Фотозащитные свойства экстрактов из культивируемых и дикорастущих макромицетов

Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice

УДК 577.355:630*813.2:582.28                       

В последние десятилетия из-за истощения озонового слоя население Земли подвергается более интенсивному облучению ультрафиолетом А и В (УФ-А и УФ-В) [1]. Хроническое воздействие УФ-излучения на кожу вызывает фотостарение, иммуносупрессию, накопление генетических изменений и, в конце концов, приводит к возникновению опухолей кожи [2]. Повреждения кожи инициируются и развиваются во многом благодаря окислительным процессам, связанным с образованием свободных радикалов. Поэтому для защиты кожи от ультрафиолета используют как собственно фотозащитные средства, так и различные антиоксиданты.

Рост продаж солнцезащитных средств во всем мире свидетельствует, что существует понимание опасности явлений, сопутствующих загару. Основной коммерчески маркируемый показатель SPF (Sun Protection Factor) характеризует фотозащиту в диапазоне 290–320 нм, то есть в области УФ-Б. Между тем, с длинноволновым ультрафиолетом УФ-А (320–400 нм) связывают фотостарение кожи, сухость, потерю эластичности, увеличение количества морщин, появление пигментных пятен и др. Поэтому актуальным является поиск средств, обеспечивающих эффективную защиту от всего ультрафиолета, достигающего поверхности Земли (УФ-А и, частично, УФ-Б).

Наиболее важными биологическими критериями эффективной фотозащиты в настоящее время признаются: фильтрующая активность в отношении УФ-А и УФ-Б; антиоксидантная активность и антимутагенная активность; химическая стабильность активных соединений. В солнцезащитных составах часто используют: оксиды металлов, синтетические полимеры, различные ксенобиотики. Все они имеют следующие основные недостатки: ограниченные спектры поглощения, риск фотоаллергии и контактной аллергии, изменчивая устойчивость в воде. Синтетические солнцезащитные средства могут вызывать побочные эффекты, такие как раздражение кожи, аллергия и эндокринные нарушения [3, 4], тогда как вещества, выделенные из растений, грибов и других организмов, способны поглощать ультрафиолет и проявлять антиоксидантную активность [3]. Поэтому усилия исследователей сосредоточены на поиске многофункциональных соединений или смесей, которые проявляют вышеуказанную биологическую активность.

Использование различных экстрактов и природных молекул в области защиты от солнца представляет собой трендовую тенденцию современной косметической промышленности. Возрос спрос потребителей на «зеленые», или «натуральные» ингредиенты. Соответственно, появились исследования, демонстрирующие фотозащитную активность натуральных продуктов.

Перспективной группой соединений, вырабатываемых организмами, обитающими в природе, являются вторичные метаболиты. Синтез таких метаболитов часто является специфической реакцией продуцирующих организмов на определенные факторы окружающей среды, что способствует успеху их жизненной стратегии. Выделен ряд организмов, выработавших фотоадаптивные механизмы, в том числе — пути синтеза антиоксидантов и поглотителей ультрафиолета. При этом нельзя утверждать, что грибы, растения и животные, чьи вторичные метаболиты в настоящее время активно используются в производстве солнцезащитных средств, обязательно обитают в условиях крайне высоких, или хотя бы повышенных доз ультрафиолетового облучения. Общим свойством веществ, экранирующих УФ-излучение, является наличие π-электронных систем, возникающих в структурах с сопряженными связями, как алифатических, так и ароматических, циклических и гетероциклических. К таким веществам относятся фенольные кислоты, флавоноиды, полифенолы, терпеноиды и микоспориноподобные аминокислоты, выделенные из беспозвоночных животных, водорослей, растений и грибов, — культивируемых и дикорастущих.

Состав и некоторые свойства вторичных метаболитов высших грибов описаны в [5]. Экспериментальная статья посвящена фотозащитным свойствам этилацетатных, этанольных и водных экстрактов из культивируемого мицелия Ophiocordyceps sinensis (Кордицепс китайский) [6]. Показано, что SPF экстрактов составлял 3,1÷25,4.

Солнцезащитные субстанции тестируют in vivo и in vitro . Первый подход является общепринятым и обязательным при принятии решения о допуске косметической композиции на рынок. Методы тестирования in vivo являются длительными в исполнении, дорогостоящими, этически не безупречными, требующими определенного количества добровольцев обоего пола с соответствующим типом кожи. Методы in vitro , не заменяя собой процедур in vivo , необходимы на всех этапах разработки солнцезащитного средства, прежде всего – при отборе организмов, экстрактов из них и индивидуальных соединений по показателям фотозащитной и антиоксидантной активности. Нами показана фотозащитная активность экстрактов из листоватых и кустистых видов лишайников [7]. В настоящей работе приводятся результаты оценки фотопротекторных свойств некоторых культивируемых и дикорастущих видов грибов.

Методы исследований

Для исследования были выбраны четыре вида культивируемых макромицетов: Трутовик лакированный ( Ganoderma lucidum (Curtis) P. Karst.), гриб Рейши; Ежовик гребенчатый ( Hericium erinaceus (Bull.) Pers.), «обезьянья голова»; Лентинула съедобная ( Lentinula edodes (Berk.) Pegler), шиитаке; Вешенка обыкновенная ( Pleurotus ostreatus (Jacq.) P. Kumm.); и четыре дикорастущих вида: Трутовик настоящий ( Fomes fomentarius (L.) Fr.)); Трутовик плоский ( Ganoderma applanatum (Pers.) Pat.); Трутовик скошенный ( Inonotus obliquus (Fr.) Pilát), чага; Трихаптум двоякий ( Trichaptum biforme (Fr.) Ryvarden) — Рисунок 1.

Рисунок 1. Объекты исследования [8]

Сухую биомассу плодовых тел грибов измельчали, экстрагировали этанолом по Сокслету, растворитель удаляли путем ротационного испарения, сухие экстракты использовали для изучения фотозащитных свойств. Выход экстрактов составил 29,2%; 25,0%; 11,5% и 9,1% для H. erinaceus, L. edodes, G. lucidum и P. ostreatus, соответственно; 16,5%; 2,6%; 2,3% и 5,1% для I. obliquus, F. fomentarius, T. biforme и G. applanatum, соответственно.

Определение величины солнцезащитного фактора (SPF) полученных экстрактов выполняли методом скрининга in vitro [9]. Навеску экстракта массой 0,05 г растворяли в 50 мл этанола, фильтровали. Аликвоту 5 мл переносили в колбу на 25 мл, доводили этанолом до метки. Определяли оптическую плотность растворов в диапазоне длин волн от 290 нм до 320 нм с шагом в 5 нм, используя этанол в качестве раствора сравнения. Средством измерения служил УФ-спектрофотометр Solar РВ 2201, измерительные кюветы — кварцевые. Величину SPF оценивали по формуле Мансура [10]:

SPF = CFx X220EE(A) x I (A) x Abs(A);

где: CF — поправочный коэффициент (равен 10); ЕЕ (λ) — спектр эритемного эффекта; I (λ) — спектр солнечной интенсивности; Abs(λ) — оптическая плотность образца. Величина ЕЕ (λ) × I (λ) является константой [10].

Одновременно для каждого образца снимали спектр поглощения в диапазоне λ = 290÷400 нм.

Критическую длину волны образцов определяли по формуле [11, 12]:

Г ^ КПИТ                            /*400НМ

2. 90 H_M^Abs(A) ^ ^A = ^{0,9 X} J 290 нм ^Abs(A'^{) ;}

где: Abs(λ) – оптическая плотность образца.

Площадь под кривой спектра поглощения в диапазоне λ = 290÷400 нм принимали за 100%; λ крит рассчитывали как длину волны, при которой данная площадь достигает 90% [11, 12].

Соотношение УФ-А/УФ-Б рассчитывали по [11, 12]:

УФ - А /УФ-

г 400 нм    гтлл

J 320 ни Abs^dl

^Б   £2₀°нММ^АЬ<№

Анализ результатов исследования производили с помощью программного продукта Microsoft Excel.

Результаты и их обсуждение

Растворенные в этаноле экстракты плодовых тел грибов показали различную активность в поглощении ультрафиолета (Рисунок 2). Все проанализированные экстракты из грибов сильнее поглощали УФ-Б, чем УФ-А. Экстракты из трутовиков настоящего и плоского ( F. fomentarius и G. applanatum ) отличались максимальными уровнями поглощения.

При оценке эффективности фотозащитных субстанций по величине SPF приняты следующие 6 критериев: уровень фотозащиты считается низким при SPF = 2÷6; средним – при SPF = 8÷12; высоким — при SPF = 15÷25; очень высоким — при SPF = 30÷50; сверхвысоким — при SPF > 50 [11].

Важным критерием эффективности фотозащитного средства является величина критической длины волны — значения, при котором площадь по кривой спектра поглощения в диапазоне λ = 290÷400 нм достигает 90% от максимального значения [11]. Для классификации показателя λкрит предложена пятибалльная шкала эффективности: 0 (λкрит<325); 1 (325<λкрит<335); 2 (335<λкрит<350); 3(350<λкрит<370) и 4(370<λкрит). Только средства с λкрит>370 нм и SPF>15,0 признаются солнцезащитными [11].

Рисунок 2. Спектры поглощения этанольных экстрактов из плодовых тел макромицетов

Показатель УФ-А/УФ-Б является мерой широты защитных свойств тестируемой субстанции. По величине УФ-А/УФ-Б солнцезащитные средства делятся на слабые (0÷0,2); средние (0,2÷0,4); хорошие (0,4÷0,6); превосходные (0,6÷0,8) и максимальные (0,8 ≥) [11, 12].

Установленные параметры фотозащиты для этанольных экстрактов из плодовых тел изучаемых видов макромицетов представлены в Таблице.

Таблица

ФОТОЗАЩИТНЫЕ СВОЙСТВА ЭТАНОЛЬНЫХ ЭКСТРАКТОВ

ИЗ ПЛОДОВЫХ ТЕЛ МАКРОМИЦЕТОВ

Виды грибов	SPF, абс. ед.	Критическая длина волны, нм	УФ-А/УФ-Б, абс. ед.
Культивируемые макромицеты
G. lucidum	4,3 ± 0,39	382 ± 7,9	1,31 ± 0,12
H. erinaceus	2,3 ± 0,34	365 ± 4,2	0,68 ± 0,07
L. edodes	4,7 ± 0,25	377 ± 5,6	1,05 ± 0,09
P. ostreatus	2,4 ± 0,17	370 ± 4,9	0,78 ± 0,08
Дикорастущие макромицеты
F. fomentarius	40,1 ± 2,38	375 ± 4,9	1,39 ± 0,24
G. applanatum	2,4 ± 0,17	382 ± 7,4	0,78 ± 0,08
I. obliquus	14,8 ± 1,03	379 ± 5,4	1,28 ± 0,18
T. biforme	35,9 ± 2,26	363 ± 6,2	1,32 ± 0,21

Несмотря на показатели λ крит с балльностью 3÷4, превосходные и максимальные уровни УФ-А/УФ-Б, экстракты из плодовых тел культивируемых макромицетов не являются фотозащитными по причине низкого уровня SPF. Довольно малые значения оптической плотности растворов экстрактов в области УФ-А и УФ-Б не позволяют отнести данные экстракты к перспективным в качестве добавок к другим субстанциям, где поглощение УФ-Б велико, а УФ-А — мало, как это часто имеет место с экстрактами из лишайников [7].

Среди дикорастущих макромицетов свойствами, аналогичными описанным выше, обладают этанольные экстракты из плодовых тел трутовика плоского ( G. applanatum ). Экстракты из трихаптума двоякого ( T. biforme ) проявляли фотозащитные свойства, аналогичные таковым, установленным нами для некоторых видов лишайников [7]: хорошо поглощали УФ-Б, и гораздо слабее — УФ-А. Тем не менее, данные экстракты могут быть полезными при создании фотозащитной композиции из экстрактов лишайника и гриба. Оптические свойства экстрактов из гриба чаги ( I. obliquus ) приближаются к фотозащитным, и могут быть усилены повышением концентрации экстракта в фотозащитной субстанции. В полной мере соответствовали критериям фотозащитности экстракты трутовика настоящего ( F. fomentarius ). Если в перспективе будет установлено отсутствие цитотоксичности данного экстракта в отношении кератиноцитов и других клеток кожи, трутовик настоящий может быть рекомендован в качестве источника солнцезащитных соединений, несмотря на довольно скромный выход экстрактов.

Выводы

Методом скрининга in vitro установлено, что этанольные экстракты из плодовых тел культивируемых макромицетов Ganoderma lucidum, Hericium erinaceus, Lentinula edodes и Pleurotus ostreatus, а также дикорастущего Ganoderma applanatum обладают низким уровнем фотозащиты по величине SPF, балльностью по λ крит = 3÷4, превосходными и максимально эффективными показателями УФ-А/УФ-Б. Экстракты из плодовых тел Trichaptum biforme не являются фотозащитными по критерию λ крит < 370 нм. Впервые установлено, что этанольный экстракт из Fomes fomentarius обладает солнцезащитными свойствами: SPF = 40,1 ± 2,38; λ крит = 375 ± 4,9 нм; УФ-А/УФ-Б = 1,39 ± 0,24.