Определение спектра резонансного поглощения электромагнитного излучения меланина из подмора мухи черная львинка Hermetia illucens Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

Ветеринарный врач. 2022 . № 5 . С. 9-13 The veterinarian. 2022; (4): 9-13.

Научная статья УДК 604

DOI 10.33632/1998-698Х 2022 5 9

Определение спектра резонансного поглощения электромагнитного излучения меланина из

подмора мухи черная львинка Hermetia illucens

Элана Игоревна Зелинская, Марина Алексеевна Фролова, Алексей Иванович Албулов, Анатолий Константинович Елисеев, Кристина Михайловна Федоринова

Всероссийский научно-исследовательский и технологический институт биологической промышленности, Московская область, г.о.Лосино-Петровский, п.Биокомбината, д. 17, Россия, vnitibp@mail.ru

Автор, ответственный за переписку: Элана Игоревна Зелинская, Elana-kova@mail.ru

Аннотация. В результате проведённых исследований установлено, что спектр электронного парамагнитного резонанса меланина из подмора мухи чёрная львинка Hermetia illucens находится в диапазоне 3400 - 3500 Гс, что характерно для меланиновых пигментов. Сигнал с величиной g-фактора, равной 2,2010 и полушириной 372 Гс, вероятно, связан с присутствием в препарате комплекса металлов, предположительно Fe или Cu.

Ключевые слова: подмор мухи чёрная львинка, меланин, астромеланин, антарктические дрожжи, спектр электронного парамагнитного резонанса

Determination of the spectrum of resonant absorption of electromagnetic radiation by melanin from the dead fly of the black soldier fly Hermetia illucens

Elana I. Zelinskaya, Marina A. Frolova, Alexey I. Albulov, Anatoly K. Eliseev, Kristina M. Fedorinova All-Russian Scientific Research and Technological Institute of the Biological Industry, Moscow Region, Losino-Petrovsky, Biokombinat, 17, Russia, vnitibp@mail.ru Corresponding author: Elana Igorevna Zelinskaya, Elana-kova@mail.ru

Abstract. As a result of the research, it was found that the spectrum of electron magnetic resonance of melanin from the black soldier fly Hermetia illucens lies in the range of 3400-3500 gauss, which is typical for melanin pigments. A signal with a g-factor of 2.2010 and a half-width of 372 G is probably associated with the presence of a metal complex, presumably Fe or Cu, in the preparation.

Keywords: black soldier fly dead, melanin, astromelanin, Antarctic yeast, electron paramagnetic resonance spectrum

Введение. В последнее десятилетие во всём мире наблюдается повышенный интерес к насекомым как источнику высокоусвояемого кормового белка, жира с уникальными свойствами, антиоксидантов, иммуномодуля-торов и других биологически активных веществ, в том числе и меланина. В последние годы наиболее перспективным насекомым с точки зрения решения проблемы утилизации различных органических отходов и одновременно получения биологически активных веществ считают муху черная львинка (Hermetia illucens). Особенности окраски отдельных стадий насекомого (личинка, пред-куколка, куколка, имаго) предполагают

присутствие пигментов меланинового типа

[1-4].

Меланины - это высокомолекулярные пигменты, которые имеют нерегулярную структуру и сложный химический состав, широко распространены в животных и растительных тканях, а также у простейших. Специфическое строение молекулы меланинов, способствующее проявлению полифункциональных свойств пигментов, обеспечивает надёжную защиту клеточных систем от экзогенных факторов мутагенной и канцерогенной природы. Меланин, поглощая свет, выполняет несколько биологических функций, включая защиту фоторецепторов, терморегуляцию,

фотозащиту, маскировку и отображение. Однако он эффективен и в защите организма от ряда других внешних факторов. Меланин выполняет функцию защиты генетической информации от действия ультрафиолетовых лучей и радиоволн. Данные виды излучения вызывают генные, хромосомные и геномные мутации. Также меланины блокируют действие свободных радикалов, запускают биохимические реакции, замедляют процесс разрушения в железах внутренней секреции, обеспечивают адаптогенный эффект на уровне организма [5-10]. Генерализованное поглощение в широком диапазоне длин волн в сочетании с антиоксидантными свойствами обеспечивает значительное уменьшение токсического действия УФ-излучения [11]. Высокое содержание парамагнитных центров позволяет меланинам дезактивировать природные радикалы, образующиеся в ряде физических и химических процессов за счёт большой

электронно-абсорбционной ёмкости этих соединений [12].

Материалы и методы. Для получения меланина использовали подмор мухи чёрная львинка Hermetia illucens (ООО «ЭкоБелок»). Образцом сравнения служил коммерческий астромеланин из антарктических дрожжей Nadsoniella nigra. Спектры электронного парамагнитного резонанса регистрировали на ЭПР - спектрометре Bruker EMX (Германия) на базе института биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН. Для проведения испытаний меланин растворяли в калий - фосфатном буфере (концентрация 0,1 М, pH 7,4), максимальная используемая концентрация препарата составляла 5мг/мл.

Результаты исследований. Спектр поглощения меланина из подмора мухи чёрная львинка Hermetia illucens представляет собой ровную линию, без заметных максимумов и минимумов, что характерно для меланиновых пигментов (рисунок 1).

Рисунок 1 - Спектр поглощения меланина из подмора мухи чёрная львинка Hermetia illucens и астромеланина из антарктических дрожжей Nadsoniella nigra в калий-фосфатном буфере (0,1 М, pH 7,4). Концентрация меланина - 100 мкг/мл, астромеланина - 50 мкг/мл.

В районе 280 нм наблюдается небольшое плечо, свидетельствующие, по-видимому, о небольшой примеси белков в препарате астромеланина, при этом он имеет большее

поглощение на единицу веса, чем меланин из подмора мухи чёрный львинка Негтейа Шисе^, особенно в коротковолновых областях спектра.

Рисунок 2 - Спектры электронного парамагнитного резонанса меланина из подмора мухи чёрная львинка Hermetia illucens и астромеланина из антарктических дрожжей Nadsoniella nigra

На рисунке 2 представлены спектры электронного парамагнитного резонанса для меланина из подмора мухи чёрная львинка Hermetia illucens и астромеланина из антарктических дрожжей Nadsoniella nigra на большой развертке магнитного поля. Меланины, как правило, сигналят в области 3400 - 3500 Гаусе (Гс) и имеют величину g-фактора, близкую величине g-фактору свободного электрона (2,003 - 2,005). На рисунке сигнал в этой области виден как прямая линия, а сигнал меланина из подмора мухи чёрная львинка Hermetia illucens с величиной g-фактора,

равной 2,2010 и полушириной 372 Гс, может быть связан с комплексами металлов (вероятнее всего Бе или Си), присутствующими в препарате.

Заключение. Меланин, полученный из подмора мухи чёрная львинка Негтейа Шисеш имеет спектр поглощения в диапазоне 3400 -3500 Гс, характерный для меланиновых пигментов, а сигнал с величиной g-фактора, равной 2,2010 и полушириной 372 Гс, вероятно, связан с комплексами металлов (вероятнее всего Fe или Си), присутствующими в препарате.

Список источников

1. Азарян К.Г. Бактериальный меланин - универсальный биостимулятор / К.Г. Азарян, Ю.Г. Попов, М.Т. Петросян, А.С. Овсепян, А.Е. Агаджанян // Международная конференция "Современное состояние биотехнологии в Армении и роль МНТЦ в ее развитии". 2008, С. 203.

2. Sarna T., Swartz H.A. The Physical Properties of Melanins // The Pigmentary System. John Wiley & Sons, Ltd. 2006. P. 311-341.

3. D'Ischia M. et al. Chemical and Structural Diversity in Eumelanins: Unexplored Bio-Optoelectronic Materials // Angewandte Chemie International Edition. 2009. V. 48, № 22. P. 39143921.

4. Panzella L. et al. The late stages of melanogenesis: Exploring the chemical facets and the application opportunities // International Journal of Molecular Sciences. 2018. V. 19, № 6. P. 1753.

5. Meredith P., Sarna T. The physical and chemical properties of eumelanin // Pigment Cell Research. 2006. V. 19, № 6. P. 572-594.

6. White L.P. Melanin: A naturally occurring cation exchange material // Nature. 1958. V. 182, № 4647. P. 1427-1428.

7. Борщевская М.И. Развитие представлений о биохимии и фармакологии меланиновых пигментов / М.И. Борщевская, С.М. Васильева // Вопросы медицинской химии. - 1999. - Т.1.

- № 45. - С.13-24.

8. Bogaeva D.A. Special properties and uses of melanin / D.A. Bogaeva // The scientific heritage. 2021. № 65. P. 3-4.

9. Arsakhanova G. A. Melanin in the structure of counteracting stressful phenomena of the body / G. A. Arsakhanova // Integral. 2020. № 6. P. 38-39.

10. Калугина Т.С. Меланины Inonotus Obliquus как сорбенты ионов тяжелых металлов / Т. С. Калугина, Н. В. Иконникова // Материалы 17-й международной научной конференции «Сахаровские чтения 2017 года: экологические проблемы XXI века», Минск. - 2017. - С.30-31.

11. Новиков Д.А. Фотопротекторные свойства меланинов из винограда и черного чая / Д.А. Новиков, В.П. Курченко, И.И. Азарко // Радиационная биология. Радиоэкология. - 2001.

- Т.6. - № 41. - С.664-670.

12. Ушакова Н.А. Парамагнетики меланин и Mn2+ мухи черная львинка Hermetia illucens / Н.А. Ушакова, А.Е. Донцов, А.И. Быстраков, Н.Ю. Гармаш, Д.С. Павлов // Доклады академии наук. - 2017. - Т.473. - №2. - С.237-240.

References

1. Azaryan K.G. Bacterial melanin is a universal biostimulant / K.G. Azaryan, Yu.G. Popov, M.T. Petrosyan, A.S. Ovsepyan, A.E. Agadzhanyan // International conference "The current state of biotechnology in Armenia and the role of the ISTC in its development". 2008, P. 203.

2. Sarna T., Swartz H.A. The Physical Properties of Melanins // The Pigmentary System. John Wiley & Sons Ltd. 2006. P. 311-341.

3. D'Ischia M. et al. Chemical and Structural Diversity in Eumelanins: Unexplored Bio-Optoelectronic Materials // Angewandte Chemie International Edition. 2009. V. 48, №. 22. P. 3914-3921.

4. Panzella L. et al. The late stages of melanogenesis: Exploring the chemical facets and the application opportunities // International Journal of Molecular Sciences. 2018. V. 19, №. 6. P. 1753.

5. Meredith P., Sarna T. The physical and chemical properties of eumelanin // Pigment Cell Research. 2006. V. 19, №. 6. P. 572-594.

6. White L.P. Melanin: A naturally occurring cation exchange material // Nature. 1958. V. 182, №. 4647. P.1427-1428.

7. Borshchevskaya M.I. Development of ideas about the biochemistry and pharmacology of melanin pigments / M.I. Borshchevskaya, S.M. Vasilyeva // Questions of medical chemistry. - 1999. - V.1, №. 45. -P.13-24.

8. Bogaeva D.A. Special properties and uses of melanin / D.A. Bogaeva // The scientific heritage. 2021. №. 65. P. 3-4.

9. Arsakhanova G. A. Melanin in the structure of counteracting stressful phenomena of the body / G. A. Arsakhanova // Integral. 2020. №. 6. P. 38-39.

10. Kalugina T.S. Melanins of Inonotus Obliquus as sorbents of heavy metal ions / T. S. Kalugina, N. V. Ikonnikova // Proceedings of the 17th International Scientific Conference "Sakharov Readings 2017: Environmental Problems of the 21st Century", Minsk. - 2017. - P.30-31.

11. Novikov D.A. Photoprotective properties of melanins from grapes and black tea / D.A. Novikov, V P. Kurchenko, I.I. Azarko // Radiation biology. Radioecology. - 2001. - V.6. - №. 41. - P.664-670.

12. Ushakova N.A. Paramagnets melanin and Mn2+ of the black soldier fly Hermetia illucens / NA. Ushakova, A.E. Dontsov, A.I. Bystrakov, N.Yu. Garmash, D.S. Pavlov // Reports of the Academy of Sciences. - 2017. - Т.473. - №. 2. - P.237-240.

Вклад авторов Зелинская Э.И Фролова М.А.

. - сбор материала, обработка материала - идея, сбор материала, написание статьи

Албулов А.И. - научное руководство

Елисеев А.К. - сбор материала

Федоринова К.М. - сбор материала

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Contribution of the authors:

Zelinskaya E.I. - material collection, material processing

Frolova M.A. - idea, collection of material, writing an article

Albulov A.I. - scientific guidance

Eliseev A.K. - collection of material

Fedorinova K.M. - collection of material

The authors declare no conflict of interest.

© Зелинская Э. И., Фролова М. А., Албулов А.И., Елисеев А.К., Федоринова К.М. 2022