Бактерицидная активность спиртовых экстрактов Artemisia glauca и Artemisia sieversiana, произрастающих в Сибирском регионе

Зыкова Ирина Дементьевна; Ефремов Александр Алексеевич; Бугаенко Элеонора Владимировна

ЛЕКАРСТВЕННЫЕ РАСТЕНИЯ

БАКТЕРИЦИДНАЯ АКТИВНОСТЬ СПИРТОВЫХ ЭКСТРАКТОВ ARTEMISIA GLAUCA И ARTEMISIA SIEVERSIANA, ПРОИЗРАСТАЮЩИХ В СИБИРСКОМ РЕГИОНЕ

Ирина Дементьевна Зыкова, Александр Алексеевич Ефремов, Элеонора Владимировна Бугаенко (Сибирский федеральный университет, Красноярск, ректор - акад. РАН, д.б.н. Е.А. Ваганов, кафедра химии, зав. - д.х.н., проф. А.Г. Аншиц)

Резюме. Исследован состав спиртовых экстрактов полыни серой и полыни Сиверса. Показано, что в их состав входят хлорофилл а и б, каротиноиды, компоненты эфирных масел, флавоноиды, углеводы и др. Изучена бактерицидная активность полученных экстрактов по отношению к Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Klebsiella pneumoniae, Staphylococcus aureus 209р, MRSA (метициллин резистентный Staphylococcus aureus), Proteus vulgaris. Отмечено, что спиртовые экстракты полыни серой и полыни Сиверса, произрастающих в Сибирском регионе, проявляют наибольшую бактерицидную активность по отношению к Escherichia coli.

Ключевые слова: Artemisia glauca, Artemisia sieversiana, спиртовые экстракты, бактерицидная активность.

BACTERICIDAL ACTIVITY OF ALCOHOLIC EXTRACTS OF ARTEMISIA GLAUCA AND ARTEMISIA SIEVERSIANA, GROWING IN THE SIBERIAN REGION

I.D. Zykova, А.А. Efremov, Е.V. Bugaenko (Siberian Federal University, Krasnoyarsk, Russia)

Summary. The composition of spirit extracts of Artemisia glauca and Artemisia sieversiana were investigated. It is shown that they contain Carotinoids, components of essential oils, flavonoids, chlorophyll а and chlorophyll b. Bactericidal activity of the received extracts in relation to Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Klebsiella pneumoniae, Staphylococcus aureus 209p, MRSA (meticillin resistant Staphylococcus aureus), Proteus vulgaris were studied. It is noted that spirit extracts of a Artemisia glauca and Artemisia sieversiana, growing in the Siberian region, show the greatest bactericidal activity in relation to Escherichia coli.

Key words: Artemisia glauca, Artemisia sieversiana, alcoholic extracts, bactericidal activity.

Поиск новых видов лекарственного растительного сырья перспективен, прежде всего, среди близкородственных видов растений. Интересным в этом отношении по своему многообразию, распространению и сырьевым запасам являются растения рода Полынь (Artemisia L.), который насчитывает в Сибири 84 вида [1]. Многие из видов полыни, произрастающие на территории Сибирского региона, имеют обширный ареал и формируют значительную биомассу, что определяет перспективы их практического использования. Физиологическая активность полыней обусловлена разнообразием содержащихся в них биологически активных соединений. Установлено, что они обладают противовоспалительной, антимикробной и антифунгальной активностью [2].

Полынь Сиверса (Artemisia sieversiana) и полынь серая (Artemisia glauca) широко распространены на всей территории Сибири, и заготовка этого вида сырья для медицинских и пищевых целей возможна в Хакасии и Республике Тыва. Исследованию химического состава данного вида полыней посвящены работы [2-7]. Большая часть публикаций, посвященных полыни Сиверса и полыни серой, относится к исследованию только эфирного масла и определению его компонентного состава. Остальные группы соединений мало изучены. Отсутствуют данные по бактерицидной, ан-тиоксидантной и другим видам активности. Это сдерживает разработку технологии биологически активных веществ из полыни Сибири.

Цель работы: определение бактерицидной активности спиртовых экстрактов Artemisia glauca и Artemisia sieversiana, произрастающих в Сибирском регионе.

Материалы и методы

В работе использовали надземную часть полыни серой и полыни Сиверса, собранной в Шушенском районе Красноярского края в июле 2013 года.

Экстрактивные вещества выделяли из предварительно высушенного сырья с использованием исчерпывающей экстракции в аппарате Сокслета. Содержание отдельных компонентов определяли по общепринятым методикам ко-

личественного химического анализа растительного сырья и с использованием электронной спектроскопии в ультрафиолетовой и видимой области спектра.

Бактерицидную активность определяли методом серийных разведений в 0,5 мл питательного бульона [4]. В качестве тест-штаммов использовали стандартные типовые культуры микроорганизмов: Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Klebsiella pneumoniae, Staphylococcus aureus 209р, MRSA (метициллин резистентный Staphylococcus aureus), Proteus vulgaris, предоставленные Красноярской краевой клинической микробиологической лабораторией.

Чистую культуру выращивали на скошенном питательном агаре, в течение 24 часов при 37оС. Из смыва выращенной культуры 0,85%-ым раствором хлорида натрия готовили взвесь густотой 109 мкл/мл по оптическому стандарту мутности ОСО 42-28-29-85. После определения «рабочей дозы» тест-культуры, титровали эфирное масло путем двукратных разведений в объеме 0,5 мл мясо-пептонного бульона, затем во все пробирки вносили по 0,5 мл «рабочей дозы» тест-культуры. Пробирки с эфирным маслом и тест-культурой ставили на три часа на экспозицию при 370С, после чего вносили индикатор метиленовый синий с глюкозой и мясо-пептонным агаром, содержимое пробирок вновь смешивали и инкубировали в течение часа при температуре 370С. Результат учитывали по цвету питательной среды. В том случае, если индикатор обесцвечивался, считалось, что подавления роста тест-культуры нет, если цвет не менялся, то это свидетельствовало о блокировке дыхательных ферментов бактериальных клеток тест-культур и их гибели.

Результаты и обсуждение

С использованием электронной спектроскопии в УФ- и видимой области спектра показано, что в состав спиртора-створимых веществ, извлекаемых из A. glauca, входят хлорофилл, каротиноиды, компоненты эфирного масла, флаво-ноиды, углеводы.

В спиртовом экстракте надземной части A. glauca содержание красящих пигментов составило: хлорофилл а -

i *• —i-1-1-1-

600ЛО 700 00 ВООЛО 130.30

Длина: ■ : км

Рмс. 1. Электронный спектр в видимой области спиртового экстракта A. glauca (1-665 нм, 2-606 нм, 3-536 нм).

95,7±0,6 мг (665 нм) и хлорофилл б - 29,9±0,2 мг (606 нм) из расчета на 100 г пробы. Кроме того, в спиртовой экстракт переходят каротиноиды - 38,9 мг (536 нм) (рис. 1).

В спиртовом экстракте надземной части A. sieversiana содержатся: хлорофилл а - 197,3±0,8 мг (664 нм) и хлорофилл б - 76,1±0,1 мг (606 нм) из расчета на 100 г пробы. Кроме того,

Таблица 1

Бактерицидная активность спиртовых экстрактов A. glauca и A. sieversiana

Вид бактерий Минимальная подавляющая концентрация, мг/мл

A. glauca A. sieversiana

Klebsiella 204 19,5 4,7

Klebsiella pneumoniae BLRS+ 19,5 19,5

Proteus vulgaris 9,5 9,5

Escherichia coli 4,7 4,7

Escherichia coli ATCE 19,5 19,5

Staphylococcus aureus 209 19,5 19,5

Staphylococcus aureus MRSA 19,5 19,5

Рис. 2. Электронный спектр в видимой области спиртового экстракта A. sieversiana (1-664 нм, 2-606 нм, 3-537 нм).

в спиртовой экстракт переходят каротиноиды - 81,4 мг (537 нм) (рис. 2), компоненты эфирного масла, флавоноиды, углеводы и другие.

Из представленных в таблице 1 данных видно, что минимальная подавляющая концентрация экстрактивных веществ, которая полностью убивает различный вид бактерий, различна. Наибольшую активность проявляет спиртовой экстракт полыни серой только по отношению к Escherichia coli.

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Прозрачность исследования. Исследование не имело спонсорской поддержки. Исследователи несут полную ответственность за предоставление окончательной версии рукописи в печать.

Декларация о финансовых и иных взаимодействиях. Все авторы принимали участие в разработке концепции и дизайна исследования и в написании рукописи. Окончательная версия рукописи была одобрена всеми авторами. Авторы не получали гонорар за исследование.

ЛИТЕРАТУРА

1. Амельченко В.П. Биосистематика полыней Сибири. -Кемерово: Ирбис, 2006. - 238 с.

2. Березовская Т.П., Амельченко В.П., Красноборов И.М., Серых Е.А. Полыни Сибири: систематика, экология, химия, хемосистематика, перспективы использования. -Новосибирск, 1991. - 125 с.

3. Калинкина Г.И., Зарубина Л.А., Березовская Т.П. и др. Эфирномасличные растения сибирской флоры - источники антимикробных средств // Ресурсоведческое и фитохимиче-ское изучение лекарственной флоры СССР, 1991. - T. XXIX. - С.89-93.

4. Полянская Е.В., Королюк Е.А., Ткачев А.В. Состав эфирного масла из полыни Glauca из Западной Сибири // Химия природных соединений. - 2007. - Т. 43. №5. - С.544-547.

5. Пушкарева Е.С. Компонентный состав эфирного масла полыни Сиверса (Artemisia Sieversiana) Сибири и его отдельных фракций // Сорбционные и хроматографические процессы. - 2012. - Т. 12. №4. - С.624-628.

6. Suleimenov E.M., Ozek T., Demirci F., et al. Component composition of essential oils of Artemisia lercheana and A. sieversiana of the flora of Kazakhstan. Antimicrobial activity of A. sieversiana essential oil // Chemistry of natural compounds. -2009. - Vol. 45. №1. - P.120-123.

7. Liu Zhi Long, Liu Quan Ru, Chu Sha Sha, et al. Insecticidal Activity and Chemical Composition of the Essential Oils of Artemisia lavandulaefolia and Artemisia sieversiana from China // Chemistry and biodiversity. - 2010. -Vol. 7. №8. - P.2040-2045.

REFERENCES

1. Amelchenko V.P. Biosistematik of ice-holes of Siberia. -Kemerovo: IRBIS, 2006. - 238 p. (in Russian)

2. Berezovskaya T.P., Amelchenko V.P., Krasnoborov I.M., Grey E.A. Polyni of Siberia: systematization, ecology, chemistry, hemosistematika, use prospects. Novosibirsk, 1991. - 125 p. (in Russian)

3. Kalinkina G. I., Zarubina L.A., Berezovskaya T.P., et al. Efirnomaslichnye of a plant of the Siberian flora - sources of antimicrobic means // Resursovedcheskoe and phytochemicheskoe izuchenie lekarstvennoi flory SSSR. - 1991. - Vol. XXIX. - P.89-93. (in Russian)

4. Polyanskaya E. V., Korolyuk E.A., Tkachev A. V. Composition of essential oil from Artemisia glauca from western Siberia // Khimia prirodnikh soedinenij. - 2007. - Vol. 43. №5. - P.544-547.

(in Russian)

5. Pushkareva E.S. Component composition of essential oil of a wormwood of Sivers (Artemisia Sieversiana) of Siberia and its separate fractions // Sorbtsionnye i chromatograficheskye processy. - 2012. - Vol. 12. №4. - P.624-628. (in Russian)

6. Suleimenov E.M., Ozek T., Demirci F., et al. Component composition of essential oils of Artemisia lercheana and A. sieversiana of the flora of Kazakhstan. Antimicrobial activity of A. sieversiana essential oil // Chemistry of natural compounds. -2009. - Vol. 45. №1. - P.120-123.

7. Liu Zhi Long, Liu Quan Ru, Chu Sha Sha, et al. Insecticidal Activity and Chemical Composition of the Essential Oils of Artemisia lavandulaefolia and Artemisia sieversiana from China // Chemistry and biodiversity. - 2010. -Vol. 7. №8. - P.2040-2045.

Информация об авторах:

Зыкова Ирина Дементьевна - к.т.н., доцент, доцент кафедры, 660074, г. Красноярск, ул. Киренского, д. 26, ПИ СФУ кафедра химии, тел. (391) 2498943, е-mail: [email protected]; Бугаенко Элеонора Владимировна - научный сотрудник; Ефремов Александр Алексеевич - д.х.н., профессор кафедры, заведующий лабораторией.

Information About the Authors:

Zykovа Irina Dementyevna - PhD, assistant professor, associate professor, 660074, Krasnoyarsk, Kirenskogo st., 26, Department of Chemistry, tel. (391) 2498943, e-mail: [email protected]; Bugaenko Eleonora Vladimirovna - research associate; Yefremov Alexander Alekseevich - PhD, Prof. department, head of the laboratory.

ВЗАИМОСВЯЗЬ ВТОРИЧНОГО МЕТАБОЛИЗМА И ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ В ЛЕКАРСТВЕННЫХ РАСТЕНИЯХ

Ирина Ивановна Баяндина1, Юлия Васильевна Загурская2 ('Новосибирский государственный аграрный университет, ректор - д.т.н., проф. А.С. Денисов, кафедра ботаники и ландшафтной архитектуры, зав. - д.с-х.н., проф. С.Х. Вышегуров; 2Институт экологии человека Сибирского отделения Российской академии наук, директор - д.м.н., проф. А.Н. Глушков, Кузбасский ботанический сад, зав. - д.б.н., проф. А.Н. Куприянов)

Резюме. Рассматриваются вопросы адаптации растений к повышенному содержанию тяжелых металлов при помощи вторичных метаболитов и влияния химических элементов на накопление некоторых фенольных соединений, в том числе для растений концентраторов и сверхконцентраторов элементов. Актуальность проблемы связана с необходимостью разработки санитарно-гигиенических требований для тяжелых металлов в лекарственных растениях и их сырье, а также с влиянием стресса, вызванного тяжелыми металлами, на продукцию вторичных метаболитов.

Ключевые слова: лекарственные растения, тяжелые металлы, фенольные соединения, флавоноиды.

THE RELATIONSHIP OF SECONDARY METABOLISM AND CHEMICAL ELEMENTS

IN MEDICINAL PLANTS

I.I. Bayandina1, Yu.V. Zagurskaya2 ('Novosibirsk State Agrarian University, 2Institute of Human Ecology, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, Russia)

Summary. The adaptation of plants to high levels of heavy metals with the help of secondary metabolites and the influence of chemical elements on the accumulation of some phenolic compounds, including element of concentrated and superconcentrated plants are considered in this review. The urgency of the problem is associated with the need for the development of sanitary-hygienic requirements for heavy metals in medicinal plants and their raw materials, as well as with the influence of stress caused by heavy metals on the production of secondary metabolites.

Key words: heavy metals, medicinal plants, phenolic compounds, flavonoids.

Взаимоотношения тяжелых металлов и растений имеют два взаимосвязанных аспекта.

С одной стороны, огромное количество публикаций посвящено тому, как растения накапливают металлы, как это вредит самим растениям и тем, кто использует эти растения в пищу. Эта сторона проблемы особенно актуальна в связи с возрастающей техногенной нагрузкой на биосферу. При её изучении интерес вызывают следующие вопросы: каковы закономерности накопления растениями тяжелых металлов, где они накапливаются, с какими веществами в растении связываются, какие растения больше накапливают тяжелые металлы, как связано загрязнение окружающей среды и загрязняющих растительное сырье элементов.

Другим важным аспектом этой проблемы является то, что некоторые тяжелые металлы одновременно являются необходимыми питательными элементами и микроэлементами, и без их присутствия в окружающей среде растения не могут функционировать и завершать свое развитие [7]. В зависимости от концентрации некоторые элементы могут быть микроэлементами, стимулирующими рост и развитие растения, а могут быть «тяжелыми металлами», «загрязнителями», тормозящими физиологические процессы в растении и ухудшающими качество растительного сырья.

Важным и малоисследованным аспектом влияния потенциально опасных химических элементов, находящихся в окружающей среде, на растения является то, что в ответ на увеличение их содержания в растениях индуцируется дополнительный синтез вторичных метаболитов, также как при других биотических и абиотических стрессах.

Несмотря на сложные взаимодействия между внешними

факторами и физиологическими и метаболическими системами растения, понимание этих процессов дает теоретическую базу для стратегии планирования и управления качеством лекарственных растений.

Анализ литературных источников позволяет понять, как взаимодействие растения с химическими элементами окружающей среды способствует накоплению вторичных метаболитов в лекарственных растениях.

Растения, контактируя с потенциально опасными внешними факторами окружающей среды, развили сложные стратегии защиты, которые включают огромное разнообразие химических веществ в качестве инструментов для преодоления стрессовых состояний, поэтому вторичные метаболиты играют важную роль в адаптации растений к изменяющимся условиям. Под действием биотических и абиотических стрессов растения осуществляют эти защитные механизмы, являющиеся результатом цепи сложных биохимических процессов [14,22,32,48,54]. Синтез вторичных метаболитов обычно ограничен конкретными растительными тканями или стадией развития, или индуцируется в ответ на стимулирующие факторы, в том числе повышенные концентрации потенциально опасных химических элементов [37,51,53].

Общеизвестно, что лигандами для хелатирования металлов могут служить аминокислоты, органические кислоты и пептиды, однако показано, что некоторые вторичные метаболиты, в особенности флавоноиды, также могут служить хелаторами и участвовать в детоксикации тяжелых металлов растениями [6,30]. На образовании окрашенных или осаждающихся комплексов с ионами металлов основаны качественные и количественные (фотометрические и спектрометриче-

Bactericidal activity of alcoholic extracts of Artemisia glauca Andartemisia sieversiana, growing in the Siberian region

Текст научной работы на тему «Бактерицидная активность спиртовых экстрактов Artemisia glauca и Artemisia sieversiana, произрастающих в Сибирском регионе»