ФИТОХИМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА И БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ ПОЛИСАХАРИДНЫХ ФРАКЦИЙ Phlomoides canescens

УДК 54.04; 543.4

Аннотация

В статье обобщены сведения о химическом составе Phlomoides canescens и представлены результаты экспериментальных исследований полисахаридных фракций, выделенных из надземной части растения. Особое внимание уделено водорастворимым полисахаридам, пектиновым веществам, гемицеллюлозным компонентам, эфирным маслам и флавоноидным комплексам. В лабораторных условиях были изучены антимикробные и пребиотические свойства выделенных соединений, а также их влияние на рост и устойчивость полезной микрофлоры. Результаты показали, что исследуемые полисахаридные фракции не проявляли выраженной антимикробной активности в отношении условно-патогенных микроорганизмов по сравнению с цефазолином. Вместе с тем образцы способствовали поддержанию роста, метаболической активности и жизнеспособности пробиотических штаммов микроорганизмов. Полученные данные свидетельствуют о перспективности использования Phlomoides canescens как природного источника пребиотических веществ. Растение может служить ценным сырьем для разработки функциональных пищевых продуктов, биологически активных добавок, синбиотических композиций и других фармацевтических или нутрицевтических препаратов профилактического и оздоровительного назначения, предназначенных для улучшения состояния микробиоты человека и повышения общей биологической устойчивости организма.

Abstract

The article summarizes information on the chemical composition of Phlomoides canescens and presents the results of experimental studies of polysaccharide fractions isolated from the aerial parts of the plant. Particular attention is paid to water-soluble polysaccharides, pectin substances, hemicellulose components, essential oils, and flavonoid complexes. Under laboratory conditions, the antimicrobial and prebiotic properties of the isolated compounds, as well as their influence on the growth and stability of beneficial microflora, were investigated. The results showed that the studied polysaccharide fractions did not exhibit significant antimicrobial activity against opportunistic microorganisms in comparison with cefazolin. At the same time, the samples supported the growth, metabolic activity, and viability of probiotic microbial strains. The obtained data indicate the promising potential of Phlomoides canescens as a natural source of prebiotic substances. The plant may serve as valuable raw material for the development of functional food products, biologically active supplements, synbiotic compositions, and other pharmaceutical or nutraceutical preparations intended to improve human microbiota and enhance the overall biological resistance of the organism.

Ключевые слова: Phlomoides canescens, полисахариды, пектиновые вещества, гемицеллюлоза, эфирное масло, пребиотическая активность, пробиотики, микробиоценоз.

Keywords: Phlomoides canescens, polysaccharides, pectin substances, hemicellulose, essential oil, prebiotic activity, probiotics, microbiocenosis.

Введение

Растения семейства Lamiaceae традиционно рассматриваются как ценный источник биологически активных веществ, среди которых особое значение имеют эфирные масла, фенольные соединения, флавоноиды, иридоидные гликозиды и полисахариды. Род Phlomoides Moench представлен многочисленными видами, распространенными в Евразии, а его таксономическое положение и видовой состав описаны в ботанических определителях и справочных базах [3-6].

Наиболее подробно в литературе описаны отдельные виды рода, в частности Phlomoides tuberosa, однако в последние годы возрастает интерес и к Phlomoides canescens. Данный интерес обусловлен не только принадлежностью растения к фармакологически значимому семейству Lamiaceae, но и наличием комплекса биологически активных веществ, потенциально важных для нутрициологии, фармации и профилактической медицины [1, 7].

Ранее были изучены углеводы, белки, витамины и эфирные масла, полученные из цветков, листьев и надземной части Phlomoides canescens. Также были выделены и охарактеризованы водорастворимые полисахариды, пектиновые вещества и гемицеллюлозы из надземной части растения, что создает основу для дальнейшей оценки их функциональной активности [1].

Из растения Phlomoides canescens выделены различные полисахариды: спирторастворимые сахара (СРС), водорастворимые полисахариды (ВРПС), пектиновые вещества (ПВ), гемицеллюлозы (ГМС) [2]. При изучении частей цветка и листа Phlomodes canescens было идентифицировано 29 соединений, на долю которых приходилось 97,81% суммы компонентов эфирного масла. Основные компоненты в составе: транс-β-оксимен (3,04%), 5 метилбензофуразан (5,74%), транс-β-фарнезен (7,39%), 6,10,14-триметил-пентадекан-2-он (4,68%). %), метил 8,11,14-гептадекатриеноат (9,00%) и тритетраконтан (4,29%) [3].

При исследовании цветков и листьев Phlomoides canescens методом GC-MS было идентифицировано 54 вещества в двух органах растения; в отдельной серии анализа 29 соединений составляли 97,81% суммарного состава эфирного масла. Среди основных компонентов отмечены транс-β-оцимен, 5-метилбензофуразан, транс-β-фарнезен, 6,10,14-триметилпентадекан-2-он, метил-8,11,14-гептадекатриеноат и тритетраконтан [1].

Вместе с тем биологическая ценность растительного сырья не ограничивается эфирномасличным и фенольным комплексами. Полисахариды растительного происхождения в последние годы рассматриваются как важные природные регуляторы микробиоценоза. Они могут служить субстратом для пробиотических микроорганизмов, участвовать в формировании колонизационной резистентности и быть технологически пригодными для создания функциональных продуктов. Поэтому оценка пребиотического потенциала полисахаридных фракций Phlomoides canescens имеет как научное, так и прикладное значение.

Цель исследования

Целью работы являлось обобщение фитохимических сведений о Phlomoides canescens и оценка биологической активности полисахаридных фракций растения на основании анализа их антимикробного действия в отношении условно-патогенных микроорганизмов и пребиотического влияния на пробиотические штаммы.

Материалы и методы

В качестве исследуемых образцов использовали полисахаридные фракции, условно обозначенные как ВГПС-х, ПВ и ВРПС-г. В рамках данной статьи они рассматриваются как углеводные компоненты, полученные из надземной части Phlomoides canescens и включающие водорастворимые полисахариды, пектиновые вещества и гемицеллюлозные фракции [1, 2].

Для определения антимикробного действия применяли тест-культуры условно-патогенных микроорганизмов: Escherichia coli 002673/477, Pseudomonas aeruginosa 003841/114, Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis VKM и Candida albicans. Для оценки пребиотической активности использовали пробиотические штаммы Lacticaseibacillus rhamnosus, Streptococcus salivarius, Lactiplantibacillus plantarum и Bifidobacterium bifidum .

Указанные культуры относятся к модельным микроорганизмам, позволяющим оценивать как потенциальное ингибирующее действие исследуемых веществ, так и их способность поддерживать рост полезной микрофлоры. Такой подход важен при предварительном скрининге растительных полисахаридов, предназначенных для функционального питания и профилактической медицины.

Подготовка инокулятов и питательных сред

Для условно-патогенных бактерий использовали мясо-пептонный агар, а для Candida albicans - агар Сабуро. Культуры выращивали при температурных условиях, соответствующих их биологическим особенностям: бактериальные культуры инкубировали при 35 ± 2,5 °C в течение 18-24 часов, а дрожжеподобный гриб - при 30 ± 1 °C в течение 44-52 часов.

Пробиотические штаммы Lacticaseibacillus rhamnosus, Streptococcus salivarius и Lactiplantibacillus plantarum активировали на среде МРС, а Bifidobacterium bifidum культивировали на среде Блаурок. Условия инкубации составляли 35 ± 2,5 °C в течение 24-48 часов. Перед постановкой опыта пробиотические культуры активировали дважды, что обеспечивало получение физиологически активного посевного материала.

Полисахаридные образцы для оценки антимикробной активности разводили до концентрации 100 мг/мл. Инокуляты тест-культур готовили в 0,9% растворе натрия хлорида с доведением мутности до стандарта Мак Фарланда, соответствующего приблизительно 10⁷ микробных клеток. 

Методика оценки антимикробной активности

Антимикробную активность полисахаридов определяли методом диффузии в агар в соответствии с методическими принципами, изложенными в ОФС.1.2.4.0010.15. На поверхность стерильной питательной среды наносили суспензию тест-микроорганизмов, после чего стерильным перфоратором формировали лунки диаметром 6 мм [ 10].

После предварительной экспозиции при +4 °C в течение 1-2 часов чашки Петри помещали в термостат. Бактериальные культуры инкубировали при 36 ± 1 °C в течение 24 часов, а Candida albicans - при 30 ± 1 °C в течение 48 часов. После завершения инкубации измеряли диаметр зон задержки роста в миллиметрах. В качестве контрольного препарата использовали антибиотик цефазолин.

Методика оценки пребиотической активности

Для определения пребиотического действия полисахаридов применяли in vitro модель, основанную на оценке роста и размножения пробиотических штаммов в присутствии исследуемых углеводных фракций. Полисахариды в концентрации 0,5% добавляли в углеводсвободную среду МРС, после чего среду стерилизовали при 0,5 атм в течение 30 минут [2, 11].

В качестве контроля использовали стандартную среду МРС, содержащую глюкозу. Пребиотическую активность оценивали по изменению показателя жизнеспособности пробиотических культур, выраженного в КОЕ/мл. Такой способ позволяет определить, способны ли полисахаридные фракции выполнять роль доступного субстрата для полезных бактерий.

Результаты исследования

Экспериментальные данные показали, что полисахаридные фракции Phlomoides canescens не обладали выраженным ингибирующим действием в отношении большинства использованных тест-культур. В отличие от контрольного антибиотика цефазолина, исследуемые образцы не формировали значимых зон подавления роста микроорганизмов [2].

Отдельные значения, зарегистрированные у образца ПВ 6,2 в отношении Pseudomonas aeruginosa и у ВРПСГ-1,22 в отношении Candida albicans, не позволяют интерпретировать эффект как выраженную антимикробную активность. Эти показатели требуют осторожной оценки, поскольку они находились на минимальном или субминимальном уровне.

Таблица 1. Показатели антимикробной активности полисахаридных фракций

Пребиотическая активность

В отличие от антимикробного эффекта, пребиотическое действие исследуемых полисахаридов оказалось более значимым. Для лактобактерий полисахаридные фракции обеспечивали сохранение жизнеспособности на уровне 10⁹ КОЕ/мл, что указывает на их способность поддерживать рост пробиотической микрофлоры [2, 11].

Наиболее выраженный эффект был отмечен в отношении Bifidobacterium bifidum. Если в контрольной среде показатель жизнеспособности составлял 2* 10³ КОЕ/мл, то в присутствии ВГПС-х 1 он достигал 2*10⁴ КОЕ/мл, при добавлении ВРПСГ-1,22 - 4 * 10⁶ КОЕ/мл, а при использовании ПВ 6,2 - 4 *10⁷ КОЕ/мл.Таким образом, фракция ПВ 6,2 проявила наиболее заметное стимулирующее влияние на рост бифидобактерий.

Таблица 2. Влияние полисахаридов на рост и жизнеспособность пробиотических штаммов

Обсуждение

Полученные результаты позволяют сделать важное методологическое различие между антимикробной и пребиотической активностью растительных полисахаридов. Отсутствие выраженного антимикробного действия не снижает биологической ценности изученных фракций, поскольку их потенциальное назначение может быть связано не с подавлением микроорганизмов, а с поддержанием полезной микробиоты.

Для профилактической медицины и нутрициологии такой профиль активности является весьма перспективным. Прямое антимикробное действие растительных компонентов не всегда желательно, поскольку оно может сопровождаться нарушением баланса микробиоценоза. Напротив, пребиотические вещества должны способствовать избирательному росту представителей нормальной микрофлоры, прежде всего лактобацилл и бифидобактерий.

Особый интерес представляет выраженное стимулирующее влияние фракции ПВ 6,2 на Bifidobacterium bifidum. Рост жизнеспособности с 10³ до 10⁷ КОЕ/мл свидетельствует о высокой доступности данной полисахаридной фракции для метаболизма бифидобактерий. Это может быть связано с особенностями структуры пектиновых веществ, степенью разветвления углеводной цепи, наличием легко ферментируемых фрагментов и способностью бактерий использовать такие субстраты в энергетическом обмене.

Поддержание жизнеспособности лактобактерий на уровне 10⁹ КОЕ/мл также имеет практическое значение. Lacticaseibacillus rhamnosus, Streptococcus salivarius и Lactiplantibacillus plantarum относятся к микроорганизмам, используемым в пробиотических продуктах и биотехнологических композициях. Наличие растительного субстрата, способного поддерживать их рост, расширяет возможности разработки синбиотиков на основе Phlomoides canescens.

Фитохимический профиль P.canescens усиливает интерес к данному растению. Эфирномасличные компоненты, флавоноиды и полисахариды могут формировать комплексное действие: летучие соединения и фенольные вещества определяют хемотаксономическую и потенциальную биологическую значимость растения, тогда как полисахариды преимущественно проявляют функционально-пребиотическую направленность [1, 6].

Следует отметить, что представленные данные имеют характер предварительного лабораторного скрининга. Для углубленного обоснования практического применения необходимы дополнительные исследования: определение моносахаридного состава и молекулярной массы полисахаридов, оценка устойчивости к пищеварительным ферментам, моделирование ферментации в условиях кишечной микробиоты, изучение безопасности, а также разработка технологических форм для пищевых или фармацевтических продуктов.

Практическая значимость

Результаты исследования могут быть использованы при разработке функциональных пищевых продуктов, биологически активных добавок и синбиотических композиций, направленных на коррекцию нарушений микробиоценоза. Полисахаридные фракции Phlomoides canescens целесообразно рассматривать как природные пребиотические ингредиенты, способные поддерживать рост пробиотических бактерий.

Особую перспективу имеет применение таких фракций в профилактических программах, связанных с восстановлением нормальной микрофлоры после дисбиотических состояний, нерационального питания, стрессовых факторов и длительной лекарственной нагрузки. При этом дальнейшая стандартизация сырья и выделенных фракций является обязательным условием для перехода от лабораторных данных к практическому использованию.

Заключение

1. Phlomoides canescens является перспективным растительным объектом, содержащим разнообразные биологически активные вещества, включая эфирные масла, флавоноиды, водорастворимые полисахариды, пектиновые вещества и гемицеллюлозу.

2. Исследованные полисахаридные фракции не проявили выраженной антимикробной активности в отношении Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis и Candida albicans по сравнению с контрольным антибиотиком цефазолином.

3. Полисахариды Phlomoides canescens продемонстрировали выраженную пребиотическую направленность, поддерживая рост и жизнеспособность пробиотических штаммов.

4. Наиболее заметный эффект в отношении Bifidobacterium bifidum проявила фракция ПВ 6,2, повысившая показатель жизнеспособности до 4 * 10⁷ КОЕ/мл.

5.Полученные данные позволяют рассматривать полисахаридные компоненты Phlomoides canescens как перспективную основу для создания функциональных продуктов, биологически активных добавок и синбиотиков, предназначенных для поддержания нормального микробиоценоза.

Список литературы:

1. Рахимова Х. Р. Исследование летучих компонентов растения Phlomoides canescens//ActaCAMU.2023.Т.4,№4.С.108114.DOI:10.5281/zenodo.10429832.URL:https://doi.org/10.5281/zenodo.10429832
2. Рахимова Х.Р (2021). Комплекс углеводов Phlomoides canescens распространен в Ферганской долине. Азиатский журнал многомерных исследований , 10 (10), 1154–1159.
3. Рахимова Х.Р.,Ибрагимов А.А., Исследование летучих веществ растения Phlomoides sanescens. ФарДУ. НАУЧНЫЕ НОВОСТИ. 3-2022. С. 289-293.
4. Phlomis //The Plant List. Version 1.1. 2013. URL: http://www.theplantlist.org/.
5. Адылов Т. А., Махмедов А. М. Род Phlomoides Moench — Flomoides // Определитель растений Средней Азии. Ташкент: Фан, 1987. Т. 9. С. 104–105.
6. Иллюстрированный определитель растений Средней России. М.: Товарищество научных изданий КМК, Институт технологических исследований, 2004. Т. 3.
7. Olennikov D. N., Dudareva L. V., Tankhaeva L. M. Chemical composition of essential oils from Galeopsis bifida and Phlomoides tuberosa // Chemistry of Natural Compounds. 2010. Vol. 46, No. 2. P. 316–318. DOI: 10.1007/s10600-010-9602-9. URL: https://doi.org/10.1007/s10600-010-9602-9
8. Glyzin V. I., Peshkova V. A., Khokhrina T. A. Luteolin 7-β-D-glucosiduronic acid from Phlomis tuberosa // Chemistry of Natural Compounds. 1972. Vol. 8, No. 6. P. 785. DOI: 10.1007/BF00564614. URL: https://doi.org/10.1007/BF00564614
9. Vavilova N. K., Gella E. V. Flavonoids from Phlomis tuberosa // Chemistry of Natural Compounds. 1973. Vol. 9, No. 2. P. 147–149.
10. ОФС.1.2.4.0010.15. Определение антимикробной активности антибиотиков методом диффузии в агар. Методические указания.
11. Лысак В. В. Микробиология: учебное пособие. Минск: БГУ, 2007. ISBN 985-485-709-3.

References:

1. Rakhimova Kh. R. [Study of volatile components of the plant Phlomoides canescens]. ActaCAMU. 2023;4(4):108–114. DOI: 10.5281/zenodo.10429832. Available at: https://doi.org/10.5281/zenodo.10429832 (In Russ.)
2. Rakhimova Kh. R. [Carbohydrate complex of Phlomoides canescens distributed in the Ferghana Valley]. Asian Journal of Multidimensional Research. 2021;10(10):1154–1159. (In Russ.)
3. Rakhimova Kh.R., Ibragimov A.A. [Study of volatile substances of the plant Phlomoides canescens]. Scientific News of FerSU. 2022;(3):289–293. (In Russ.)
4. The Plant List. Phlomis. Version 1.1. 2013. Available at: http://www.theplantlist.org/
5. Adylov T.A., Makhmedov A.M. [Genus Phlomoides Moench — Phlomoides]. In: Key to Plants of Central Asia. Tashkent: Fan Publ.; 1987. Vol. 9. P. 104–105. (In Russ.)
6. [Illustrated Guide to Plants of Central Russia]. Moscow: KMK Scientific Press Ltd., Institute of Technological Research; 2004. Vol. 3. (In Russ.)
7. Olennikov D.N., Dudareva L.V., Tankhaeva L.M. Chemical composition of essential oils from Galeopsis bifida and Phlomoides tuberosa.Chemistry of Natural Compounds. 2010;46(2):316–318.DOI: 10.1007/s10600-010-9602-9.Available at: https://doi.org/10.1007/s10600-010-9602-9
8. Glyzin V.I., Peshkova V.A., Khokhrina T.A. Luteolin 7-β-D-glucosiduronic acid from Phlomis tuberosa. Chemistry of Natural Compounds. 1972;8(6):785. DOI: 10.1007/BF00564614. Available at: https://doi.org/10.1007/BF00564614
9. Vavilova N.K., Gella E.V. Flavonoids from Phlomis tuberosa. Chemistry of Natural Compounds. 1973;9(2):147–149.
10. OFS.1.2.4.0010.15. [Determination of antimicrobial activity of antibiotics by agar diffusion method. Guidelines]. (In Russ.)
11. Lysak V.V. [Microbiology: textbook]. Minsk: Belarusian State University Publ.; 2007. ISBN 985-485-709-3. (In Russ.)