Биологически активные вещества лекарственных растений как природные компоненты, обладающие антимикробной активностью (обзор)

Своеобразное явление в растительном мире - фитонцидные свойства растений - впервые обнаружено в 1928-1930 гг. Б.П. Токиным [49; 50; 30; 52]. Термин “фитонцид” тоже предложен Б.П. Токиным; в переводе на русский язык “фитон” (греч.) означает растение, а “цид” (лат.) – свойство убивать. В настоящее время слово “фитонциды” используется только в русскоязычной литературе [60].

Постоянное и широкое применение антибиотиков и синтетических химиотерапевтических средств привело к ряду осложнений. Поэтому актуальным является разработка оригинальных антимикробных средств иной природы, с новыми свойствами и другим механизмом [49].

В последнее время во всем мире, особенно в США, Германии, Японии, Индии, России и Китае, отмечается повышенный интерес к фитопрепаратам [6]. До недавнего времени фитонциды применяли вместе с сильнодействующими антимикробными препаратами [60; 61] . Фитонциды – активные метаболиты обменных процессов; их поиск опирается на тысячелетний опыт народной медицины [30; 52]. Способность синтезировать фитонциды является общим свойством для всех растений [19].

Первым этапом в развитии учения о фитонцидах является ряд работ, проведенных в 40-х гг. ХХ в. российскими учеными [48; 49; 51; 20; 21; 49; 52; 38; 24]. На фитонцидную активность испытывались растения лекарственные и употребляемые в пищу. Токин Б.П. с учениками много внимания уделял изучению летучих фитонцидов лука и чеснока [51]. Делались попытки выделить их в чистом виде. Из некоторых растений были разработаны антимикробные препараты: сативин и препарат из бадана предложены для лечения хронической дизентерии [59; 37; 47]. Было показано, что летучие фитонциды чеснока убивают в течение 2-3 минут туберкулезную бациллу и другие микробы [51]. Высшие растения, летучие фитонциды которых убивают Protosoa , выявлены Б.П. Токиным и его сотрудниками в количестве 282 вида [52]. В отношении фитонцидности были исследованы тысячи видов растений [34]. Исследованиями Н.А. Замошниковой [18], Л.Я. Тихоновой [47], Н.Б. Плаховой [37; 38] была установлена высокая ингибирующая активность Filipendula ulmaria (L.) Maxim., Clematis angustifolia DС., Padus recemosa (Lam.)

Gilib., Raphanus sativus L., Pinus L. и многих других растений по отношению к кишечным, гнилостным и кокковым бактериям. В последующие годы изучение антимикробных свойств касалось только древесных и кустарниковых пород [25; 12; 13].

Отдельные систематические группы не равноценны в отношении фитонцидности [50; 30; 93]. Одно из наиболее фитонцидоносных семейств – Cruciferae [82; 70; 11; 83; 79]. Н.Г. Макаренко доказал, что виды, относящиеся к одному роду (таким как Saussurеа, Роtепtillа, Асопitит), в отдельных случаях характеризуются сходными антимикробными свойствами. Также представители различных родов и семейств не однозначны по особенностям биосинтеза антимикробных веществ [31]. В.С. Никитиной с соавторами [37] выявлена связь бактериостатической активности растительных фенольных соединений с величиной антиоксидантного потенциала и установлена зависимость от полярности используемого экстрагента. Видовые особенности изучаемых объектов проявляются в абсолютных величинах активности растительных экстрактов и специфике действия их на микробные тесты.

Е.М. Осборн, Е. Фрирксен и рядом других авторов изучалась флора западноевропейских стран [30], Американского континента [78; 86; 47; 97; 83], Японии [80; 85], Филиппинских островов, [94; 95], Австралии [63; 65; 64; 30], Индии [76; 77; 30].

В литературе [33] приведены экспериментальные данные по использованию растительных экстрактов против патогенных бактерий: Bacillus , Corynebacterium , Proteus , Staphylococcus [39; 29], Enterococcus , Klebsiella, Micrococcus , Escherichia , Pseudomonas и дрожжам Candida, Malassezia , Trichosporon [22].

Алтайскими учеными [31] были изучены антимикробные свойства 151 вида, из которых у 79 видов они были изучены впервые. Исследована фитонцидность введенных в культуру лекарственных растений Алтая – Риlsatilla раtепs (L.) Мill., Nереtа sibirica L., Мепthа рiреritа L. Оriganum vulgarе L. и дикорастущих луков [7; 30]. Были выявлены наиболее активные виды растений по отношению к грампо-ложительным бактериям – Нуреriсит реrforatum, Аrgimonia pilosa, Роtentilla репsуlvaniса, Р. strigosa, Р. таrtjапоvii, Р. gelidа, Р. сrапtzii, Glycyrrhiza uralensis, Р1еиrоsреrтит иrа1еnsе, Саrит саrvi, Аrсhаngеliса decurrens, Реисedапиm тоrrissопii, Aсопitum 1еисоstотит, Saussarea frо1оvii; по отношению к представителям грибной флоры Sanguisorba officinalis. Весьма устойчива к фитонцидам Escherichia coli . [80], рост которой ингибирует чеснок. Лимонный сок подавляет активность эвглены.

Таким образом, в статье Н.Г. Макаренко [30] приведены данные для более 50 % видов флоры Сибири.

В качестве фитонцидов часто выступает комплекс соединений, вторичных метаболитов. Химическая природа фитонцидов не всегда выражается в их действии [55].

Характерными представителями фитонцидов являются эфирные масла . Фитонциды пихты убивают коклюшную палочку, сосновые фитонциды губительны для палочки Коха и для кишечной палочки. Береза и тополь поражают микроб золотистого стафилококка [55]. Бактериостатическим и бактерицидным свойствами обладают биологически активные вещества женьшеня. Пахучие растения: герань, некоторые виды полыни и многие розы, не являются губительными для микробов [61] .

К фитонцидам относятся и те фракции летучих веществ, которые невозможно собрать в заметных количествах [30]. Д.И. Писаревым и О.Н. Денисенко изучен состав эфирного масла из хвои и плодов можжевельника, произрастающего на Северном Кавказе [36]. Согласно данным литературы в плодах можжевельника обыкновенного содержатся (в %): a -пинен – 33,25; β-пинен – 13,0; мирцен – 28,16; лимонен – 4,4; сабинен – 10,0; γ-мууролен – 4,22; камфен –3.6; a -терпинеол – 0,84; a -терпинен, терпинолен, a -туйен –2,0; ∆ 3 -карен, a -терпинолен – 0,84; кариофиллен, β -кадинен, γ –кадинен – 1,5. Масло хвои содержит a -пинен – 57,0; (-)β-пинен – 4,5; камфен, сабинен – 0,1–3; ∆ 3 -карен – 5,3; мирцен – 3,4; a -фелландрен – 0,1; лимонен – 0,9. Фунгицидное и антимикробное действие обнаружено у сексвитерпено-вых лактонов (караброн, карпесиолин и др.) [8]. У представителей Ranunculaсеае антимикробные свойства связаны с соединениями типа протоанемонина [30]. Он обладает значительным антимикробным действием по отношению ко многим микроорганизмам и очень токсичен для клеток высших организмов.

Литературные данные [16; 88] о природе действующего начала видов семейства Сruciferае сводятся к участию в антимикробном эффекте веществ группы изотиоцианатов (горчичные масла).

В качестве сырьевого источника полифенольных соединений перспективны растения сем. Gerani-aceae и сем. Rosaceae .

Многие из эффективных антимикробных препаратов являются галогенпроизводными ароматических соединений, в том числе фенольных липидов (ФЛ); они могут быть микробного или растительного происхождения [73; 73; 81; 84]. ФЛ высокотоксичны и трудноразлагаемы в природных системах и потому экологически небезопасны [85; 35].

Результаты работы Ю.А. Николаева [34, 35] показали, что ФЛ, не включающие атомы галогенов, как природные, так и их химические модификанты, являются эффективными антимикробными средствами. Их применение безопасно для окружающей среды; они не токсичны и могут быть разрушены микроорганизмами как любые ароматические соединения в процессе окислительной деструкции. ФЛ составляют действующее начало широко распространенных технических антисептиков лизола и детто-ла. ФЛ обладают избирательной повышенной эффективностью. Ю.А. Николаев показал связь антимикробной эффективности ФЛ с их гидрофобностью (растворимостью) и с гидрофобностью поверхностных структур клеток микроорганизмов. Наибольшей эффективностью против Staphylococcus aureus с гидрофильной клеточной стенкой обладает смесь амфифильных ди(оксифенил)-фенил-метанов (15 мг/л). Против Mycobacterium smegmatis , с гидрофобной клеточной стенкой, был более эффективен гидрофобный 2,4-диалкилоксибензол (70 мг/л). Гексилрезорцин (ГР) останавливает развитие грамположительных бактерий при концентрациях 20-50 мг/л, грамотрицательных бактерий – при 65 мг/л, M. smegmatis – при 70 мг/л, дрожжи и грибы – при 300 мг/л. ГР предотвращал прорастание бациллярных спор (25 – 100 мг/л). Он проявляет антимикробную активность в отношении вегетативных клеток и покоящихся форм бактерий при их развитии как в жидких, так и на плотных средах. Исследована зависимость антибактериального действия изомеров и гомологов алкилрезорцинов от их числа, расположения и длины алкильных заместителей [35].

Антибиотики кумариновой природы были обнаружены у представителей семейств Umbelliferае, Le-guminosае, Соmpositае [23; 26]. Несмотря на широкий спектр действия и высокую активность (1–2 мкг/мл) химически чистого аллицина , значительная его токсичность препятствует использованию [16]. Антимикробные вещества типа аллицина и его аналогов обнаружены только у видов семейства Liliaceaе [16; 71]; их антибиотическая активность может быть обусловлена и алкалоидами, гликозидами, дубильными веществами, эфирными маслами, органическими кислотами, фенольными веществами и т. д.

Среди тритерпеноидов , свободных и гликозилированных, также обнаружено большое число соединений, проявляющих антимикробную активность [8]. Одним из важных свойств стероидных спиро-станоловых гликозидов (СГ) является их способность образовывать комплексы со стеринами, благодаря чему они обладают антимикробной активностью [8]. Г.В. Лазурьевским с соавторами [27] было показано, что активность спиростаноловых гликозидов с тремя и более моносахарами (100 мкг/мл) зависит от наличия в агликоне функциональных групп и от вида микроорганизма: Staphylococcus aureus , Escherichia coli и дрожжей рода Candida. Они более высокоактивны по отношению к дрожжам, чем к бактериальным культурам. Против грамотрицательных бактерий активность спиростаноловых гликозидов значительно ниже или вовсе отсутствует [80; 81]. Фуростаноловые гликозиды и их агликоны проявляют слабую антибактериальную активность. Изучение бактериальной активности дельтонина (XXVII) и его фуроаналога дельтозида (XXVIII) из растения диоскореи показало, что в концентрации 200 мкг/мл дельтонин в отличие от дельтози-да ингибировал цитохромный участок дыхательной цепи бактериальной клетки Micrococcus lysodeikticus . Дельтозид ингибирует дыхательную цепь бактерии в концентрации на два порядка выше, чем дельтонин, а агликон диосгенин вовсе не ингибирует активность оксидаз [8].

Механизм действия СГ на мембраны прокариот связан с образованием комплекса с белковой фракцией мембран [30]. Предположительно, СГ, действуя как поверхностно активные соединения, выщепля-ют цитохромные белки клетки, что приводит к остановке работы всей дыхательной цепи и торможению активности оксидаз. Изучение антибактериального и фунгицидного действия стероидных гликозидов позволяет предположить, что их токсическое действие связано со способностью к комплексообразованию не только со стеринами мембран, но и с белками и фосфолипидами [2; 69]. Результатом взаимодействия может быть деструкция клеточной мембраны и увеличение ионной проницаемости. Была отмечена способность СГ пиростанолового ряда воздействовать на АТФ-азную активность митохондриальных мембран [45; 5; 75]. Испытание биологической активности неизученных пока видов растений на самых разных макро- и микроорганизмах, а также в системах in vitro, приведет к открытию еще большего числа изопреноидов самых разных типов строения [8].

Действующее начало чистотела большого ( Chelidonium majus L. ) – четвертичные бензофинантри-диновые алкалоиды [17] – Е.Н. Жукович с соавторами идентифицированы в экстрактах растения: хели-дамин (стилопин) – основной компонент дигидрокоптизин, сангвинарин, хелеритрин, протопин и основание Х 6 (М + 323).

Почти все гликоалкалоиды обладают фунгицидной активностью. Сравнительное изучение фунгицидной активности индивидуальных соединений и смесей гликоалкалоидов [68] показало, что главные гликоалкалоиды картофеля – соланин и чаконин проявляют максимальное ингибирующее действие в смеси; соотношение их в искусственных смесях может колебаться в значительных пределах (от 10 до 90 % каждого). Такого рода синергическое действие присуще и другим аллелохимическим веществам растений, которые в большинстве случаев представлены в них набором близких по строению соединений.

Микробные и вирусные инфекции чаще всего становятся причиной воспалительных заболеваний верхних дыхательных путей и бронхолегочных заболеваний; в этих случаях используют бактерицидные и бактериостатические растения нескольких фармакотерапевтических групп – аир, береза, зверобой, календула, шалфей, эвкалипт, дуб, горец змеиный и другие [53]. Хороший эффект дают кора дуба и ольховые шишки. Рекомендуют холодные ингаляции с чесноком, луком, хреном. Помогает масляный экстракт багульника.

Специальные исследования по установлению зависимости накопления антибиотиков от условий существования [10] у высших растений немногочисленны [96; 43; 44; 3]. А.А. Абдуллаева (1953), исследуя антимикробные свойства растений Ташкентского оазиса, отмечает, что характер местности накладывает заметный отпечаток. Виды, собранные в горах, показывают более высокую активность (в 1,5-2 раза) по сравнению с обитателями равнины. Это же установила И.С. Мелкумян [32] в Армении - антибиотические свойства растений усиливались по мере увеличения высоты произрастания с приуроченностью максимумов активности к горно-луговому поясу (2500 м). А.Н. Пряжников [39] отметил, что у большинства древесных пород (кедр, пихта, лиственница, рябина), для которых оптимальны лесорастительные условия нижних поясов, происходит снижение фитонцидности на верхнем пределе лесного пояса. В пределах изученных районов Горного Алтая [30] виды, произрастающие в условиях опустыненной степи и высокогорно-тундрового пояса, характеризуются самой низкой активностью.

Некоторые фитонциды при местном применении стимулируют рост и регенерацию поврежденных тканей [61] .

В целях сохранения истощающихся биоресурсов биологически активные соединения рационально получать, культивируя растительные клетки и ткани растений, особенно редких [8]. Большой вклад даст интродукция. Н.Г. Макаренко [30] установил, что при интродукции антимикробные свойства видов Ну-реriсит реrforatит, Sanguisorbа alpina, Glycyrrhiza uralensis,Реисеdanum morrissonii существенно не меняются. У Sanguisorbа officinale обнаружена более высокая активность в культуре, особенно по отношению к представителям грибной флоры.

Фитонциды являются фактором естественного иммунитета растений. В настоящее время всесторонне изучается природа реакции микроорганизмов на воздействие внешних химических факторов [34; 40; 17; 40; 4; 54; 66; 72; 89; 58; 67; 57; 54; 9]. Некоторые из микроорганизмов выработали адаптивные реакции против некоторых видов растений. Фитонциды – участники в теплорегуляции, стимуляторы и ингибиторы прорастания пыльцы растений.

Мы планируем провести исследование на антимикробную активность биологически активных веществ из растения Астрагал перепончатый, Astragalus membranaceus Bunge . и других растений, произрастающих в Бурятии [46].

Исследование, проведенное аспирантами Университета в Ланзоу [90], показало, что полисахариды и астрагалозиды Астрагала перепончатого имеют сильную инициирующую активность на макрофаги и секрецию интерлейкина - 1β, интерлейкина-6 и a -фактора некроза опухоли на фагоцитарной стадии иммунного ответа, направленной против действия Mycobacterium tuberculosis .

Таким образом, данные литературы свидетельствуют о широкой возможности изыскания среди растений источников высокоактивных антибиотических веществ. Увеличение числа веществ с антибактериальной активностью найдёт применение в медицине и сельском хозяйстве XXI века.