Взять, к примеру, водоросли. Низшие растения, произрастающие на дне водоемов, с древних времен привлекали внимание человека. Уже много лет из этого природного сырья производят продукты питания, удобрения и биопрепараты. Их изучение не останавливается: в свете распространения новых вирусных инфекций ученые возлагают на морские водоросли особые надежды. По мнению представителей научного сообщества, водоросли – источник лекарств будущего от многих опасных заболеваний.
Знакомьтесь – Phaeophyceae!
Бурые водоросли (Phaeophyceae), о которых пойдет речь в статье, встречаются во многих морях и океанах Земного шара. Запасы макрофитов достаточно велики, и очевидно, что водорослей человечеству при рациональном использовании хватит надолго. Такие водоросли как класс (из отдела охрофитовых водорослей) включает в себя более 1500 видов. Об этом по просьбе GoArctic рассказала руководитель научно-исследовательской группы биохимии и технологии гидробионтов Мурманского морского биологического института (ММБИ) Российской академии наук, кандидат фармацевтических наук Екатерина Облучинская.
«Большинство бурых водорослей обитает в приполярных и умеренных широтах, – отметила эксперт. – Однако есть и те, которые растут в теплых водах. Человеком используется около десяти видов бурых водорослей, наиболее широко – ламинариевые, известные как морская капуста».
Бурые водоросли предпочитают прохладную и богатую кислородом воду. Чаще всего их можно увидеть на скалистых берегах в приливной зоне, где они подвергаются воздействию не только воды, но и воздуха с солнечным светом. Изучение водорослей в Мурманском морском биологическом институте началось в 70-х годах прошлого века.
«Со временем накопились сведения о потенциальной пользе биологически активных веществ из водорослей, – объяснила кандидат фармацевтических наук. – Вскоре стало понятно, что без специальных подходов к сбору и получению биологически активных веществ обойтись уже невозможно».
Фукус пузырчатый (Fucus Vesiculosus). Фото: Мурманский морской биологический институт РАН
Xимический состав водорослей очень разнообразен: они содержат особые соединения, которые не встречаются в других водорослях и растениях суши.
«В первую очередь, это полисахариды – альгинаты и фукоиданы, – подчеркнула сотрудник ММБИ. – Эти вещества являются аналогами растительных полисахаридов (крамал, инулин, пектин), а также таких соединений животного происхождения как желатин и гепарин. Интерес представляют и растительные белки – сейчас они набирают популярность среди приверженцев вегетарианства. Следует отметить аминокислотный состав водорослей. Он включает большое количество глутаминовой кислоты, которая отвечает за особые вкусовые качества водорослей. Нельзя не сказать и о большом количестве йода – в органической легко усваиваемой форме, который может быть использован для лечения йододефицитного состояния. Также водоросли богаты витаминами, макро и микроэлементами, полифенолами».
По словам руководителя научно-исследовательской группы ММБИ РАН, все перечисленные соединения обладают не только широким спектром активности, но и высоким содержанием – особенно в свежих водорослях. В то же время полезный состав растений может меняться – в зависимости от условий, в которых произрастают водоросли, сбора, а также способов переработки сырья.
«В нашем регионе (Мурманская обл. – прим.ред.) большинство фитохимических показателей, которые мы анализируем в водорослях, высоко в течение круглого года, – пояснила ученый. – Однако, когда водоросли подвергаются переработке, в том числе высокотемпературной – например, при приготовлении салата, – большинство соединений либо уменьшается в своем количестве, либо разрушается. Поэтому целью наших исследований и исследований ученых всего мира является сохранение в высокоактивной форме этих соединений и разработка препаратов, которые могут с высокой биологической доступностью доставлять необходимые компоненты органам-мишеням, то есть лечить конкретные заболевания».
Фото: Мурманский морской биологический институт РАН
Всемогущие фукоиданы
Несмотря на очевидную пользу бурых водорослей, их использование в пищевой промышленности и медицине развивается не слишком активно.
«К нам регулярно обращаются представители предпринимателей, которые заинтересованы как в добыче водорослей, так и в их переработке, – отметила Екатерина Облучинская. – В целом, сейчас интерес возрастает, но, с одной стороны, объем добычи водорослей значительно снизился по сравнению с советским периодом, с другой – требования к качеству сырья сильно возросли. Этот сектор в Мурманской области развит слабо».
Тем временем в соседней Норвегии есть даже отдельные предприятия по получению компонентов из водорослей.
«Например, во всем мире очень высоко ценится альгинат из водорослей Ламинария гиперборея (северная), – прокомментировала эксперт. – Но научных групп, целенаправленно занимающихся изучением биологически активных веществ водорослей в Норвегии немного, и их активность невысока – по сравнению, например, с Кореей, Китаем или Великобританией».
Мурманских ученых больше интересуют и другие вещества, содержащиеся в водорослях.
«В первую очередь, это сульфатированные полисахариды бурых водорослей, – отметила Екатерина Облучинская. – Среди них выделяются фукоиданы. Их основным компонентом является моносахарид фукоза. Можно назвать его аналогом глюкозы или фруктозы. Фукоиданы образуют длинные полимерные цепочки с включением сульфатных групп. Как раз с наличием сульфатных групп и связывают высокую активность этих полисахаридов».
Каждый вид водорослей имеет свой, отличный от других водорослей тип фукоидана, однако некоторые свойства являются общими.
«Наиболее активным считается фукоидан, получаемый из Фукуса пузырчатого, который произрастает в большом количестве в зонах отлива Баренцева моря, – объяснила эксперт. – Коммерческий аналог такого фукоидана очень дорогой, и он является золотым стандартом для всех фукоиданов в мире. В морях Дальнего Востока растет другой вид водорослей, содержащий активный фукоидан – Фукус исчезающий. На его основе наши коллеги, ученые из Тихоокеанского института биоорганической химии им. Г. Б. Елякова ДВО РАН, получают биопрепарат с сильными иммуномодулирующими свойствами.
Вообще, по нашим данным, как и по данным наших иностранных коллег, фукоиданы обладают не только иммуномодулирующими свойствами, но и противовоспалительными, антиоксидантными (замедляющими окисление – прим. ред.) и антикоагулянтными (угнетающими активность свертывающей системы крови – прим. ред.) свойствами».
Фукоидановая мазь. Фото: Мурманский морской биологический институт РАН
Еще одна группа полисахаридов, содержащаяся в бурых водорослях – это альгинаты.
«Это соли альгиновой кислоты, – продолжила ученый. – Основные компоненты – уроновые кислоты, которые образуют полимерные цепочки. В зависимости от соотношения уроновых кислот это могут быть очень хорошо структурирующие вещества, которые способны образовывать гели, студни и кисели, эффективные сорбенты, а также источники необходимых для организма элементов – натрия, калия, магния. Напрямую альгинаты не обладают противовирусными свойствами, однако за счет их пребиотических и других свойств они могут с успехом комбинироваться с противовирусными препаратами и оказывать благоприятное влияние».
Еще ряд веществ в составе бурых водорослей, обладающих потенциальной противовирусной активностью – это полифенолы и каротиноиды. В частности, фукоксантин является очень активным антиоксидантом.
«Активность полифенолов различна, – прокомментировала представитель ММБИ. – И одним из видов активности является антиоксидантная активность. Есть работы, посвященные противораковой активности, однако следует подчеркнуть, что способ выделения, вид водорослей также влияет на активность соединений».
Фото: Мурманский морской биологический институт РАН
Борьба с вирусами
Как считают в ММБИ, потенциал бурых водорослей в лечении вирусных заболеваний недооценен. И сегодня, в свете появления новых опасных инфекций, стоит обратить пристальное внимание на растения, обладающие действительно уникальными свойствами.
«При заражении клетки вирусом, еще на первом этапе, он должен абсорбироваться на клеточной мембране и проникнуть в клетку, чтобы далее зараженная клетка начала производить так называемое вирусное потомство, – объяснила Екатерина Облучинская. – Если говорить об исследованиях, которые были проведены на веществах из водорослей, то большая их часть была посвящена исследованию противовирусной активности фукоидана. Показано, что фукоидан из разных видов водорослей ингибирует абсорбцию и последующую репликацию вируса в клетках за счет определенных рецепторов, которые взаимодействуют с протеинами вируса, тем самым препятствуя слиянию клеточной и вирусной мембран и способствуют защите клеток».
Ученые из уже упомянутого Тихоокеанского института биоорганической химии совместно с клиницистами и медиками доказали: фукоиданы обладают выраженной противовирусной активностью в отношении возбудителей иммунодефицита человека, простого герпеса, пищевого энцефалита, различных форм птичьего гриппа и геморрагической лихорадки с почечным синдромом. Бурые водоросли, по информации ученых, способны помочь и в лечении новой коронавирусной инфекции.
«Уже есть данные, что новый вирус – COVID-19 – может вызывать у некоторых заболевших так называемый цитокиновый шторм (летальная реакция иммунной системы – прим. ред.), – сообщила эксперт. – У фукоиданов есть набор функций, который может препятствовать выработке цитокинов. Кроме того, не стоит забывать и об антиоксидантном действии фукоиданов».
В ММБИ уверены: распространение вирусных, в том числе и малоизученных инфекций, приведет к тому, что бурые водоросли станут активнее использоваться в производстве лекарственных препаратов.
«Когда исследователи исчерпают арсенал уже созданных и зарегистрированных препаратов, наступит время и для противовирусных средств природного происхождения, – отметила Екатерина Облучинская. – Пока лидирует вера в силу и эффективность синтетических препаратов. В то же время ученые не прекращают изучение полезных свойств бурых водорослей и веществ, которые в них содержатся. В нашем Институте в исследованиях пошли дальше: разработали оригинальную технологию получения фукоидана. Уникальность технологии заключается в применении подходов «зеленых технологий» с интенсификацией процессов экстракции. Полученный по запатентованной технологии фукоидан обладает высокой активностью, и она, по нашим данным, выше, чем у фукоидана, полученного традиционным способом».
Препарат мурманских ученых уже прошел доклинические испытания как антикоагулянтное, иммуномодулирующее и противовоспалительное средство.
«Мы прошли большой путь и, конечно, готовы к сотрудничеству», – заключила представитель ММБИ.
Наталья Линкевич, специально для GoArctic
Подробнее