CC BY
212
Медицинские аспекты
АЛЬГОЛОГИИ
Современная номенклатура водорослей насчитывает около 40 тыс. видов, более половины имеют микроскопические размеры и характеризуются лабильным метаболизмом.
Николай Шалыго,
завлабораторией Института биофизики и клеточной инженерии НАН Беларуси, член-корреспондент
один из разделов ботаники, который изучает морфологию, анатомию, биохимию, физиологию, генетику, экологию, географическое распространение водорослей.
В зависимости от среды культивирования их биомасса может накапливать белок высокого качества, липиды, углеводы, уникальные биологически активные вещества, среди которых витамины, гормоны, анти-оксиданты и антибиотики. Такие водоросли называют хозяйственно полезными (их около 170 видов), используют в качестве кормовых и пищевых добавок, а также в медицине для профилактики и лечения ряда заболеваний [1-4].
Ведущие страны имеют обширные альгологические коллекции. Белорусская находится в Институте биофизики и клеточной инженерии Академии наук. Представлена 50 штаммами хозяйственно полезных видов, полный список которых, а также их паспортные характеристики представлены в каталогах и на сайте института [5, 6]. Ряд водорослей коллекции важны и ценны для медицины. Кратко остановимся на их описании.
Дуналиелла (Dunaliella salina) -зеленая одноклеточная водоросль. Объект массового промышленного
культивирования для синтеза витаминов, липидов, глицерина, спиртов (в частности, этанола) и антибиотиков. Особенно интенсивно используется для получения в промышленных масштабах ß-каротина (провитамина А) и полиненасыщенных жирных кислот, являющихся предшественниками простагландина и препятствующих развитию атеросклероза. По содержанию жиров (до 28%) превосходит другие водоросли.
Хлорелла (Chlorella vulgaris, Chlorella vulgaris BIN, Chlorella fusca) - одноклеточные зеленые водоросли. Используются в биотехнологии для получения белка и витаминов. При употреблении в виде таблеток или суспензии увеличивается синтез интерферона, происходит очистка крови, печени, почек, желудочно-кишечного тракта от токсинов и тяжелых металлов, возрастает снабжение кислородом клеток тела и мозга, улучшается пищеварение, нормализуется рост организма, стимулируется восстановление тканей, рН сдвигается в щелочное состояние, нормализуется сердечно-сосудистая деятельность, а в кишечнике более интенсивно
20 НАУКА И ИННОВАЦИИ | №2 (180) | Февраль 2018 |
http:// in nos fe ra. by
НИЗШИЕ РАСТЕНИЯ
развивается полезная микрофлора. Применение хлореллы рекомендуется при усталости, нарушениях сердечно-сосудистой деятельности и давления, потере памяти, высоком содержании холестерина, проблемах с пищеварением, тучности, головной боли, инфекциях, дерматитах, токсикозах, нарушениях зрения, аллергиях и как общеукрепляющее средство, повышающее иммунный статус организма. Chlorella kessleri широко используется в качестве БАДов, Chlorella pyrenoidosa -в китайской медицине, а также в роли пищевых добавок в США, Японии, Китае, Тайване и других странах, где ее называют «зеленой пищей».
Порфиридиум
(Porphyridium purpureum) -красная одноклеточная водоросль, содержащая ß-каротин, ксантофиллы, а также красный пигмент фикоэритрин и синий пигмент фикоцианин (сильный антиоксидант). Фикоэритрин применяют в иммунодиагностике и фотодинамической терапии, косметике, фармакологии и пищевой промышленности.
Осциллятория
(Oscillatoria sp) - синезеле-ная трихомная водоросль, содержащая ß-каротин и фи-коцианин.
Хлорококкум (Chlorococcum humicolum) - одноклеточная зеленая водоросль, используемая для получения кето-каротиноидов, применяю-
щихся в медицине, в производстве нутрицевтиков и продуктов питания для коррекции окислительного стресса, замедления процессов старения и профилактики системных заболеваний.
Монохризис (Monochrysis lutheri) -одноклеточная морская жгутиковая водоросль, из биомассы которой получают липиды, 27% которых представлены полиненасыщенными жирными кислотами с 20 углеродными атомами, включая арахидоно-вую, гадолеиновую и докозеновую, являющихся предшественниками простагландинов, лейкотриенов и тромбоксанов и представляющих интерес как медиаторов гормональной активности и профилактики онкозаболеваний.
Ооцистис (Oocystis sp.) - зеленая одноклеточная водоросль. Применяется в фармакологии, медицине и грязелечении.
Батрахоспермум
(Batrachospermum moniliforme) -многоклеточная водоросль. Из нее получают фикоцианин, фикоэритрин и фикоколлоиды (агар, агароид, агароза, каррагенан, агаропектин, а также альгиновую кислоту и ее соли - альгинаты, маннит, сорбит). Фикоколлоиды - уникальные продукты биосинтеза красных водорослей, широко применяются в фармацевтической промышленности.
Неохлорис (Neochlorisgelatinosa) -одноклеточная зеленая водоросль, экстракт которой получен с помощью полярных и/или неполярных растворителей, используется для похудения,особенно в косметических композициях.
Более подробно остановимся на спирулине и гематококке как водорослях, наиболее активно используемых в медицине за рубежом. Их биомассы содержат большое количество наиболее сильных анти-оксидантов фикоцианина и аста-ксантина соответственно.
Спирулина (Spirulinaplatensis) принадлежит к синезеленым трихом-ным водорослям (цианобактериям). В естественных условиях растет в водоемах с большим содержанием солей (оптимальная концентрация 2070 г/л) и достаточно высоким значением рН (9,0-10,0), то есть в водах, имеющих щелочную реакцию. В биомассе спирулины 65% белка, 10% липидов, 13% углеводов, 4% нуклеиновых кислот, 8% зольных элементов. Первый по своему качеству близок к казеину молока и включает все незаменимые аминокислоты, необходимые для роста, развития и поддержания нормального физиологического состояния человека. Спирулина содержит практически все водо- и жирорастворимые витамины: В1 (тиамин), В2 (рибофлавин), В3 (пантотеновая кислота), В6 (пиридоксин), Вс (фолиевая кислота), С (аскорбиновая кислота), Е (токоферол), Н (биотин), РР (никотиновая кислота), инозит. Также имеет большое количество каротинои-дов (до 0,4% сухой биомассы), превращающихся в витамин А, а также витамин Б (незаменимые жирные кислоты). К ним относятся арахи-доновая, линолевая и линоленовая кислоты, не синтезирующиеся в организме человека.
Большинство (74%) всех жирных кислот спирулины (пальмито-олеиновая, олеиновая, линолевая, а-
НИЗШИЕ РАСТЕНИЯ
и у-линоленовая) - ненасыщенные. Среди насыщенных жирных преобладают лауриновая, миристи-новая, пальмитиновая, маргариновая и стеариновая. Следует отметить, что в спирулине отсутствуют жирные кислоты с нечетным числом углеродных атомов, не усваивающихся организмом человека. В биомассе данной водоросли - 20 минеральных элементов, необходимых человеку, в том числе кальций, железо, магний, медь, йод и селен, в основном в форме органических соединений.
Углеводы спирулины представлены, главным образом, сложными полимерами. Полисахариды входят в состав клеток, клеточных стенок и слизистых чехлов. При этом преобладают гемицеллюлозы и пектиновые вещества. Полисахариды, выделенные из клеток спирулины, содержат рамнозу, фруктозу, галактозу, ксилозу, маннозу, глюкуроновую и галактуроновую кислоты.
Пигментный состав водоросли представлен хлорофиллом а (хлорофилл Ь отсутствует) и ка-ротиноидами. Кроме в-кароти-на, в биомассе идентифицированы уникальные кето-каротинои-ды эхиненон и гидроксиэхиненон, характерные для животных организмов. Клетки спирулины содержат большое количество пигментов фикобилинов, в основном это фикоцианин, присутствуют также аллофикоцианин и фикоэритрин. Особо следует отметить наличие большого количества фикоциа-нина (50-70 мг на 1 г сухого вещества). Именно с ним связывают фармакологические эффекты спирулины. По антиоксидантной активности фикоцианин в 20 раз превосходит аскорбиновую кислоту [7, 8].
Рис. 1. Лабораторный образец сухой биомассы спирулины, полученный в Институте биофизики и клеточной инженерии НАН Беларуси
Изучение питательной ценности биомассы спирулины, проводившееся во многих странах, показало ее полезность и целесообразность использования в рационах детского и диетического питания [9-12]. Считают, что это профилактическое и лечебное средство при атеросклерозе, миокар-диосклерозе, болезни желудочно-кишечного тракта (гепатите, циррозе печени, панкреатите, язве желудка и 12-перстной кишки), диабете, глазных болезнях (катаракте у пожилых людей, глаукоме), анемии, облысении, вызванном нарушением кровообращения, в качестве энтеросорбента токсикантов, в гериатрии. Особенно важно ее положительное действие при иммунных заболеваниях.
Важный аспект исследований -доказательство того, что при приеме спирулины с пищей фикоцианин способен преодолевать гемато-энцефалический барьер, являясь селективным ингибитором цикло-оксигеназы-2. Полагают, что гепа-топротекторное, противовоспалительное и антиартритное действия
фикоцианина хотя бы частично обусловлены его способностью инги-бировать циклооксигеназу, пере-кисное окисление липидов и нейтрализовать свободнорадикаль-ные состояния.
Из спирулины выделен суль-фополисахарид - кальций-спиру-лан, обладающий антивирусной активностью против герпеса, цито-мегаловируса, кори, свинки, гриппа А, ВИЧ-1.
Гематококк
(Haematococcuspluvialis), или гемато-коккус, - повсеместно распространенная зеленая одноклеточная водоросль, обитающая в мелких, пересыхающих в летнее время мезо-сапробных водоемах. Ее биомасса содержит белок, имеющий все незаменимые кислоты (23,62%), углеводы (38,0%), жиры (13,8%). Среди жирных кислот имеются полиненасыщенные класса омега-3, в частности эйкоза-пентаеновая. В клетках водоросли обнаружены витамины В1, В2, В3, В6, Вс, В7, В , РР, С, Е и витаминоподоб-ное вещество Ь-карнитин.
В последнее время интерес к ге-матококку существенно возрос, так как он - продуцент природного, весьма ценного и полезного по своей биохимической активности антиок-сиданта - каротиноида астаксанти-на, придающего розовую и красную окраску лососевым рыбам, креветкам и лобстерам. Астаксантин - ан-тиоксидант, который в 1 тыс. раз сильнее витамина Е, и в 40 раз - чем в-каротин. Кроме того, астаксантин обладает редкой для многих биологически активных веществ способностью проникать через гематоэн-цефалический барьер, что определяет его эффективность при профилактике и лечении заболеваний центральной нервной системы.
22 НАУКА И ИННОВАЦИИ | №2 (180) | Февраль 2018 |
http://innosfera.by
Следует отметить, что в активной стадии роста микроводоросль имеет зеленую окраску и находится в постоянном движении. Ее пигментный состав представлен хлорофиллом а, Ь и каротино-идами - лютеином и ^-каротином, составляющими 75-80 %и 10-20% от суммы каротиноидов соответственно. Попадая в неблагоприятные условия или при недостатке питательных веществ водоросль переходит в стадию покоя, образуя апланоспоры и начиная в огромных количествах производить ка-ротиноид астаксантин для защиты от ультрафиолета и окислительного повреждения. В этой стадии микроводоросль накапливает до 1540 г астаксантина на 1 кг сухой биомассы и приобретает ярко-красную окраску.
По сравнению с в-каротином астаксантин имеет два дополнительных атома кислорода, что увеличивает антиоксидантные свойства астаксантина и придает ему уникальные качества, не присущие никаким другим каротиноидам.
Астаксантин весьма ценен для медицины и успешно используется для лечения и профилактики различных заболеваний. Известны многочисленные положительные результаты медико-биологических, фармакологических исследований, демонстрирующих высокую эффективность применения этой микроводоросли при лечении и профилактике заболеваний, связанных с нарушениями деятельности иммунной, эндокринной, пищеварительной, сердечно-сосудистой и нервной систем животных и человека. В отличие от в-каротина астаксантин не является провитамином А, поэтому норму его суточного потребления по медицинским
Рис. 2. Лабораторные образцы зеленой суспензии гематококка и суспензии гематококка, обогащенной астаксанти-ном, полученные в Институте биофизики и клеточной инженерии НАН Беларуси
показаниям можно увеличивать
до 20 мг в сутки без угрозы побочных эффектов.
Промышленного производства водорослей в Республике Беларусь нет, за исключением изготовления суспензии хлореллы в качестве кормовой добавки [13]. Спирулина закупается за рубежом, в основном для фармацевтической промышленности - получения хлорина е6 -активного вещества отечественного
препарата «Фотолон», современного фотосенсибилизатора, используемого в онкологии и офтальмологии для фотодинамической терапии [14]. Выбор спирулины в качестве сырья обусловлен высоким содержанием в ее биомассе хлорофилла а при полном отсутствии хлорофилла b, это позволяет получать хлорин е6 с минимальным количеством примесей.
В рамках функционирования Республиканского центра альгологии, созданного на базе лаборатории биофизики и биохимии растительной клетки Института биофизики и клеточной инженерии, планируется организовать производственный участок для получения биомассы Spirulina platensis. Планируется также проведение цикла работ для получения биомассы гематококка, обогащенного астаксанти-ном, и биомассы спирулины, обогащенной йодом и селеном.
Разработаны методы культивирования в лабораторных условиях (рис. 1), получены образцы сухой биомассы «белорусской спирулины», а также лабораторные образцы суспензии Haematococcus pluvialis, обогащенной астаксанти-ном (рис. 2). СИ
ЛИТЕРАТУРА
1. Вассер С.П. Водоросли: Справочник,- Киев, 1989.
2. Макарова Е.И., Отурина И.П.,.Сидякин А.И. Прикладные аспекты применения микроводорослей - обитателей водных экосистем // Экосистемы, их оптимизация и охрана. 2009. №20. С. 120-133.
Шалыго Н.В. Хозяйственно полезные виды водорослей и их использование в народном хозяйстве: Научно-аналитический доклад.- Мн., 2007. Мельников С.С., Мананкина Е.Е. Медицинские аспекты использования спирулины // Весц НАНБ. Серыя мед. навук. 2008. №2. С. 121-126. Мельников С.С., Мананкина Е.Е., Будакова Е.А., Шалыго Н.В. Каталог генетического фонда хозяйственно полезных видов водорослей.- Мн., 2011. Шалыго Н.В., Мельников С.С., Мананкина Е.Е., Будакова Е.А. Каталог национального генетического фонда хозяйственно полезных расте-
ний.- Мн., 2012.
Romay C., Gonzalez R.J. Phycocya nin is an antioxidant protector of human erythrocytes against lysis by peroxyl radicals // J. Pharm. Pharmacol. 2000. Vol. 52. P. 367-368.
Hirata T., Tanaki M., Ooike M., Tsunomura T., Sagakuchi M. Antioxidant activities of phycocyanobillin prepared from Spirulina platensis // J. Appl. Phycol. 2000. Vol. 3. P. 435-439.
9. Евец Л.В., Ляликов С.А., Макарчик А.В. Spirulina как средство, нормализующее адаптационные возможности организма детей, подвергающихся длительному действию малых доз радиации // Здравоохранение Беларуси. 1992. №7. С. 11-12.
Полный список литературы размещен на сайте.
http://innosfera.by/2018/02/algology
