Хелатные комплексы на основе малых молекул растительного происхождения как аналог антибиотическим препаратам
Журнал: Сельскохозяйственная биология @agrobiology
Рубрика: Физиология, биохимия и питание
Статья в выпуске: 4 т.61, 2026 года.
Бесплатный доступ
Проблема распространения множественной лекарственной устойчивости, и, как следствие, введение запретов на применение антибиотиков в животноводстве в терапевтических целях и в качестве стимуляторов роста побуждают к активному поиску альтернативных стратегий защиты животных от патогенной микрофлоры, сочетающих возможности модуляции структуры и активности микробиоты желудочно-кишечного тракта, интенсификации пищеварительных процессов и повышения обеспеченности организма макро- и микроэлементами (S. Zheng с соавт., 2025). Особое внимание в настоящее время уделяется синтезу и апробации различных кормовых добавок (наночастиц, подкислителей, пробиотиков и т.д.) (R. Islam с соавт., 2022; H. Alaoui Mdarhri с соавт., 2022). Особенно интересны хелатные комплексы эссенциальных микроэлементов, синтезированные на основе малых молекул растительного происхождения, которые сочетают антимикробный потенциал фитобиотиков и высокую биодоступность минералов (H. Rajaei-Sharifabadi с соавт., 2024). В настоящей работе впервые были синтезированы и охарактеризованы хелатные комплексы ванилина с эссенциальными микроэлементами (Zn, Co, Cu) для применения в качестве альтернативы кормовым антибиотикам. Установлены нетривиальные эффекты модуляции антимикробной активности, обусловленные процессами хелатирования: усиление или пролонгирование действия, а также способность сверхмалых доз этих комплексов (особенно Van2Zn и Van2Co) достоверно повышать переваримость сухого вещества корма. Целью работы стал химический синтез металлорганических комплексов на основе ванилина и оценка их эффективности в качестве альтернативы антибиотикам, а также определение их влияния на переваримость сухого вещества корма в системе искусственного рубца. Исследование проводили на базе Центра коллективного пользования ФГБНУ ФНЦ БСТ РАН в 2025 году. Для синтеза металлорганических комплексов при контролируемых значениях pH и температуры использовали ванилин («Bide Pharmatech Co., Ltd.», Китай), хлориды меди (ЗАО «ВЕКТОН», г. Санкт-Петербург), цинка и кобальта (ОАО «ОХК «Уралхим»», г. Москва). Результативность синтеза подтверждали методом ИК-спектроскопии (ООО «Инфраспек», Россия). Антибиотическую активность оценивали в тесте ингибирования бактериальной люминесценции на модели рекомбинантного штамма Escherichia coli K12 TG1 (АО «НВО ИММУНОТЕХ», Россия). Влияние на рубцовое пищеварение изучали в системе искусственного рубца ANKOM Daisy II («ANKOM Technology Corp.», США), рассчитывая коэффициент переваримости сухого вещества корма. В работе были синтезированы металлорганические комплексы на основе ванилина с цинком (Van2Zn), кобальтом (Van2Co) и медью (Van2Cu). Установлено, что комплексообразование ванилина с ионами металлов происходит через фенокси-кислород, что подтверждалось изменением полос поглощения в области 3100-3500 см−1 и появлением полос Me-O в низкочастотной области. В тесте на E. coli K12 TG1 показано, что хелатирование позволяет модулировать антимикробные свойства исходных компонентов: Van2Cu превосходил по антибиотическому эффекту CuCl2 (минимальная ингибирующая концентрация снижалась на три порядка), Van2Zn продемонстрировал пролонгированный бактериостатический эффект, сопоставимый с действием ZnCl2, а Van2Co в субтоксических дозах (ниже 9,77×10−2 мг/мл) стимулировал метаболическую активность бактерий, повышая интенсивность свечения до 154,4 % по нормализованному относительному значению биолюминесценции. Внесение синтезированных комплексов в среду искусственного рубца в сверхмалых дозах сопровождалось повышением коэффициентов переваримости сухого вещества корма в опыте с Van2Zn (4,77×10−5 мг/мл) и Van2Co (3,81×10−4 мг/мл) на 7,96 % (p = 0,012) и 4,50 % (p = 0,012), соответственно. В опыте с Van2Cu изменения были недостоверными. Полученные данные свидетельствуют, что хелатирование микроэлементов с применением ванилина сопровождается модуляцией биологических свойств минеральных солей при сохранении их антибиотических эффектов. Комплексы Van2Zn и Van2Co могут рассматриваться как многофункциональные кормовые добавки с антибиотическим эффектом, способствующие повышению эффективности пищеварения.
Короткий адрес: https://sciup.org/142248609
IDS: 142248609 | УДК: 636.087.7 | DOI: 10.15389/agrobiology.2026.4.719rus
Chelate complexes based on small molecules of plant origin as an analogue to antibiotic drugs
The problem of the multidrug resistance spread, and, as a result, the introduction of bans on the antibiotics use in livestock for therapeutic purposes and as growth stimulants, leads to an active search for alternative strategies to protect animals from pathogenic microflora, combining the possibilities of modulating the gastrointestinal tract microbiota structure and activity, intensification of digestive processes and increasing the body's supply of macro- and microelements (Zheng S. et al., 2025). In this regard, special attention of the scientific community today is paid to the various feed additives synthesis and testing (nanoparticles, acidifiers, biotics, etc.) (Islam R. et al., 2022; Alaoui Mdarhri H. et al., 2022). Among the latter, essential trace elements chelated complexes synthesized on the basis of small molecules of plant origin, which combine the antimicrobial potential of phytobiotics and the high bioavailability of minerals, are particularly interesting (Rajaei-Sharifabadi H. et al., 2024). In this study, for the first time, vanillin chelate complexes with essential trace elements (Zn, Co, Cu) were synthesized and characterized in the context of their use as an alternative to feed antibiotics. Non‑trivial effects of modulation of antimicrobial activity, caused by chelation processes, were established, and the ability of ultra‑low doses of these complexes (especially Van2Zn and Van2Co) to reliably increase the digestibility of dry feed matter was demonstrated. Thus, the purpose of the presented work was the chemical synthesis of metal-organic complexes based on vanillin and the evaluation of their effectiveness as an alternative to antibiotics in the test of inhibition of bacterial luminescence and the effect on the dry matter digestibility in the artificial rumen system. The study was conducted on the basis of the Center for Collective Use of the FSSI FRC BST RAS in 2025. Vanillin (Bide Pharmatech Co., Ltd., China), copper chlorides (CJSC «VECTON», St. Petersburg), zinc and cobalt (OJSC «UCC «Uralchem»», Moscow) were used for the synthesis of organometallic complexes at controlled pH and temperature values. The synthesis results were confirmed by IR spectroscopy (Infraspec, Russia). The antibiotic activity was evaluated in a bacterial luminescence inhibition test using a model of the recombinant Escherichia coli K12 TG1 strain («SIS IMMUNOTECH», Russia). The effect on rumen digestion was studied in the ANKOM Daisy II artificial rumen system (ANKOM Technology Corporation, USA), calculating the coefficient of dry matter digestibility. In this work, organometallic complexes based on vanillin with zinc (Van2Zn), cobalt (Van2Co), and copper (Van2Cu) were synthesized. It has been established that the complexation of vanillin with metal ions occurs through phenoxy-oxygen, which is confirmed by a change in absorption bands in the region of 3100-3500 cm−1 and the appearance of Me-O bands in the low-frequency region. The Escherichia coli K12 TG1 test showed that chelation modulates the antimicrobial properties of the initial components: Van2Cu exceeded the initial CuCl2 in antibiotic effect (the minimum inhibitory concentration decreased by three orders of magnitude), Van2Zn demonstrated a prolonged bacteriostatic effect comparable to that of ZnCl2, and Van2Co in subtoxic doses (below 9.77×10−2 mg/ml) stimulated the metabolic activity of bacteria, increasing the luminescence intensity to 154.4 % according to the normalized relative value of bioluminescence. The introduction of the synthesized complexes into the artificial rumen medium in ultra-low doses was accompanied by an increase in the dry matter digestibility coefficients in the experiment with Van2Zn (4.77×10−5 mg/ml) and Van2Co (3.81×10−4 mg/ml) by 7.96 % (p = 0.012) and 4.50 % (p = 0.012), respectively. In the experiment with Van2Cu the changes were unreliable. The obtained data indicate that chelation of trace elements using vanillin is accompanied by modulation of the biological properties of mineral salts while maintaining their antibacterial effects. Van2Zn and Van2Co complexes can be considered as multifunctional feed additives with an antibiotic effect that enhance digestive efficiency.
