийных образований в желудочно-кишечном тракте.

• 3.    Лечение ишемических поражений миокарда и мышц нижних конечностей. Метод терапевтического ангиогенеза с применением ангиогенных факторов для лечения, например, критической ишемии конечностей, считается безопасным и доступным. В последнее время приоритетным направлением в терапии с использованием ангиогенина является внедрение метода генотерапии, суть которого – применение генно-инженерных конструкций с вставкой гена белка с терапевтическим действием. Сконструированы рекомбинантные плазмиды, несущие ген ангиогенина, которые работают в эукариотических организмах, активируя локально ангиогенез.

в поврежденных тканях репаративных процессов. Ангиогенин является также ингибитором остеокластной костной резорбции, что также способствует восстановлению ткани.

В настоящее время, разработанные специалистами фармацевтической индустрии препараты на основе ангиогенина, пользуются популярностью.

На кафедре «Технологии и биотехнологии мяса и мясных продуктов» ФГБОУ ВО «МГУПП» разработан полифункциональный модуль, обогащенный ангиогенином.

Используя биомодифицированный фер-ментолизат рубца крупного рогатого скота в качестве матричной основы для стабилизации структуры и сохранности биологически активных веществ, составили комплекс, обогатив его ангиогенином крови КРС и коптильным препаратом. Разработанный модуль вводили в мясные изделия на основе фаршевых систем, получив готовые продукты с высоким выходом и сбалансированным химическим составом. С целью определения функциональной направленности разработанных продуктов, проводятся исследования in vivo на белых мышах SNK (рисунок 1). Несмотря на то, что опыты еще продолжаются, уже сейчас можно утверждать, что после двухнедельных испытаний, наблюдается ускоренный рост животных и высокая скорость прироста длины хвоста.

(a)

(b)

Рисунок 1. Процесс кормления белых мышей колбасными изделиями: (a) контроль (b) опыт

Figure 1. The process of feeding white mice with sausage products (a) control (b) experiment

Фоллистатин

Фоллистатин, также известный как активин-связывающий белок, является аутокринным гликопротеином, который экспрессируется почти во всех тканях высших организмов животных. Основной функцией фоллистатина является связывание и бионейтрализация членов суперсемейства TGF-бета, с особым акцентом на активин, паракринный гормон.

Впервые фоллистатин был синтезирован из жидкости зрелого фолликула, что легло в основу названия данного гликопротеина.

При первоначальной изоляции из фолликулярной жидкости было обнаружено, что вещество ингибирует секрецию фолликулостимулирующего гормона (ФСГ) в передней доли гипофиза. Фоллистатин подавляет белок-мессенджер в организме, одним из которых является миостатин; подавляя миостатиновое ингибирование синтеза белка, фоллистатин способен увеличивать мышечную массу.

Эксперименты на белых мышах показали, что внутримышечные инъекции фоллистатина приводят к наращиванию мышечных объёмов и повышению силовых показателей у здоровых грызунов, а также животных с более низким весом и особей в возрасте.

Значительным минусом при применении фоллистатина, как вещества, блокирующего белок миостатин, является широкая направленность его воздействия, так как фоллистатин также угнетает действие белков-активинов, нормализующих развитие практически каждого типа клеток, в том числе и клеток половых органов, гипофиза и мышечной ткани.

Исследования на приматах, выявили, что регуляция показателей фоллистатина в геноме приносит успехи в возрастании силовых данных и мышечных объёмов.

Подобные выводы сподвигли учёных на мысль о том, что фоллистатин может вызвать увеличение мышечного слоя сердца. Однако последующие исследования опровергли подобные выводы.

Передозировка фоллистатина, особенно через инъекции, имитирует дефицит миостатина, который иначе называется «гипертрофия мышц» и наблюдается, чаще всего, у бельгийских голубых коров.

Представленная информация подтверждает тот факт, что фоллистатин - биологически активное вещество, которое может стать основой для формирования комплексных модулей и последующего их использования в технологии мясных продуктов для спортивного питания.

Гепарин

Синтезируясь в тучных клетках в виде скоплений, гепарин локализуется в печени, лёгких, стенках сосудов и других органах животных. Базофилы крови продуцируют и содержат данное биологически активное вещество, чем и обусловлена их функция в организме.

Гепарин - кислый серосодержащий гликозаминогликан, эффективное средство, направленное на разжижение крови. Действие препарата заключается в блокировке биосинтеза тромбина и уменьшении склеивания тромбоцитов. Кроме того, данное вещество способствует улучшению кровообращения, положительно действия на липемическую плазму, выводит хиломикроны из крови, снижает уровень холестерина. Считаем, что подобное вещество возможно использовать в мясной отрасли аналогично фоллистатину.

Заключение

Представленная информация демонстрирует тот факт, что в сложившихся условиях развития мясной отрасли и тенденциях функционального питания, рассмотренные биологически активные вещества весьма перспективно и актуально использовать при производстве мясных продуктов, ориентированных для людей детерминированных групп населения.