CC BY
4УДК 60:582.29:579.83:615.281 Рыжикова К.А., Шумкин Н.А., Бородулин Д.В.
Рыжикова К.А.
студент
Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева
(г. Саранск, Россия)
Шумкин Н.А.
студент
Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева
(г. Саранск, Россия)
Бородулин Д.В.
студент
Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева
(г. Саранск, Россия)
АНТИБАКТЕРИАЛЬНАЯ АКТИВНОСТЬ ЛИШАЙНИКОВ
ВИДОВ XANTHORIA PARIETINA, CLADONIA RANGIFERINA, PARMELIA SULCATA И EVERNIA PRUNASTRI В ОТНОШЕНИИ БАКТЕРИЙ РОДА BACILLUS И STAPHYLOCOCCUS
Аннотация: данная научная статья исследует антибактериальную активность лишайников видов Xanthoriaparietina, Cladonia rangiferina, Parmelia sulcata и Everniaprunastri. Современная медицинская наука сталкивается с серьезной проблемой - ростом устойчивости патогенных микроорганизмов к традиционным антибиотикам. Появление и распространение резистентных штаммов Bacillus и Staphylococcus требует разработки новых антибактериальных агентов. Лишайники могут стать перспективным источником таких соединений. Целью данного исследования является выявление и оценка антибактериальной активности лишайников Xanthoria parietina, Cladonia rangiferina, Parmelia sulcata и Evernia prunastri в отношении бактерий рода Bacillus и Staphylococcus.
В статье рассматривается строение лишайников, их влияние на колонии бактерий рода Bacillus и Staphylococcus, приготовление экстрактов из лишайников. Особое внимание
уделяется усниновой кислоте, которая входит в состав лишайников. Предлагаются рекомендации по использованию экстрактов из лишайников, описываются их побочные эффекты.
Ключевые слова: лишайники, усниновая кислота, антибактериальная активность, антибиотикорезистентность.
Лишайники - это симбиотические организмы, состоящие из гриба (микобионта) и фотосинтезирующего компонента, который может быть либо водорослью, либо цианобактерией (фотобионт). Рассмотрим подробнее четыре вида лишайников: Xanthoria parietina, Cladonia rangiferina, Parmelia sulcata и Evernia prunastri.
Xanthoria parietina, известный как желтый лишайник или стенной желтый лишайник, имеет ярко-желтую или оранжевую окраску, обусловленную наличием пигмента пареетина, который защищает его от ультрафиолетового излучения. Этот лишайник часто встречается на коре деревьев, камнях, крышах и заборах, предпочитая солнечные и открытые места. Он устойчив к загрязнению воздуха и может быть индикатором умеренного уровня загрязнения (рисунок 1).
Рис. 1. Xanthoria parietina.
Cladonia rangiferina, также известный как ягель или оленьи лишайник, имеет светло-серую или белую окраску и кустистую структуру с многочисленными разветвлениями, напоминающими оленьи рога. Этот
лишайник распространен в арктических и субарктических регионах, а также в бореальных лесах. Он растет на земле, часто образуя большие ковры, которые служат важным кормом для северных оленей зимой (рисунок 2).
Рис. 2. Cladonia rangiferina.
Parmelia sulcata имеет листовидное, серовато-зеленое или серовато-синее тело (таллом) с характерными бороздками или трещинами на поверхности. Этот вид предпочитает кору деревьев и камни в умеренных зонах, часто встречается в лесах и на открытых пространствах. Parmelia sulcata используется в качестве биоиндикатора для оценки качества воздуха и в научных исследованиях, связанных с лишайниками (рисунок 3).
Рис. 3. Parmelia sulcata.
Evernia prunastri, известный как дубовый мох, имеет кустистую структуру и светло-зеленый или желтовато-зеленый таллом. Он мягкий и эластичный на ощупь. Этот вид обычно растет на коре деревьев, особенно на дубах, а также на хвойных деревьях в умеренных зонах (рисунок 4).
Слоевища лишайников были отобраны 23.06.2024 на типичном виде субстрата для каждого вида. Сбор эпифитных видов производился на высоте 1,3 м, отделялось слоевище вместе с фрагментом коры дерева. Массу лишайников высушивали до воздушно-сухого состояния. Была произведена механическая очистка лишайников путем промывания в дистиллированной воде от механических загрязнений (пыль, была отделена кора, древесина).
Лишайники содержат уникальные биоактивные соединения, которые можно извлечь с помощью спирта, обеспечивая их длительное хранение и высокую концентрацию. Рассмотрим процесс изготовления спиртовых экстрактов лишайников.
Для изготовления спиртовых экстрактов лишайников необходимы следующие материалы и оборудование:
1) Сырье: Сухие или свежие лишайники.
2) Растворитель: Этиловый спирт (70% или 96%).
Рис. 4. Еувгта ргипа81ги
3) Стерильные стеклянные емкости: Банки или бутылки с герметичными крышками.
4) Измерительные приборы: Весы для точного измерения массы лишайников и спирта.
5) Мельница или ступка: Для измельчения лишайников.
6) Фильтры: Марля, воронка и фильтровальная бумага.
7) Этикетки: Для маркировки емкостей с экстрактом.
Приготовление спиртовых экстрактов
1. Сбор и подготовка сырья
1. Сбор лишайников:
Собирают только зрелые части лишайника, избегая поврежденных и загрязненных образцов.
2. Очистка и сушка:
Собранные лишайники тщательно очищают от посторонних примесей (земли, песка, насекомых).
Сырье сушат в хорошо проветриваемом помещении или в сушилке при температуре не выше 40°С, чтобы сохранить биологически активные вещества.
2. Измельчение:
Высушенные лишайники измельчают до состояния мелкого порошка или небольших частиц. Это увеличивает площадь поверхности сырья, улучшая экстракцию активных компонентов.
3. Приготовление экстракта
1. Выбор спирта:
Обычно используется этиловый спирт (этанол) различной концентрации (от 40% до 96%). Концентрация спирта зависит от вида лишайника и цели экстракта. Был выбран 96% спиртовой раствор.
2. Пропорции:
Лишайники заливают спиртом в соотношении 1:5 или 1:10 (одна часть лишайников на пять или десять частей спирта) в зависимости от требуемой концентрации экстракта. В своей работе мы заливали спирт в соотношении 1:10.
3. Настаивание:
Смесь помещают в стеклянную посуду с герметичной крышкой. Настаивали при комнатной температуре в темном месте в течении суток.
4. Фильтрация:
По окончании периода настаивания смесь фильтруют через марлю, бумажный фильтр или тонкую ткань.
Фильтрат (экстракт) разливают в чистые стеклянные флаконы (рис.5).
Рис. 5. Спиртовые экстракты лишайников.
Способ получения экстракта с №2СО3 из лишайников, обладающего бактерицидными свойствами.
1. Очистка и измельчение лишайника:
Удалить все механические примеси с лишайника и измельчить слоевища лишайника до порошкообразного состояния.
2. Настаивание с карбонатом натрия:
Измельчённую лишайниковую массу заливают 10-кратным по отношению к массе объемом 96% этилового спирта.
a) Кипятить смесь в течение 1 часа.
b) Охладить полученный раствор.
c) Засыпать измельчённым карбонатом натрия в количестве, равном количеству измельчённой лишайниковой массы.
3. Настаивание раствора:
Настаивать раствор в течение 5 часов при температуре 5-7°С.
4. Кипячение и фильтрация:
a) Нагреть раствор до кипения.
b) Фильтровать раствор в горячем виде.
Фильтрат (экстракт) разливают в чистые флаконы (рисунок 6).
Этот метод обеспечивает эффективное извлечение активных компонентов из лишайника, обладающих бактерицидными свойствами, благодаря последовательному применению этилового спирта и карбоната натрия, а также контролируемой температурной обработке и фильтрации.
Оценка антибактериальной активности проводилась двумя методами: с помощью лунок с экстрактом и бумажно-дисковой метод. На практике более эффективным стал метод Кирби-Бауэра (он же бумажно-дисковой).
Рис. 6. Экстракты лишайников с Na2CO3.
Метод Кирби-Бауэра основан на диффузии антибиотика из диска через агар, на котором выращиваются бактерии. Процедура включает следующие основные шаги:
1. Подготовка агаровой пластины:
В петри-платину заливается питательная среда, которая затем засевается тестируемым бактериальным штаммом.
2. Размещение антибиотических дисков:
На поверхность агара укладывают бумажные диски, пропитанные известным количеством различных действующих веществ.
3. Инкубация:
Пластину инкубируют при соответствующей температуре в течение 1624 часов.
4. Измерение зон ингибиции:
После инкубации вокруг дисков с антибиотиками образуются зоны отсутствия роста бактерий, которые называют зонами ингибиции. Диаметр этих зон измеряется в миллиметрах.
Однако, наряду с методом Кирби-Бауэра, важное место в оценке антибактериальной активности занимает и луночный метод.
Луночный метод основан на диффузии тестируемого вещества из лунок, вырезанных в агаре, в питательной среде, засеянной бактериями.
Процедура включает следующие основные шаги:
1. Подготовка агаровой пластины:
В петри-платину заливается питательная среда (например, Мюллер-Хинтон агар), которая затем засевается тестируемым бактериальным штаммом.
2. Создание лунок:
В агаре создаются лунки (обычно с помощью стерильного пробойника или пипетки), в которые затем помещаются экстракты лишайников.
3. Добавление экстрактов:
Экстракты лишайников, разведенные до необходимой концентрации, добавляются в лунки. Часто используются разные концентрации экстракта для определения минимальной ингибирующей концентрации.
4. Инкубация:
Пластину инкубируют при соответствующей температуре (обычно 35-37°С) в течение 16-24 часов.
5. Измерение зон ингибиции:
После инкубации вокруг лунок могут образоваться зоны отсутствия роста бактерий. Диаметр этих зон измеряется в миллиметрах и используется для оценки антибактериальной активности экстракта.
Полученные результаты описаны в таблицах 1 и 2 и описаны в текстовой
форме.
Таблица1. Антибактериальной активности (метод Кирби-Бауэра).
Xanthoria parietina Cladonia rangiferina Parmelia sulcata Evernia prunastri
Bacillus (спиртовой экстракт) + (3-4 мм) + (5-6 мм) - + (4-5 мм)
Bacillus (спиртовой экстракт с NaCO3) - - - -
Staphylococcus (спиртовой экстракт) + (0,5-1 мм) + (5-7 мм) + (1-2 мм) + (3-4 мм)
Staphylococcus (спиртовой экстракт с NaCO3) + (0,5-1 мм) - - + (0,5-1 мм)
Таблица 2. Антибактериальной активности (лишайники целиком).
Xanthoria Cladonia Parmelia sulcata Evernia prunastri
parietina rangiferina
Bacillus + + + +
(0,5 мм) (4 мм) (0,5 мм) (3-4 мм)
Staphylococcus + + - +
(1-1,5 мм) (0,5 мм) (0,5 мм)
Описание антибактериальной активности по таблицам №1 и №2.
1) Xanthoria parietina
Антибактериальная активность:
Bacillus spp.: Экстракты Xanthoria parietina проявляют значительную активность против Bacillus subtilis и других видов рода Bacillus за счет высоких концентраций усниновой кислоты, которая повреждает бактериальные клеточные мембраны.
Значение для спиртового экстракта составляет 3-4 мм, что является хорошим показателем антибактериальной активности. Спиртовой экстракт с добавлением NaCO3 никакой активности не показал.
Значение антибактериальной активности лишайника целиком составляет примерно 0,5 мм от границы лишайника, что является средним результатом, за счет меньшей концентрации усниновой кислоты.
Staphylococcus spp.: Лишайник демонстрирует выраженную активность против Staphylococcus aureus, подавляя его рост.
Значение для спиртового экстракта составляет 0,5-1 мм, что доказывает относительно слабую антибактериальную активность против данной культуры микроорганизмов. Спиртовой экстракт с добавлением NaCO3 показал аналогичный результат.
Значение антибактериальной активности лишайника целиком составляет примерно 1-1,5 мм от границы лишайника, что является хорошим результатом, превосходящим другие.
2) Cladonia rangiferina
Антибактериальная активность:
Bacillus spp.: Экстракты Cladonia rangiferina показывают значительную активность против Bacillus subtilis.
Значение для спиртового экстракта составляет 4-5 мм, что является отличным показателем антибактериальной активности среди других видов. Спиртовой экстракт с добавлением NaCO3 никакой активности не показал.
Значение антибактериальной активности лишайника целиком составляет примерно 4 мм от границы лишайника, что является наибольшим результатом среди других видов.
Staphylococcus spp.: Cladonia rangiferina также эффективна против Staphylococcus aureus.
Значение для спиртового экстракта составляет 5-7 мм, что является наилучшим показателем антибактериальной активности. Спиртовой экстракт с добавлением NaCO3 никакой активности не показал.
Значение антибактериальной активности лишайника целиком составляет примерно 0,5 мм от границы лишайника, что является средним результатом.
3) Parmelia sulcata
Антибактериальная активность:
Bacillus spp.: Экстракты Parmelia sulcata активно ингибируют рост Bacillus subtilis благодаря высокой концентрации усниновой кислоты, которая нарушает структуру бактериальных клеток.
Спиртовой экстракт в данном исследовании никакой антибактериальной активности не показал, спиртовой экстракт с добавлением NaCO3 так же никакой активности не показал.
Значение антибактериальной активности лишайника целиком составляет примерно 0,5 мм от границы лишайника, что является средним результатом, за счет содержания в лишайнике усниновой кислоты.
Staphylococcus spp.: Лишайник эффективен против Staphylococcus aureus.
Значение для спиртового экстракта составляет 1 -2 мм, что показывает слабую антибактериальну активность. Спиртовой экстракт с добавлением NaCO3 никакой активности не показал.
Антибактериальная активность лишайника полностью отсутствовала в данном исследовании.
4) Evernia prunastri
Антибактериальная активность:
Bacillus spp.: Evernia prunastri проявляет высокую активность против Bacillus subtilis и других видов рода Bacillus, благодаря содержанию усниновой кислоты, которая разрушает бактериальные клеточные мембраны.
Значение для спиртового экстракта составляет 3-4 мм, что является хорошим показателем антибактериальной активности. Спиртовой экстракт с добавлением NaCO3 никакой активности не показал.
Значение антибактериальной активности лишайника целиком составляет 3-4 мм от границы лишайника, что является отличным результатом, за счет большей концентрации усниновой кислоты.
Staphylococcus spp.: Экстракты этого лишайника также активны против Staphylococcus aureus за счет усниновой кислоты.
Значение для спиртового экстракта составляет 3-4 мм, что является хорошим показателем антибактериальной активности. Спиртовой экстракт с добавлением NaCO3 показал средний результат для данного вида экстракта 0,51 мм.
Значение антибактериальной активности лишайника целиком составляет примерно 0,5 мм от границы лишайника, что является средним результатом, за счет меньшей концентрации усниновой кислоты.
Характеристика усниновой кислоты.
Усниновая кислота - ключевое биоактивное соединение лишайников рода №пеа. Она обладает антибактериальными, противовирусными и противогрибковыми свойствами, что делает её перспективной для медицины и фармацевтики.
Усниновая кислота - сложное органическое соединение класса поликетидов с разнообразными биологическими свойствами, включая антибактериальную, противогрибковую и противовирусную активность.
Усниновая кислота (С18Н1607) имеет следующие характеристики:
1) Молекулярная масса: 344.31 г/моль.
2) Химическая формула: С18Н1607.
Структура: Усниновая кислота состоит из двух фенольных колец, соединенных через циклогексановую структуру, содержащую карбоксильную группу (рисунок 6).
но т 0
СОСНз
Рис. 6. Структура усниновой кислоты.
Антибактериальные свойства.
Одним из значимых применений усниновой кислоты является её антибактериальная активность. Исследования показали, что она эффективна против патогенных бактерий, включая Staphylococcus aureus, Escherichia coli и Mycobacterium tuberculosis. Усниновая кислота активна против широкого спектра грамположительных бактерий, таких как Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis и Mycobacterium tuberculosis. Она нарушает структуру и функцию
бактериальной клеточной мембраны, что приводит к утечке внутриклеточного содержимого и гибели клетки.
Грамотрицательные бактерии менее чувствительны к усниновой кислоте из-за сложной клеточной стенки. Это делает её потенциальным кандидатом для разработки новых антибиотиков в условиях нарастающей резистентности бактерий к существующим препаратам.
Противовирусная активность.
Усниновая кислота также обладает противовирусными свойствами. Исследования показали её эффективность против некоторых вирусов, таких как грипп и вирус простого герпеса. Это открывает возможности для использования усниновой кислоты в качестве основы для создания противовирусных препаратов, особенно актуальных в период вспышек вирусных инфекций.
Противогрибковые свойства.
Помимо антибактериальных и противовирусных свойств, усниновая кислота проявляет активность против различных грибковых инфекций. Её эффективность против грибков рода Candida делает её потенциально полезной для лечения кандидозов и других грибковых заболеваний.
Применение в дерматологии.
Усниновая кислота широко используется в дерматологических препаратах благодаря своим антибактериальным и противовоспалительным свойствам. Её можно найти в составе мазей, кремов и лосьонов для лечения кожных инфекций, ран и воспалений. Такие средства эффективны для заживления ран, предотвращения инфицирования и уменьшения воспаления.
Безопасность и побочные эффекты.
Хотя усниновая кислота обладает полезными свойствами, важно учитывать её потенциальные побочные эффекты. В высоких дозах она может быть токсична для клеток печени, поэтому требуется осторожность при её использовании. Необходимы дальнейшие исследования для определения безопасных дозировок и долгосрочных эффектов применения усниновой кислоты.
Результаты исследований подтверждают, что лишайники содержат биоактивные вещества, такие как усниновая кислота, способные подавлять патогенные бактерии. Экстракты лишайников, особенно Evernia и Cladonia, показали эффективность против Staphylococcus spp и Bacillus spp. Они действуют преимущественно на грамположительные бактерии, демонстрируя бактерицидное действие.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Горленко М. В. Курс низших растений / М. В. Горленко. - Москва : Высшая школа, 1981. - 477 с. - Текст : непосредственный;
2. Лыскова Н. С. Изучение состава и свойств вторичных метаболитов лишайника Usnea barbata / Н. С. Лыскова, Ю. Г. Базарнова, И. В. Кручина-Богданов // Химия растительного сырья. - 2018. № 1. - С. 121-127;
3. Тапальский Д. В. Антимикробная и противогрибковая активность экстрактов лишайников, распространенных на территории Беларуси / Д. В Тапальский, Д. Р. Петренев, О. М. Храмченкова [и др.]. - Текст : элек-тронный // Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. - 2017. - № 2. - С. 60-65;
4. Окснер А. Н. Определитель лишайников СССР. Морфология, систематика и географическое распространение / А. Н. Окснер. - Л. : Наука, 1974. Вып. 2. -284 с. - Текст : непосредственный;
5. Корягин Ю. В. Биология почв : учебное пособие для вузов / Ю. В. Корягин, Н. В. Корягина, А. Н. Арефьев, Е. Г. Куликова. - Москва : Издательство Юрайт, 2024. с. 2 - URL: https://urait.ru/bcode/543585/p.2 (дата обращения: 15.07.2024);
6. Жохова, Е. В. Ботаника : учебное пособие для среднего профессионального образования / Е. В. Жохова, Н. В. Скляревская // Образовательная платформа Юрайт [сайт]. - 54 с. - URL: https://urait.ru/bcode/538599/p.54 (дата обращения: 15.07.2024)
Ryzhikova K.A., Shumkin N.A., Borodulin D. V.
Ryzhikova K.A.
Mordovian State University (Saransk, Russia)
Shumkin N.A.
Mordovian State University (Saransk, Russia)
Borodulin D.V.
Mordovian State University (Saransk, Russia)
ANTIBACTERIAL ACTIVITY OF LICHENS OF XANTHORIA PARIETINA, CLADONIA RANGIFERINA, PARMELIA SULCATA
AND EVERNIA PRUNASTRI SPECIES AGAINST BACTERIA OF THE GENUS BACILLUS AND STAPHYLOCOCCUS
Abstract: scientific article examines the antibacterial activity of lichens of the species Xanthoriaparietina, Cladonia rangiferina, Parmelia sulcata andEverniaprunastri. Modern medical science is facing a serious problem - the growing resistance of pathogenic microorganisms to traditional antibiotics. The emergence and spread of resistant strains of Bacillus and Staphylococcus requires the development of new antibacterial agents. Lichens can become a promising source of such compounds. The purpose of this study is to identify and evaluate the antibacterial activity of lichens Xanthoria parietina, Cladonia rangiferina, Parmelia sulcata and Evernia prunastri against bacteria of the genus Bacillus and Staphylococcus.
The article examines the structure of lichens, their effect on colonies of bacteria of the genus Bacillus and Staphylococcus, and the preparation of extracts from lichens. Special attention is paid to usnic acid, which is part of lichens.
Keywords: lichens, usnic acid, antibacterial activity, antibiotic resistance.
