СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ АНТИОКСИДАНТНЫХ СВОЙСТВ ЛЕКАРСТВЕННЫХ РАСТЕНИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЛЮКС-ШТАММОВ

АННОТАЦИЯ

В обзорной статье анализируются антиоксидантные и генотоксические свойства лекарственных растений с использованием люминесцентных штаммов E.coli, трех регионов: Чеченской Республики (ЧР), Ростовской области (РО) и Заилийского Алатау (Казахстан). Показано, что C.majus, произрастающий в РО и ЧР обладают различным действием: ростовский ингибирует SOS-ответ, а из ЧР такое действие не проявил, что требует дальнейших исследований. Лекарственное растение O.vulgare, произрастающее ЧР и Заилийского Алатау, несмотря на разную географию произрастания, разные генотоксиканты в эксперименте, различные концентрации, показало общую динамику развития и влияния в опытах.

ABSTRACT

The review article compares the antioxidant and genotoxic properties of medicinal plants using luminescent strains of E. coli in three regions: the Chechen Republic (CR), Rostov region (RO) and Zailiysky Alatau (Kazakhstan). It is shown that C.majus growing in RO and CR have the opposite effect. Rostov C. majus inhibits the SOS response, but the plant from the Czech Republic did not show such an effect, which requires further research. The medicinal plant O.vulgare, growing in the Chechen Republic and Zailiysky Alatau, despite the different geography of growth, different genotoxicants in the experiment, different concentrations, showed the general dynamics of development and influence in the experiments.

Ключевые слова: Lux-биосенсоры, окислительный стресс, генотоксиканты, антигентоксикант, лекарственные растения.

Keywords: Lux-biosensors, oxidative stress, genotoxicants, antigentoxicant, medicinal plants.

Введение. Впервые в 1761 году в Англии Джоном Хиллом была установлена связь между определёнными веществами и заболеванием – раком. Джон Хилл тогда отметил, что активное использование нюхательного табака может приводить к возникновению рака полости носа и околоносовых пазух. С тех пор, химики и биологи находят всё больше агентов различной природы, способные потенциально быть мутагенами и канцерогенами [1]. Среди них можно выделить такие соединения и вещества, как тяжёлые металлы, искусственные наночастицы, пестициды, лекарственные средства и др. [2-6]. Все они способны оказывать прямое негативное воздействие на ДНК (или РНК), либо же опосредовано, нарушая процессы репарации, репликации и рекомбинации [7].

Исходя из сказанного выше, одной из актуальных задач генотоксикологии, является поиск генотоксикантов и эффективных протекторов, так называемых антигенотоксикантов, способных своевременно и эффективно ингибировать действие мутагена. В роли протекторов, могут выступать различные по своей природе вещества, это, например, пищевые продукты, лекарства, БАДы, настои растений [8, 9].

В данной статье, в качестве потенциальных генотоксикантов и антигенотоксикантов, рассматриваются лекарственные растения разных регионов, отличающихся друг от друга географией произрастания и ареалом. Соответственно, относятся к различным популяциям и в перспективе обладают различной степенью активности. Фармакологическая активность настоев лекарственных растений, обусловлена наличием в них биологически активных веществ (БАВ), именно эти активные вещества, лежат в основе действующих соединений многих природных лекарственных средств. БАВ обладают различными свойствами: антигенотоксичность, антиоксидативность, противовоспалительный эффект, бактерицидность, антикоагулянтность, бактериостатичность и т.д. Все эти свойства, возникают благодаря активным соединениям: гликозиды, алкалоиды, смолы, полисахариды, эфирные масла, минеральные соли, органические кислоты (яблочная, лимонная, винная, щавелевая, муравьиная и др.), витамины (группы B и D, С, K1, например), кумарины, антраценпроизводные, хиноны, флавоноиды и дубильные вещества [10].

Основная часть. В исследованиях, которые приводятся в данной статье, был использован методом. В качестве модельного объекта, была взята генно-модифицированная Escherichia coli, способная люминесцировать при воздействии генотоксикантов, либо оксидантов. То есть, достаточно чувствительный объект для этих веществ, кроме того, позволяет оценить степень генотоксичности в относительных световых единицах (RLU). Данный метод, является оптимальным для первичной оценки агентов различной природы [11].

Так, в работе Мазанко М. с соавторами (2020) [12], которая проводилась в Ростове-на-Дону, было взято 10 различных растительных экстрактов. Из них, 4 растения были идентифицированы как сильные ингибиторы мутагенеза: чистотел большой (Chelidonium majus), ракитник австрийский (Cytisus austriacus), сумах гладкий (Rhus glabra) и орех грецкий (Juglans regia). Фактор индукции высчитывается как люминесценция экспериментального образца, разделённая на люминесценцию контрольного (в относ.свет.ед.). У водного экстракта C.majus совместно с антибиотиком ципрофлоксацином, фактор индукции для концентраций в пределах 0,00001-0,01 был равен нулю, для концентраций 0.1, 1 и 10 был 19.09, 15.16 и 19.71. То есть концентрации этого растения в 0,00001-0,01, являются хорошими протекторами, которые способны полностью лимитировать действие генотоксиканта. Опыты проводилась на штамме E.coli MG1655 (pRecA-lux), который реагирует на ДНК-тропные агенты [12].

В другой работе, проведенной уже Ловинской А. с соавторами (2019) [13] в Казахстане, были собраны лекарственные растения с горного хребта Заилийского Алатау. Исследовали настои четырёх растений: шалфея лекарственного (Salvia officinalis), ромашки аптечной (Matricaria chamomilla), душицы обыкновенной (Origanum vulgare) и тысячелистника обыкновенного (Achillea millefolium). Приготавливались три концентрации: концентрированный, разбавленный и фито-чай. Использовались следующие штаммы E.coli MG1655: pColD-lux и pRecA-lux реагируют на ДНК-тропные агенты, pSoxS-lux и pKatG-lux реагируют на агенты способные вызвать оксидативный стресс. Фактор индукции отдельных концентраций не был статистически значимым и не превышал уровень отрицательного контроля. Авторы, также, смотрели и совместное действие лекарственных настоев с генотоксикантом 4-нитрохинолина 1-оксидом (4-НХО), оксидантами – перекисью водорода и паракватом. Статистически значимого снижения SOS-ответа не наблюдалось на всех четырёх штаммах с представленными настоями, кроме настоя шалфея.  Концентрации Salvia officinalis – концентрированный и фито-чай статистически значимо снижали фактор индукции SOS-ответа. Разбавленный настой шалфея лекарственного дал умеренный антиоксидантный эффект (ингибирование - 29,2%). Концентрированный настой и чай шалфея проявили сильный антиоксидантный эффект против перекиси водорода (ингибирование составило 43,6% и 46,8%) [13].

Наше исследование проведено с лекарственными растениями: душица обыкновенная (Origanum vulgare) и чистотел большой (Chelidonium majus), собранными в горах Шатойского (1200 м.н.у.м.) и Ножай-Юртовского (1090 м.н.у.м.) районов Чеченской Республики. В эксперименте использовались те же штаммы, что и в предыдущей работе: E.coli MG1655: pColD-lux и pRecA-lux.

Результаты нашего исследования [14] показали, что эти лекарственные настои могут оказывать синергетический эффект в комплексе с генотоксикантом диоксидином (лекарственный препарат) и оксидантом – перекисью водорода. Антигенотоксичные и антиоксидантные их свойства сильно варьируют от концентрации использования. Концентрации C.majus – 6 г и 3 г (фактор индукции: 1,015 и 1,098) вызвали небольшой оксидативный стресс на штамме pSoxS. Самая низкая концентрация 1,5 г O.vulgare совместно с диоксидином, показала наилучший антигенотоксический эффект, фактор индукции – 9,344 и 1,764 (pColD и pRecA). Максимальная концентрация 12 г C.majus отлично проявила себя в качестве антиоксиданта, фактор индукции – 8,579 и 7,583 (pKatG и pSoxS). Однако, эта же концентрации на штаммах реагирующих на ДНК-тропные агенты, повысила генотоксичность в 2,139 и 1,52 раза (pColD и pRecA) [14].

Выводы. Резюмируя приведённые выше исследования, можно сделать ряд выводов:

• Ростовский C.majus, обладает значительным ингибирующим действием в отношении генотоксиканта ципрофлоксацина. Однако, это же растение с территории Чеченской Республики, совместно с генотоксикантом диоксидином, напротив, индуцирует ещё больший SOS-ответ, увеличивая генотоксичность суспензии в 2,139 и 1,52 раза больше в сравнение с отдельными концентрациями генотоксиканта. Достоверно неизвестно, обусловлена ли данная реакция конкретной местной популяцией C.majus, либо же различие связано с использованием разных генотоксикантов. Данное предположение требует дальнейших исследований.
• O.vulgare Заилийского Алатау, фактор индукции отдельных концентраций не превышал уровень отрицательного контроля. При совместном действие лекарственных настоев с генотоксикантом 4-HXO, оксидантами – перекись водорода и паракват, статистически значимого снижения SOS-ответа не наблюдалось. В опытах на O.vulgare, произрастающего на территории ЧР, также, не было замечено значительного снижения SOS-ответа.
• Лекарственное растение O.vulgare, несмотря на разную географию произрастания, разные генотоксиканты в эксперименте, различные концентрации, имело общую динамику развития и влияния в опытах Чеченской республики и Заилийского Алатау Казахстана.

Список литературы.

1. Селезнева Е.С. Экогенетика человека: Проблемы и факты. //Самара: «Универс-групп». 2005 г. - С. 44-71.
2. Чопикашвили Л. В., Бобылева Л. А., Золотарева Г. Н. Генотоксические эффекты тяжелых металлов и их солей в эксперименте на дрозофиле и млекопитающих. //Цитология и генетика. – 1989. -  Т. 23, № 3. - C. 35-38.
3. Фатхутдинова Л.М., Халиуллин Т.О., Залялов Р.Р. Токсичность искусственных наночастиц. // Казанский медицинский журнал, 2009. - Т.90, № 4. - С. 578-584.
4. Мачигов Э. А. Изучение генотоксичности параквата с помощью бактериальных lux-биосенсоров / Э. А. Мачигов, Д. А. Свиридова, С. К. Абилев // Медицинская генетика. – 2020. – № 19 (9). – С. 63–64.
5. Саратовских Е.А. Генотоксичность пестицидов в тесте Эймса и их способность к образованию комплексов с ДНК. / Саратовских Е.А., Глазер В.М., Костромина Н.Ю., Котелевцев С.В. // Экологическая генетика. – 2007. – Т. 5, № 3. – С. 46-54.
6. Durnev A.D. Relevant Aspects of Drug Genetic Toxicology. The Bulletin of the Scientific Centre for Expert Evaluation of Medicinal Products. / Durnev A.D., Zhanataev A.K. //Regulatory Research and Medicine Evaluation. 2022. - №12(1). – Р.90-109.
7. Абилев С.К., Глазер В.М., Асланян М.М. Основы мутагенеза и генотоксикологии. Лекции: учебное пособие. – М.; СПб.: Нестор-История, 2012. – С. 16.
8. Mitsher L.A, Telikepalli H., McGhee E., Shankel D.M.. Natural antimutagenic agents. // Mutation Research, 1996. - №350 – Р.143-152.
9. Słoczyńska, K., Powroźnik, B., Pękala, E. et al. Antimutagenic compounds and their possible mechanisms of action. // J Appl Genetics 55 (2014) . – Р.273–285.
10. Валиева Н. Г. Лекарственные растения источники биологически активных включений // Ученые записки КГАВМ им. Н.Э. Баумана. 2010. - №4(203). - С. 44-48
11. Игонина Е.В., Марсова М.В., Абилев С.К. Lux-биосенсоры: скрининг биологически активных соединений на генотоксичность // Экологическая генетика. - 2016. - Т. 14. - №4. - C. 52-62
12. Mazanko M, Prazdnova E, Rudoy D, Ermakov A, Olshevskaya A, Maltseva T. Extracts of medical plants suppress the SOS response and reduce mutagenesis in E. coli. //E3S Web of Conferences. 2020. - №175. - № 01010
13. Lovinskaya A.V., Bekmagambetova N.T., Adybayeva A.T, Mukhambetiyar K.T., Kolumbayeva S.Zh., Abilev S.K. Изучение антигенотоксической активности настоев лекарственных растений Заилийского Алатау. //Вестник КазНУ. Серия экологическая, [S.l.] 2019. -  V. 58(1). - Р. 26-38
14. Гурбанов Р.Г., Джамбетова П.М. Исследование генотоксичности и окислительного стресса лекарственных растений // Природные системы и ресурсы. – 2022. – Т. 12, № 2. – С. 43–50.