География лекарственных ресурсов Приморского края и их использование в фармацевтике

По докладу на 2012 год инспекторами Управления Росприроднадзора случаев загрязнения подземных вод, а также минеральных источников предприятиями Приморского края не установлено. Но нужно помнить, что между поверхностными и подземными водами есть связь, это общие источники питания, восполнения запасов. Поэтому, загрязняя первые, мы, так или иначе, негативно влияем подземные воды.

Основные черты происхождения минеральных вод.

Большинство проявлений углекислых вод приурочено к трещинно-жильным системам, по которым они поступают в верхнюю трещиноватую зону, аллювиально-поровые отложения или к напорным горизонтам малых артезианских бассейнов. Воды могут иметь открытые выходы на поверхность или быть экранированы глинистыми отложениями. В последнем случае нередко наблюдаются выходы просачивающегося газа (например, на месторождении Ласточка, Приморье).

Низкая температура холодных углекислых вод (6-14 °С) с малыми амплитудами колебаний свидетельствует о поступлении их с глубин, не превышающих первые сотни метров. Состав газа в подавляющем количестве (90 %) представлен СО2 с высоким парциальным давлением. На основании анализа изотопных данных 13С и геологического строения изученных территорий можно предположить, что источником СО2 являются мантийные газовые потоки, которые, поднимаясь вверх, смешиваются с водами относительно неглубокой циркуляции.

Углекислые холодные воды Камчатки (Малки), имеющие более высокое парциальное давление углекислого газа, отличаются более высокими содержаниями всех химических компонентов.

Термальные воды Приморья (низкотемпературные, до 35 °С) поступают с глубин около 2 км (рассчитано по температурному градиенту и кварцевому геотермометру) из зоны недавних тектонических подвижек. Пространственно они ассоциируют прежде всего с меловыми гранитами и приурочены к крупным разломам и их оперению в пределах или на контакте интрузивных тел c меловыми эффузивами. В составе спонтанно выделяющегося или растворенного газа преобладает атмосферный азот (до 99 %). Сходный газовый состав имеют Чукотские термы (в частности Чаплинские), хотя их солевой состав связан, вероятно, с участием морских вод. Температурные вариации для камчатских и курильских терм значительны (от десятков до нескольких сотен °С) и обусловлены в основном воздействием на воды близповерхностных магматических очагов. Их газовый состав более разнообразен: SO3, H2S, HCl, CO2 и др.

Особенности распределения элементов в минеральных водах.

Углекислые холодные минеральные воды имеют в основном гидрокар-бонатно-кальциевый (НСО3-Са), гидрокарбонатно-натриевый (НСО3-Na) или смешанный катионный состав с преобладанием гидрокарбонат-иона во всех случаях.

Среди термальных вод Дальнего Востока нами рассмотрено несколько типов: хлоридно-натриевые (Cl-Na) термы Узон -Гейзерной системы, Мутновского вулкана (Камчатка), вулканов Менделеева и Эбеко (Курильские острова), а также береговых терм Чукотки (Чаплино); сульфатно-натриевые (SO4-Na) термы Паратунки (Камчатка); гидрокарбонатно-натриевые - Камчатки (например, Родниковое) и Приморья (Чистоводное, Амгу); кислые сульфатные преимущественно натриевые, связанные с фумарольными полями вулканов Менделеева, Головнина, Баранского и Эбеко (Курильские острова) и Уз о н -Гейзерной системы (Камчатка).

Миграцию и распределение химических элементов в подземных водах обусловливают разные факторы: рН, температура, газовый состав, глубина и интенсивность циркуляции (скорость водообмена), наличие органических веществ и др. Основной из них - кислотно-щелочные условия. В районах распространения холодных углекислых вод Приморья, Хабаровского края, Камчатки и о-ва Сахалин кислотные условия в подземных минеральных водах (рН 4-6,5) создаются в основном благодаря поступлению углекислоты из глубоких горизонтов и ее смешению с холодными водами неглубокой циркуляции. Эффект добавления СО2 увеличивает их способность к химическим реакциям и тем самым определяет интенсивное выщелачивание пород углекислыми водами по отношению к другим типам вод (рис. 1). Щелочные термальные воды Приморья (рН 8-9) образуются без дополнительного поступления углекислоты, как и азотные термы Cl-Na состава Чукотки (рН 7). Хлоридные и сульфатные термальные воды Камчатки формируются с участием газов прежде всего вулканических эксгаляций и в зависимости от состава газов могут быть как щелочными, так и кислыми.

С этими столь различными типами вод Дальнего Востока связаны различия в уровнях концентрации химических элементов. Так, для холодных углекислых вод, имеющих преимущественно НСО3-Са (Na) состав и большое количество газообразного СО2, характерны высокие по отношению к пресным водам прилегающих территорий содержания основных породообразующих элементов, элементов сульфидной группы, редкоземельных, редкощелочных. В щелочных Cl-Na термах Курильских островов отмечено максимальное содержание Ge; там же, а также аналогичных водах Узо н-Гейзерной системы Камчатки - высокие содержания Rb, Cs, Sr (см. таблицу 2.1).

Таблица 2.1. Распределение элементов в минеральных водах Дальнего Востока

В сульфатных термальных водах Курильских островов (Кунашир, Итуруп, Пара-мушир) распределение элементов указывает на существенную переработку вмещающих пород кислыми (рН до 1 и ниже) растворами с выносом большого количества редких, рассеянных и редкоземельных элементов. В кислых Курильских термальных водах встречено максимальное количество Al, Cr, Ni, Zn, Pb. В мета-морфизованных соленых азотных термах Чукотки (рН около 7) наиболее характерны Cs, Ga, Cr, Se, Cu, Ba, Ge, Li. Относительно высокое содержание В, Ga, Cu и в солоноватых водах Приморья.

Рис. 1. Зависимость содержаний отдельных элементов и НСО3- от рН в различных группах минеральных вод Приморья. 1 - углекислые холодные, 2 - термальные, 3 - пресные, 4 - солонова

Воды одного типа могут существенно различаться содержанием редких и рассеянных и других элементов. Например, в холодных углекислых Малкинских водах Камчатки и в воде Неробинского источника Приморья, как правило, отмечается максимальное содержание Sr, Li и ряда других элементов, а в Синегорских водах Сахалина высоки содержания As, В, Cu. Эти особенности связаны, во-первых, с различным временем нахождения воды в подземном горизонте (скоростью водообмена), определяющим различную минерализацию вод; во-вторых, с различиями в материнском субстрате.

Широкий разброс кислотно-щелочных и температурных условий в разных типах вод позволил установить зависимости содержания некоторых элементов от рН и температуры вод, а также от концентрации основных ионов, в частности, для камчатских терм (рис. 2, 3).

Рис. 2. Взаимосвязь концентраций Sr и SO24 - в Паратунских термах, Li и Cl- в Уз он -Гейзерной гидротермальной системе

Рис. 3. Зависимость содержания Mo от температуры в водах Мутновско-Вилючинского района

Редкоземельные элементы (РЗЭ). Особый интерес представляет распределение редкоземельных элементов, которое для вод Дальнего Востока изучено впервые. Эта группа включает в себя 15 родственных химических элементов: La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, которые часто разделяют на легкую (La-Sm) и тяжелую (Er-Lu) подгруппы. Иногда выделяют еще среднюю группу. Как правило, их концентрации нормализуют, сопоставляя с содержаниями их в североамериканских сланцах.

В подземных водах (не аномальных по РЗЭ) их содержания контролируются прежде всего pH: в щелочных растворах они низки независимо от концентрации солей (рис. 1). Поэтому в щелочных термальных водах Приморского края, Камчатки и Курильских островов РЗЭ (и сопутствующий Y) содержатся в концентрациях менее 0,1 мкг/л, а в углекислых минеральных водах Приморья и кислых термах Камчатки и Курил отмечены максимальные величины. В Курильских кислых термах концентрации для некоторых элементов достигают десятков мкг/л: La до 28, Ce до 63, Nd до 22 мкг/л.

Распределение легких и тяжелых РЗЭ в разных группах минеральных вод Дальнего Востока зависит во многом и от соотношения минералов, включающих РЗЭ в составе выщелачиваемого субстрата. Например, все пробы месторождения Горноводное (Приморье) обогащены тяжелыми редкоземельными элементами (Yb/La до 9). Во многих пробах отмечаются цериевые и европиевые аномалии, обусловленные переменной валентностью этих элементов.

Микроэлементный состав вод и стандарты качества.

Исследование микроэлементного состава вод дает основание осторожнее относиться к использованию некоторых типов вод в качестве питьевых лечебных. В настоящее время существуют большие расхождения междуустаревшими нормами, предъявляемыми к водам ГОСТом 13273-88 «Воды минеральные питьевые лечебные и лечебно-столовые» (срок его действия до 01.01.94, но им до сих пор пользуются практики) и санитарными нормами и правилами Госкомсанэпиднадзора РФ (СанПиН 2.1.4.559-96 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем водоснабжения»), а также международными, в частности по минеральным водам Великобритании, например, по мышьяку (не выше 50 мкг/л). Иногда в водах, применяемых у нас как лечебные питьевые, содержание ряда микроэлементов может значительно превышать предельно-допустимые для питьевых вод значения. Например, нами отмечено превышение питьевых норм: в Синегорских водах (о-в Сахалин) - по бору более чем в 600 раз, по мышьяку более чем в 1000 раз, по литию в 80 раз, по барию в 5 раз; в Мухенских водах (Хабаровский край) - по бору более чем в 100 раз, литию в 35 раз, в обоих месторождениях повышены также содержания бериллия и стронция; в углекислых водах Малкинского месторождения (Камчатка) - по литию более чем в 500 раз, по бору в 200 раз, по барию более чем в 50 раз, по бериллию более чем в 30 раз. Ранее [16] мы отмечали превышение величин СанПиН и для некоторых приморских углекислых вод, таких как Ласточка (по литию, барию), Лотос (по бору, барию), гор-новодненская (по бериллию), а также в ряде источников, активно используемых местным населением в качестве питьевых лечебных, например в Неро-бинском. По многим микроэлементам из-за их плохой изученности нормы не разработаны до настоящего времени.

Таким образом, изучение микроэлементного состава вод показало, что вариации содержаний микроэлементов в минеральных водах Дальнего Востока зависят от типа вод, их рН, температуры, общего солевого и газового состава, специфики водовмещающих пород. Эти же характеристики во многом определяют и формы миграции микроэлементов. Полученные данные желательно учитывать в бальнеологической практике при выборе для разных типов вод способа их применения и дозировки.

2.2 Биологически-активные вещества в морской биоте

В последние годы быстро развивается химия морских природных соединений и биохимия морских организмов, возникла морская биотехнология. Еще 10-15 лет назад достижения химиков, изучающих морское природное сырье, представлялись как ряд совершенно неожиданных и уникальных находок, ныне на их основе оформился один из продуктивных и наиболее обширных разделов биоорганической химии.

Большое внимание ученых к морской биохимии вызвано, очевидно, следующими обстоятельствами. Во-первых, известно более 500 тыс. видов морских животных и растений, которые еще недостаточно изучены с точки зрения химии. Во-вторых, условия обитания морских организмов -высокая соленость, малая освещенность, значительное давление толщи воды, узкий диапазон температур и т.п. - сильно отличаются от таковых для наземных организмов, что выражается в особенностях биосинтеза и метаболизма биомолекул в морских организмах. В-третьих, большинство из них филогенетически значительно древнее организмов суши. За длительное время эволюции морские беспозвоночные выработали разнообразные химические средства борьбы за существование, в том числе токсины, вещества, тормозящие рост опухолей, сигнальные соединения, антивирусные агенты и т.п.

Целенаправленный поиск физиологически активных веществ в экстрактах морских беспозвоночных привел к обнаружению и выделению высокоактивных по отношению к различным биосистемам соединений. Так, из нескольких видов асцидий получены производные р-карболина (так называемые эудистомины) и циклические пептиды (дидемнины), проявляющие высокую антивирусную активность. Ряд эффективных антивирусных соединений найден в губках и водорослях. Обладающие высокой токсичностью для "опухолевых клеток бриостатины из мшанок, арабинонуклеозиды из губок и другие морские метаболиты интересны как основа для создания лекарств нового поколения. В частности, дидем-нин В и бриостатин-1 успешно проходят в США клинические испытания в качестве антираковых средств.

Рис. 4. Основные направления развития морской биотехнологии

Внимание фармакологов привлекли и тритер-пеновые гликозиды из морских огурцов - животных, относящихся к типу иглокожих. Например, из дальневосточного трепанга Stichopus japonicus выделен голотоксин - сумма гликозидов, строение которых определено профессором И. Ки-тагава (Япония) и нами. Голотоксин применяется в Японии как антигрибковое средство, а родственное ему вещество - кукумариозид А2-2 -используется ветеринарами нашей страны как сильный иммуностимулятор. Значительный прогресс достигнут в изучении токсинов, морского происхождения. Без таких биохимических инструментов, как тетродотоксин и сакситоксин, практически невозможно представить теперь исследования натриевой проводимости и других процессов, протекающих на возбудимых мембранах. Удалось не только установить полную структуру палитоксина (одного из самых сложных по химическому строению низкомолекулярных метаболитов и наиболее токсичных небелковых соединений), но и синтезировать его. Несомненно, исследования палитоксина, проведенные Хиратой, Муром и Киши, стали подлинным триумфом биоорганической химии. Успешно изучаются токсины морских микроводорослей и симби-онтных последним бактерий. В частности, с помощью рентгеноструктурного анализа определена уникальная, включающая 11 кислородсодержащих циклов структура бреветоксинов.

Из нескольких тысяч полученных за последние 10 лет морских природных соединений большинство принадлежат к так называемым экологически активным веществам. К ним относятся морские алломоны - вещества, с помощью которых одни организмы морских сообществ воздействуют на другие, и морские кайромоны - сигнальные вещества, дающие преимущества тем видам, которые их воспринимают. Алломоны и кайромоны морских организмов - это стабильные, в основном низкомолекулярные, соединения, действующие на межвидовом уровне. Среди алломонов кроме токсинов известны также разнообразные отпугивающие вещества - репелленты. Подобным действием обладает значительное число недавно полученных морских терпеноидов, имеющих в своем составе атомы галогенов или такие редкие функциональные группы, как изо-нитрильная, изотиоцианатная и карбамидная. Из стероидных производных следует упомянуть павонины из рыбы Pardachirus marmoratus, эффективно отпугивающие акул.

Среди морских кайромонов известны вещества, выделяемые хищниками и предупреждающие реципиентов об опасности, а также вещества, привлекающие к пище. Предполагается, что эти соединения, как и морские феромоны, удастся использовать в аквакультуре для ускорения развития гидробионтов и регуляции их поведения. Примерами морских сигнальных соединений служат якоренон из некоторых видов водорослей, способствующий оседанию личинок морского гребешка, и алкалоиды из морских звезд, которые воспринимаются жертвами этих животных - моллюсками, вызывая у последних "реакцию убегания". Интересно, что зрение и слух не играют в жизни морских животных столь большой роли, как у наземных организмов. Слабое развитие этих органов чувств во многом компенсируется высокой чувствительностью морских беспозвоночных к выделяемым в воду сигнальным соединениям.

Специфическая морская среда и повышенная потребность в химической регуляции межвидовых и внутривидовых отношений наложили отпечаток на особенности химического строения вторичных метаболитов морского происхождения. Многие исследователи отмечают способность морских организмов утилизировать некоторые растворенные в воде компоненты и включать их в состав своих метаболитов. К таким компонентам относятся галогены, прежде всего бром, а также сульфат-анион. Содержание галогенированных соединений в водорослях может достигать 5% сухого веса.

Сульфатированные соединения, также широко представленные в морских организмах, на протяжении многих лет изучались в Тихоокеанском институте биоорганической химии. В частности, установлено, что сульфатированные метаболиты из губок семейства Halichondriidae - мощные ингибиторы некоторых ферменто», а сульфатированные стероидные полиолы из офиур проявляют сильный иммуномодулирующий эффект. Сульфатированные вторичные метаболиты морских организмов относятся к бифильным соединениям: они обладают гидрофильными и гидрофобными структурными фрагментами. Такого рода вещества, с одной стороны, имеют хорошую растворимость в воде и быстро в ней диффундируют, а с другой - легко взаимодействуют с мембранами соответствующих рецепторов у реципиентов. Необходимая бифильность достигается не только за счет сульфатирования, но и путем гликозилирования, глубокого гидроксилирования и т.п. Не случайно в морских беспозвоночных мы выявили много высокоокисленных стероидных и нестероидных производных.

Вторичные метаболиты морских беспозвоночных и водорослей часто принадлежат к ранее неизвестным циклическим системам. Для биохимии морских организмов характерны необычные циклизации, инициируемые ионами бромония. хлорония или окислительными ферментами. В организме голотурий, например, синтезируюся голостановые глюкозиды, имеющие высокую физиологическую активность, а также новые структурные серии тритерпеновых гликозидор. Таким образом, в результате интенсивных исследований в области морской биоорганической химии удалось не только получить значительное число новых высокоактивных природных соединений, но и определить ряд отличий в биохимии морских организмов по сравнению с наземными.

Успешно идет "инвентаризация" морских растений и животных, прежде всего промысловых видов, в качестве источников биологически активных веществ. Уже сейчас достаточно широко используются отходы переработки промысловых видов, а иногда и сами эти животные и растения для получения некоторых полисахаридов и ферментов. Совершенно реальна перспектива создания на основе полученной информации нового поколения биопрепаратов для медицины и сельского хозяйства. Более того, уже появились первые лекарственные и ветеринарные средства. Некоторые морские физиологически активные вещества используются в качестве "биохимических инструментов" в лабораториях биомедицинского профиля. Начато изучение механизма физиологического действия у большой группы вторичных метаболитов, обладающих интересной с точки зрения фармакологов и физиологов биологической активностью.

На наш взгляд, наиболее перспективными представляются следующие направления исследований морских природных соединений из животных и растений. Во-первых, научные интересы будут смещаться от химических компонентов, преобладающих в экстрактах морских организмов, к минорным, но высокоактивным соединениям. Во-вторых, все более масштабными станут, по-видимому, исследования морских сигнальных соединений, в том числе феромонов, алломонов и кайромонов. Большое внимание при этом привлекут, очевидно, вещества, участвующие в регуляции симбионтных отношений, поскольку симбионтные комплексы широко представлены в морских биоценозах. В-третьих, вероятно возрождение интереса исследователей к морским биополимерам, особенно ферментам и полисахаридам. Ныне им посвящен лишь незначительный процент общего числа работ по морским природным соединениям. Между тем раньше их доля была весомее.

Биологически активные вещества из морских микроорганизмов.

В 1985 г. в Тихоокеанском институте биоорганической химии начались исследования вторичных метаболитов морских микроорганизмов, выделенных из губок, асцидий, мягких кораллов, голотурий, морских звезд, рыб и моллюсков. Объектами исследований стали прежде всего бактерии тех морских организмов, которые достаточно хорошо изучены в химическом плане. Так, было известно, что в губках рода Dysidea содержится большое количество физиологически активных соединений, в частности, бромсодержащий метаболит ТБДЕ, проявляющий цитотоксическую и антимикробную активность. Из двух образцов губок Dysidea sp., собранных близ островов Тутуила и Офу (Восточное Самоа) во время рейса научно-исследовательского судна "Академик Опарин", выделено восемь штаммов бактерий родов Photobacterium, Vibrio, Arthrobacter, Micrococcus.

Культивирование бактерий на искусственных средах приводит к накоплению в культуральных жидкостях штаммов 88-1 (Vibrio sp.) и 88-3 (Vibrio sp.) бромсодержащих соединений. Используя масс-спектрометрию резонансного захвата электронов, мы установили, что фракция бромированных соединений содержит ТБДЕ и его аналог. Биосинтез бромированных соединений, по-видимому, является характерной особенностью штаммов 88-1 и 88-3. Во всяком случае, кроме тетрабромдифениловых эфиров мы получили серию бромсодержащих производных, структура которых сейчас изучается. Таким образом, мы обнаружили способность штаммов вибрионов синтезировать бромированные метаболиты, выделенные ранее из организма-хозяина. Наши первые исследования, а также появляющиеся в последнее время публикации показывают, что морские микроорганизмы могут стать источниками физиологически активных соединений.

Древнейшие на Земле биоценозы океана имеют отличную от суши биоту. Четкое определение таксономического положения и трофических связей морских микроорганизмов показывает, что морской среде обитания присущи особые виды и роды микроорганизмов, а разделение морских dpopM и сухопутных - пресноводных, почвенных и т.д. - осуществляется как на уровне высоких таксонов, так и на штаммовом уровне. Это свидетельствует об особом пути эволюции морских микроорганизмов и противоречит широко распространенному мнению, что большинство микроорганизмов привнесены в море с суши посредством эолового переноса и со стоком рек.

В последние годы все чаще приходят сообщения о случаях симбиоза бактерий с морскими макрогидробионтами. Внешние и внутренние поверхности животных и растений несут большое количество бактерий, иногда они находятся в качестве симбионтов в их тканях и органах. Вследствие такой тесной связи возможны синтрофия, метабиоз и обмен сигнальными веществами в морских сообществах. Различного рода биоактивные вещества обнаружены в растениях и животных, в особенности беспозвоночных - губках, кораллах, асцидиях и т.д. Мы полагаем, что многие из них являются продуктами биосинтеза микроорганизмов, ассоциированных с этими животными. Количественный и качественный состав микроорганизмов, встречающихся в морских животных, существенно отличается от состава воды и грунта в местах их обитания. Это свидетельствует о специфичности взаимодействия микро- и макробионтов. Мы попытались установить механизм подобного взаимодействия. Начали со сравнительного изучения микроорганизмов мидии (Crenomytilus grajanus) и среды ее обитания. Затем из мидии было выделено два новых лектина. Оказалось, что они способны агглютинировать микроорганизмы, ассоциированные с этим моллюском, но не патогенные для человека и животных. По-видимому, лектины играют вспомогательную роль в регуляции количественного и таксономического состава популяций микроорганизмов. Один из них взаимодействует исключительно с грамположительными бактериями, другой - преимущественно с грамотрицательными.

Предположение о том, что в морских микроорганизмах реализуются необычные биохимические процессы, получило подтверждение: выделены соединения, не известные среди метаболитов наземных источников. Так, у морских бактерий открыта способность биосинтезировать супербромированные соединения. Структурные особенности антибиотиков из морских актиномицетов обусловили необычность их физиологического действия. Например, бромсодержащий макролидный антибиотик аплазмомицин (аналог боромицина) из Streptomyces griseus активен против малярийного плазмодия. Группа ами-ногликозидных антибиотиков истамицинов из Streptomyces tenjimariensis подавляет рост патогенных микроорганизмов, устойчивых к другим антибиотикам. Кроме того, обнаружена противоопухолевая активность in vivo истамицина, и он сейчас проходит предклинические испытания.

Более 150 штаммов морских актиномицетов родов Nocardia, Streptomyces, Micromonospora и Promicromonospora стали объектами наших химических и биохимических исследований. Штамм Streptomyces pluricolorescens (KMM Acl) продуцировал антибиотик с ингибирующей концентрацией 0.1-1 мкг/мл. Соединение не обладало цитостатическим действием и не проявляло про-теолитической активности. После хроматогра-фических очисток был получен гомогенный препарат антибиотик - пальмиромицин с молекулярной массой 85 КД. Ранее из актиномицетов данного вида не выделяли пептидных антибиотиков со свойствами пальмиромицина, поэтому его дальнейшие химические и биохимические исследования представляют интерес.

Изучение метаболитов другого вида актиномицет (Streptomyces parvulus), выделенных из морского грунта литоральной полосы острова Д' Ар-рос (Республика Сейшельские Острова), привело к обнаружению антибиотика - ингибитора роста грамположительных бактерий и грибов. Хроматографическая очистка антибиотического концентрата позволила получить высокоактивный препарат с действующей концентрацией менее 1 мкг/мл. Спектральные исследования свидетельствуют об идентичности нашего антибиотика - актиномицину D. Однако значения их удельного вращения не совпадают, поэтому требуется более тщательная идентификация выделенного антибиотика. Следует отметить, что наши первые химические исследования низкомолекулярных антибиотиков из морских актиномицетов не выявили неописанных прежде типов структур. Возможно, они будут открыты при изучении метаболитов редких родов актиномицет (Promicromonospora, Oerskovia), собранных в нашей коллекции.

Коллекция морских микроорганизмов Тихоокеанского института биоорганической химии имеет официальный акроним КММ. Она входит в состав Всемирной федерации коллекций культур микроорганизмов (WFCC). В ней представлены образцы из тропических и бореальных областей Мирового океана: гетеротрофные аэробные и факультативно-анаэробные микроорганизмы, выделенные из животных, воды и донных осадков. В настоящее время коллекция располагает примерно 10 тыс. штаммов микроорганизмов, в основном бактерий. Эта единственная в Российской Федерации коллекция морских микроорганизмов служит основой для всестороннего исследования микробов - продуцентов физиологически активных веществ: внеклеточных РНК-аз, ДНК-аз и их ингибиторов, новых рестриктаз, а-галактозидазы, эластазы, щелочной фосфатазы, ингибиторов вирусной ревертазы, а- и р-глюкозидаз, антиопухолевых веществ, антивирусных соединений, антибиотиков, кардиотоников и им-муномодуляторов.

Тестирование 8 тыс. морских микроорганизмов на способность синтезировать активные метаболиты позволило сделать заключение о распространении микробных продуцентов. Наиболее распространенными метаболитами микроорганизмов всех изученных групп животных являются цитотоксические соединения. Среди них были отобраны для химических исследований рН-зависимые цитотоксины. Такие вещества обнаружены в экстрактах микроорганизмов из донных осадков, мягких кораллов и морских звезд. Из штамма Bacillus sp. (KMM 456) была получена сумма пептидов с цитотоксической активностью, которая увеличивалась в 100 раз при изменении рН среды от 7.0 до 5.6. Масс-спектрометрический анализ показал, что выделенные вещества являются короткими пептидами с молекулярной массой от 1000 до 1460 Д. Химическая структура этих соединений сейчас изучается.

Велико число микроорганизмов-продуцентов антибиотических соединений в штаммах асцидий, горгонарий, морской воды и донных осадков. В нашей коллекции имеются бактериальные штаммы, синтезирующие антибиотики против грамотрицательных бактерий, правда, процент таких микроорганизмов незначителен. Антибио-тик-продуцирующие бактерии получены нами из мадагаскарской губки Dendrilla sp. Два из них (Bacillus pumilus Д-7 и Д-12) интересны тем, что синтезировали высокоактивные антибиотики, подавляющие в низких концентрациях развитие ттогенных для растений микроорганизмов Хап-thomobas bardii. Антибиотический препарат из Bacillus pumilus показывал также антидепрессорную активность.

Большое количество (30 - 50%) продуцентов иммуногропных соединений обнаружено в ассоциативных комплексах альционарий, асцидий, ракообразных, но их гораздо меньше в микрофлоре губок и морской воды.

Важным направлением морской биотехнологии может стать получение противовирусных препаратов. Предпосылкой для поиска среди морских бактерий таких соединений послужило утверждение, что некоторые вирусы инактивируются в морской среде. По мнению большинства исследователей, ингибирование энтеровирусов связано с метаболической деятельностью морских Vibrio marinus, бактерий родов Flavobacterium, Pseudomo-nas. Й. Камеи с коллегами показал, что 52% штаммов микроорганизмов из прибрежной зоны острова Хоккайдо имели заметную и 11% - очень высокую активность по отношению к патогенным для рыб вирусам IHNV, OMV.

Проводился отбор источников соединений с противовирусными свойствами по способности метаболитов ингибировать действие ферментов репродуктивного цикла вирусов, в частности вирусной обратной транскриптазы, РНК-полимеразы и тимидинкиназы. Из 535 исследованных нами штаммов 72 ингибируют активность тимидинкиназы на 50 -100%. Это - штаммы бактерий из губок (13.3%), донных осадков (26.5%), асцидий (17.6%), кишечнополостных (14.6%), морской воды (10.6%). Препараты 16 штаммов (из 224 исследованных) ингибируют активность обратной транскриптазы: среди них наиболее многочисленны (33.3%) микроорганизмы морской воды. Препараты 12 штаммов (из 224 исследованных) ингибировали активность РНК-полимеразы на 50 - 90%. Такая активность обнаружена у 14.3% микроорганизмов, выделенных из кишечнополостных, обитающих вблизи австралийского побережья.

Морские микроорганизмы обладают признаками (например, барофильностью и галофильностью), не встречающимися у наземных микроорганизмов. Эти признаки, как правило, обусловлены ферментами, заслуживающими тщательного изучения. Японские исследователи выделили из психрофильного бактериального штамма, изолированного из пробы воды в Антарктике, термолабильную фосфатазу, а из галофильного штамма Pseudomonas sp. - протеазу, проявляющую максимальную активность при 18%-ной концентрации NaCl в среде. Этот фермент используется для приготовления рыбного соуса.

Особенно удачным оказался поиск ферментов среди бактерий микробных продуцентов нуклеинового обмена. Штамм Alteromonas haloplanktis (KMM 223), выделенный нами в 1985 г. из образца воды с глубины 2000 м (северо-западная часть Тихого океана), продуцирует уникальный фермент - уридинспецифическую РНК-азу. Фермент состоит из двух идентичных полипептидных цепей, молекулярная масса каждой из которых 26 КД. Он имеет оптимальную активность при рН 8.5. Этот белок разрезает РНК по уриди-ловой петле и может применяться в структурных исследованиях больших молекул РНК, например вирусных.

Штамм Bacillus pumilus (KMM 61) синтезирует внеклеточную РНК-азу с молекулярным весом 14000 Д. Фермент проявляет активность в диапазоне рН от 8.5 до 9.5. Интересной особенностью внеклеточной РНК-азы является то, что в отсутствие NaCl фермент инактивируется уже на стадии выделения. Эта РНК-аза примерно с одинаковой скоростью гидролизует пуриновые и пиримидиновые гомополирибонуклеотиды. Фермент может быть, использован в производстве рибонуклеотидов и рибонуклеозидов из РНК.

Судя по результатам исследований, перспективы морской микробиологии в биотехнологии просматриваются по крайней мере в двух направлениях. Это - поиск микробных продуцентов биоактивных веществ с необычной структурой и действием, а также выявление истинных продуцентов метаболитов, ранее отмеченных для макрогидробионтов.

2.3 Лекарственные растения

Характеристика вида растения.

Лекарственные растения - растения, используемые в лечебных целях. Их полезные свойства объясняются наличием биологически активных веществ: алкалоидов, гликозидов, витаминов, ферментов, органических кислот, дубильных веществ и др. Большинство лекарственных растений - дикорастущие, некоторые из них (солодка, шалфей, женьшень и др.) введены в культуру.

Лечебными свойствами обладает всё растение или отдельные органы, чаще запасающие - корни и корневища, плоды и семена. Для лечения используют также цветки, листья, стебли, кору стеблей и корней. В зависимости от состава биологически активных веществ растения обладают болеутоляющим, противомикробным, отхаркивающим, мочегонным и др. действиями. Некоторые вещества действуют избирательно на какую-либо систему или орган человека. Активность лечебного сырья зависит от периода его сбора, условий заготовки и хранения. Формы применения различны: настойки, отвары, экстракты, чаи, мази, кремы, пластыри и др. Фармацевтическая промышленность смогла синтезировать из растений ряд природных веществ, напр. салициловую кислоту.

Мир растений -- величайшее чудо природы, наше целительное богатство и царство красоты. Каждое растение представляет собой своеобразную фабрику, в которой происходит синтез самых разнообразных редчайших и полезных для человека веществ. Многие лекарственные растения прошли через века, дарили здоровье десяткам поколений. Они прочно вошли в современную медицину и по-прежнему продолжают целить больных.

Природа создала многочисленные болезнетворные для человека факторы. Однако против каждого болезнетворного фактора -- от малейшего, не видимого невооруженным глазом (микробы, вирусы, грибки, простейшие и др.), до большего (укусы змей и ядовитых животных, травмы, раны и др.) -- она вооружила человека многочисленными защитными и лечебными механизмами.

Их можно распределить на две большие группы:

1. Собственные или эндогенные защитные механизмы, образующиеся внутри самого организма при участии нервно-эндокринных и ряда других сложнейших биохимических и физиологических механизмов. К ним относятся иммунобиологические и неспецифические защитные силы организма. Начиная от обычной слюны и кончая желудочным соком все жидкости и ткани организма кроме своего основного физиологического назначения еще выполняют защитную функцию. Это является ярким примером многообразных форм связей нашего организма с окружающей природой;

2. Защитные силы или целебные вещества, образующиеся в разных растениях, фруктово-ягодных и овощных культурах. К ним относится более 1000 биологически активных веществ, имеющих самую разнообразную природу.

В нашем организме трудно найти такие структуры, органы или функции, на которые не оказывали бы активного влияния десятки биологически активных веществ природного происхождения. Видимо, в природе нет и болезни, против которой в растительном мире не образовались бы десятки целебных веществ.

Человек с каждым годом все больше убеждается в том, что в самой природе -- в великом круговороте жизненных процессов находится решение многих проблем, связанных не только с возникновением отдельных заболеваний, но и с проблемой их лекарственной терапии. С каждым годом люди все глубже и глубже проникают в тайны растительного мира. Благодаря неустанным и целенаправленным научным поискам растительный мир постепенно открывает свои клады перед человеком. Разработанные и широко применяемые в мировой медицине сотни растительных лекарственных препаратов являются достаточно убедительным примером того, что решение многих проблем, связанных с лечением и профилактикой трудноизлечимых заболеваний, необходимо искать в самой природе. Только кропотливый труд химиков, фармакологов и специалистов других отраслей медицины, вооруженных современной научной техникой, может полнее раскрыть лечебные свойства десятков растений, которые еще не входят в ряд лекарственных.

Биографическая характеристика (ареал распространения).

В приханкайских районах Приморья и на его юго-западном побережье сохраняются фрагменты дальневосточной "прерии" - высокотравных, преимущественно злаковых лугов маньчжурского типа, близких к лугостепям в своих суходольных вариантах, а в плавнях - тростниковым сообществам.

Своеобразна и береговая супралиторальная растительность региона с более или менее широко эндемичными прибрежными видами, в т.ч. шиповниками морщинистым и Максимовича, голубыми жимолостями почти повсеместно и жимолостью Толмачева на Сахалине.

Среди растений пресных водоемов такие реликты, как бразения Шребера, лотос Комарова, эвриала устрашающая, водяной орех, очень декоративные и практически отсутствующие в заповедниках, кроме Ханкайского.

Из 40 основных лесных формаций региона 34 нигде более в бывшем СССР не произрастают, а 12 формаций уникальны также и для мира в целом. Это связано с наличием ряда очагов эндемизма и достаточно резкой сменой лесорастительных условий к югу от 42° с.ш. Даже широко распространенные за рубежом такие виды, как корейский кедр и пихта цельнолистная практически сохранились в виде мощных массивов с запасами древесины свыше 600 м3/га только в Приморье. Уникальными являются леса из лиственниц камчатской, Каяндера, ольгинской, амурской, приморской, ели аянской, сосны погребальной, березы Эрмана (каменной), некоторых тополей, чозении. Нигде, кроме Восточной Камчатки, не произрастает доступно для наблюдения пихта грациозная, иногда ошибочно сближаемая с пихтой сахалинской.

Уникальны лианово-грабовые кедрово-широколиственные и чернопихтово-широколиственные леса, где на 1 га, как в дендрарии, произрастает до 80 видов деревьев, кустарников и лиан, а отдельные пихты-великаны (Abies holophylla) поднимаются до высоты 50 м при 1,5-2 м в диаметре («Кедровая Падь»).

Сборный видовой состав южных дальневосточных лесов обусловлен:

1) консолидацией видов из-за особой тектоники края Азии, еще до антропогена приведшей к ликвидации ряда экологических ниш нижних поясов растительности;

2) условиями выживания арктотретичной, а вернее третичной миоценовой флоры в рефугиумах квартера;

3) миграциями холодостойких флористических комплексов с северо-запада и северо-востока в синхронные оледенениям антропогена периоды. И только источник обогащения флоры путем миграций с юга был закрыт практически для всего региона, исключая о-в Кунашир.

Лекарственные растения привлекают внимание врачей, фармацевтов и населения, так как настои, настойки, отвары и экстракты обычно действуют более мягко, чем синтетические антибиотические и гормональные препараты к тому же они менее токсичны, реже вызывают аллергические реакции и вредные побочные эффекты.

Представление о том, что в Приморье очень много лекарственных растений несколько преувеличено. При богатстве и разнообразии дальневосточной флоры использование ее видового состава в официальной медицине составляет около 1,5 %. Для Приморского края известно 77 видов растений, разрешенных Минздравом России для медицинского использования и растущих в природных местообитаниях или выращиваемых на его территории. Большинство приморских лекарственных растений распространено в Европе и в Сибири и только восточными частями ареала захватывают Дальний Восток.

Фармакологические свойства этого вида.

Растения вырабатывают огромное количество сложных химических соединений, не образующихся в животном организме. Как разобраться в этом разнообразии и какие вещества считать наиболее денными в лекарственных растениях? В фармакогнозии принято все вещества, встречающиеся в растении, делить на действующие, сопутствующие и балластные.

Целебными свойствами обладают соединения, которые в медицине называют «фармакологически активными», или «физиологически активными» веществами, или «действующими веществами». Они наиболее ценны, хотя растение содержит их обычно в минимальных количествах.

Сопутствующими веществами называют вещества, так или иначе Меняющие действие основного соединения, которому принадлежит главный терапевтический эффект. Они могут, например, повышать всасываемость действующего вещества и, следовательно, значительно ускорять его усвоение, могут усиливать полезное действие или уменьшать его вредное влияние; в других случаях, напротив, могут оказывать какое-либо вредное воздействие, и тогда их следует удалить. Присутствие сопутствующих веществ -- одно из важнейших отличий природных лекарственных средств от лекарственных средств, полученных синтетическим путем. В большинстве случаев присутствие сопутствующих веществ -- важное преимущество сложных лекарств, выделенных из растений.

Значение балластных веществ объясняет само их название: Балласт -- это излишний груз, т.е. вещества хотя и не вредные, не бесполезные при лечении. Они составляют главную массу тела растения. Это прежде всего клетчатка, образующая остов высшегс растения, не растворяющаяся ни в воде, ни в спирте, ни в другга обычных растворителях и поэтому не переходящая в лекарства Хотя целебными свойствами лекарственных растений пользуются тысячелетия, то или иное действие их на организм и биологически активные вещества этих растений стали известны в относительно недавнее время, после зарождения фитохимии (химии растений) и фармакологии.

В древности лекарственное растительное сырье применяли обычно в виде порошков или отваров, иногда в виде мазей. Позднее стали изготовлять более сложные лекарства. По предложению древнеримского врача Галена в Европе вошли в обиход сложные извлечения и настойки, до сих пор называемые «галеновыми препаратами». Но преимущество таких лекарств не находило себе объяснения, так как врачи не имели никакого представления об извлеченных химических веществах. Знали лишь «силу» растения, т. е. активность.

Гликозиды -- природные вещества, в молекуле которых углеводы (сахара) связаны с несахарным компонентом, называемым агликоном (генином). Гликозиды отличаются друг от друга как структурой агликона, так и строением сахарной цепи. Гликозиды расщепляются (гидролизуются) в присутствии кислот и под действием ферментов.

Ферментами (энзимами) называют белковые вещества, являющиеся биологическими катализаторами и осуществляющие превращение веществ в живой клетке. Действие ферментов строго специфично (иногда они катализируют превращение единственного гликозида). Гидролиз или синтез гликозидов, катализируемый ферментами, идет при определенных условиях. Например, энзиматический распад гликозидов интенсивно начинается с момента гибели растения, поэтому необходимо как можно быстрее высушить собранное сырье и тем самым прекратить действие ферментов. Медленная сушка может вызвать ступенчатый распад гликозидов, когда от углеводной цепи один за другим отщепляются моносахариды.

Гликозиды гидролизуются разбавленными кислотами, а некоторые из них -- даже при кипячении с водой.

Биологической активностью обладает обычно не углеводная часть, а агликон. Однако на примере сердечных гликозидов было доказано, что обедненные углеводами гликозиды теряют свою активность. Углеводный компонент определенного строения обеспечивает лучшую растворимость, а главное -- усвоение гликозида. В настоящее время появились сведения о том, что гликозиды с одним и тем же агликоном, но с разным строением углеводной цепи могут обладать совершенно неодинаковым биологическим действием.

Гликозиды, выделенные из растений в чистом виде, представляют собой аморфные или кристаллические вещества, растворимые в воде и спирте.

В зависимости от химической природы агликона гликозиды разделяются на следующие группы:

Цианогенные гликозиды, агликонами которых являются соединения, содержащие синильную кислоту.

Сердечные гликозиды, агликоны которых представляют собой производные циклопентанпергидрофенангрена -- карденолиды и буфадиенолиды.

Сапонины, агликонами которых служат тритерпеновые и стероидные соединения.

Антрагликозиды -- гликозиды, агликонами которых являются производные антрацена.

Фенольные гликозиды, агликонами которых служат производные фенолов -- кумарины, флавоноиды и т.д.

Горькие гликозиды -- гликозиды, входящие в состав растений, применяемых в качестве горечей.

Гликоалкалоиды, агликонами которых являются азотсодержащие стероидные соединения.

Наиболее важна большая группа сердечных гликозидов, встречающихся у самых разных растений. Гликозиды этой группы оказывают сильное действие на сердечную мышцу всех позвоночных животных и человека. Среди растений, образующих в своих клетках гликозиды сердечного действия, -- наперстянки, ландыш, горицвет и некоторые другие. В настоящее время фармакологи находят в нашей флоре все новые растения с сердечными гликозидами, но все же по быстроте и силе действия семя африканского строфанта комбе остается пока непревзойденным. Вся эта группа растений имеет огромное значение в лечении сердечно-сосудистых заболеваний. Растения, содержащие сердечные гликозиды, сильно ядониты.

Сердечные гликозиды имеют стероидную структуру, но отличаются от гормонов и других близких соединений лактонным кольцом: стероидные соединения, не имеющие этого кольца, кардиотоническим действием не обладают.

Сердечные гликозиды очень нестойки, поэтому сбор и сушка растений, их содержащих, требует особой тщательности.

При заготовке лекарственных растений необходимо строго соблюдать следующие основные правила. Нужное лекарственное растение уметь узнавать безошибочно в любой фазе его развития, так как неточность в идентификации растения может привести к серьезному отравлению организма.

Твердо знать, какую часть растения (траву, листья, цветки, корни, корневища, клубни, луковицы, плоды, семена) и когда необходимо собрать, уметь хорошо определять в условиях конкретной местности оптимальные сроки сбора лекарственного сырья.

Не собирать лекарственные растения вблизи автомобильных дорог с интенсивным движением (ближе 300 м), так как содержащиеся в выхлопных газах тетраэтилсвинец и другие ядовитые вещества, оседающие на придорожную растительность, попав в организм, могут вызвать серьезные заболевания. По этой же причине нельзя заготавливать растения по берегам загрязненных водоемов, в местах радиоактивного заражения и загазованности воздуха отходами промышленных предприятий.

Не заготавливать лекарственные растения, занесенные в Красную книгу.

Не собирать больные, увядшие или пораженные насекомыми растения.

Не заготавливать наземные части растений: траву, листья, цветки, плоды и семена вскоре после дождя, поскольку намокшие части растений при транспортировке и дальнейшем высушивании могут потерять свои целебные свойства.

При сборе ядовитых лекарственных растений, таких, как багульник болотный, горец перечный, горец почечуйный, горицвет весенний, наперстянка крупноцветная, и других работать в резиновых перчатках, не допускать попадания сока этих растений на слизистые оболочки глаз и носоглотки, строго соблюдая правила предосторожности. После окончания работы с ядовитыми растениями обязательно вымыть руки и лицо с мылом.

Не проводить сплошной и ежегодный сбор лекарственного сырья, особенно корней, корневищ, луковиц и клубней, со всей площади, так как это ведет к исчезновению растений.

При сборе растений необходимо знать:

какие части того или иного вида лекарственного растения имеют применение в народной медицине;

в какое время должен производиться сбор и как именно технически он выполняется;

как должна вестись сушка растений; какие меры должны быть приняты для лучшего сохранения заготовленного материала.

Количество действующих начал, содержащихся в лекарственном растении, в различные периоды роста и развития последнего бывает неодинаково и колеблется, поэтому время сбора лекарственных растений приурочивается к моменту наибольшего содержания в них действующих начал. Так, если в дело идет все растение, его собирают в начале цветения; в такое же время собираются и растения, от которых употребляются все надземные части - трава. Сбор листьев производится, как правило, перед цветением, за исключением "мать-и-мачехи ", которую заготовляют после цветения. Корни, корневища и клубни заготовляются осенью, после прекращения в растении сокодвижения или ранней весной до начала его. Семена и плоды - в период их полного созревания, за некоторыми исключениями. Сбор надземных частей растения, в особенности цветов, должен производиться в сухую погоду и по сходе росы, так как только при этом условии удается при сушке сохранить у частей растения их естественный цвет и предохранить от самонагревания (процессов бактериального и грибкового разложения), результатом которого часто является утрата растением действующего начала. Перечислим теперь правила сбора отдельных частей растений.

Почки собирают ранней весной, в период набухания, до их распускания. Сосновые почки срезают с ветвей ножом, мелкие (например, березовые) срезают вместе с ветками. Сушат, расстилая тонким слоем, в хорошо проветриваемых помещениях. Высушенные ветки обмолачивают или почки обрывают руками.

Кору собирают в период усиленного весеннего сокодвижения, до распускания листьев. Делают два полукольцевых надреза ножом на расстоянии 20 - 30 см, соединяют двумя продольными надрезами и сдирают кору частями в виде желобков. Кора снимается со стволов и ветвей (крушина), а у дуба - только с ветвей. Сушат кору на солнце, под навесами или в закрытых проветриваемых помещениях.

Листья собирают в период бутонизации, цветения растений, иногда в фазе плодоношения. Толстые сочные черешки, не содержащие полезных веществ (мать-и-мачеха), удаляют, поскольку они затрудняют сушку. Мелкие кожистые листья (брусника) срезают вместе с веточками, а затем отделяют листья. Сушат в тени под навесами, в закрытых помещениях, раскладывая тонким слоем. Цветки собирают в период полного распускания, иногда в стадии бутонизации. Сушат в тени, иногда в затемненном помещении (васильки).

Травы собирают в период полного цветения или бутонизации, срезая всю надземную часть на уровне нижних листьев, растений с жесткими стеблями (полынь, череда) собирают отдельно листья и цветущие верхушки. Сушат в тонких пучках, подвешенных на сквозняке, или раскладывают тонким слоем в тени на хорошо проветриваемом месте, например на чердаке.

Плоды и семена собирают в период полной зрелости, а иногда немного недозревшими (шиповник) в том случае, если при полном созревании плоды осыпаются, или, становятся мягкими, мнутся при сборе. Сочные плоды собирают утром или вечером, поскольку при дневном сборе в сильную жару они быстро портятся. Перед сушкой их завяливают на солнце в течение 1 - 2 дней, а затем сушат при температуре 70 - 90 °С в печах. Мыть плоды перед сушкой нельзя. Перед сушкой сырье сортируют, удаляя случайно попавшие части того же или других растений. Раскладывают растения тонким слоем, перемешивают 3 - 4 раза в день (кроме цветков). Сырье должно сохранять зеленый цвет, не пересыхать. Сушку заканчивают, когда листья и цветки легко растираются в порошок, стебли ломаются с характерным треском, корни ломаются, но не гнутся, ягоды при сжимании в руке рассыпаются, не давая слипшихся комков.