CC BY
400BIOLOGICAL SCIENCES
ОСОБЫЕ СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ МЕЛАНИНА
Богаева Д.А.
Ученица
Ресурсный центр «Медицинский Сеченовский Предуниверсарий» ФГАОУ ВО «Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова» Минздрава России
г. Москва
SPECIAL PROPERTIES AND USES OF MELANIN
BogaevaD.
Student
Resource Center "Medical Sechenov Pre-Universarium" FGAOU VO "FirstMoscow State Medical University. THEM. Sechenov " Russian Ministry
Moscow
Аннотация
В данной статье представлен анализ научной литература по теме «Меланин», его свойства и применения в сферах медицины. Указаны противолучевые свойства меланина, которые обеспечивают защиту гомеостаза клетки. Рассмотрены различные функции пигмента в клетках живых организмов. Также рассмотрено влияние бактериального меланина на рост огурцов.
Abstract
This article presents an analysis of the scientific literature on the topic "Melanin", its properties and applications in the field of medicine. The antiradiation properties of melanin are indicated, which provide protection homeostasis of cells. Various functions of pigment in the cells of living organisms are considered. The effect of bacterial melanin on the growth of cucumbers is also examined.
Ключевые слова: Меланин, водорастворимый меланин, пигмент, профилактика лучевой болезни, полимеры, профилактика, адаптогенный эффект, УФ лучи, лечебные свойства, облучение.
Keywords: Melanin, water-soluble melanin, pigment, prevention of radiation sickness, polymers, prevention, adaptogenic effect, UV rays, medicinal properties, irradiation.
Актуальность
В данный период времени химия высокомолекулярных соединений наблюдает активность к биополимерам с целью изучения их практического применения. Особое место среди природных полимеров занимают меланины - представители класса конденсированных полифенолов. Меланины - нерастворимые полимеры, продукты окислительных превращений аминокислоты тирозина [1].
Наличие высокостабильных парамагнитных центров, разнообразие функциональных групп, а также система сопряженных связей в молекулах определяют их полифункциональность. Особым свойством меланинов является устойчивое свободно- радикальное состояние.
Цель:
Целью данной работы является всестороннее изучение научной литературы, патентной и нормативной документации, содержащей информацию про использование, свойства и биологический состав меланина.
Материалы и методы исследования:
Для реализации поставленной цели нами были использованы документальный, системный и структурно-логический метод, контент-анализ, мониторинг научных статей в периодических изданиях. Были проработаны научные статьи различных авторов, которые ставили своей целью изучение свойств и биологической активности меланина.
Результаты и обсуждения:
Меланинами называют совокупность пигментов, присутствующих в живых организмах. Меланины широко распространены в природе и обуславливают цветовое разнообразие живых организмов. Различают меланины микробного, животного и растительного происхождения [1]. Они имеют такие физиологические свойства, как:
• Антивоспалительные
• Антитоксичные
• Антиопухолевые
• Фотопротекторные
• Фитостимулирующие
Этим обусловлено их применение в медицине, фармацевтике, косметологии и других областях [2].
Наибольшее содержание меланина наблюдается в растительных и животных тканях. Содержание меланина влияет на окраску кожи и волос у людей, растений, грибов и животных. В пример можно привести: цвет перьев птиц, чешуи рыб, а также цвет кожи животных. Меланины поглощают ультрафиолетовые лучи, что способствует защите тканей глубоких слоев кожи от лучевого повреждения [3]. Меланин образуется путем полимеризации продуктов окисления тирозина в специализированных отростчатых клетках эпидермиса - меланоцитах. Гранулы, заполненные меланином, - меланосомы -транспортируются по отросткам меланоцитов и передаются кератиноцитам. В кератиноцитах меланин функционирует подобно фильтру с нейтраль-
ной оптической плотностью и поглощает ультрафиолетовое излучение. Под действием солнечного излучения синтез меланина увеличивается, и появляется загар. Это происходит за счет активации тиро-зиназы в меланоцитах, что в свою очередь обусловлено высвобождением эйкозаноидов и эн-дотелина-1 [4]. От эффективности работы этого механизма зависит устойчивость кожи к действию солнечного излучения. При нарушении синтеза меланина в организме возникает целый ряд заболеваний, например, витилиго, фенилкетонурия, болезни Паркинсона, Аддисона и др. Отмечена необычно высокая восприимчивость альбиносов (у них отсутствует меланин) к болезням [5].
В течение длительного времени стоял вопрос, можно ли такой пигмент у растений отнести к меланинам, так как, в отличие от животных, у растений не наблюдается содержание азота в исследуемом веществе. В последнее время ученые пришли к общему решению, что это все-таки является одним из видов меланина, но химико-биологические и мо-лекулярно-генетические аспекты возникновения меланина у растений в настоящий момент изучены мало [6].
Известная учёным информация в настоящее время вызывает значительный интерес к грибному и растительному меланину как сырью для различных отраслей, включая биомедицинскую и строительную. Это обусловлено некоторыми особыми свойствами пигмента, такими как стабильное состояние свободных радикалов, поглощение ультрафиолетового-видимого (УФ-видимого) света и ионообменная способность [7].
Однако значимая часть известного о функциях меланина в организме растения — это либо полученные в результате наблюдений данные, либо выводы, сделанные на их основе. Исследования в
направлении получения меланинов в текущее время проводят ученые ВИР и ИЦиГ СО РАН, также как и в ряде других научных центров мира [8].
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. Пигмент также является потенциальной мишенью для лечения меланомы [9].
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 [11].
Примером действия адаптогенного эффекта является опыт, проведенный Бушмановой А. Ю и Ивановой А.А. "Противолучевые свойства меланина". В рассмотренном опыте, авторы получили следующие опытные данные:
Мыши, получившие однократное облучение рентгеновскими или гамма-лучами в дозах 5,6-7,5 Гр., были поделены исследователями на две группы [12].
1. Первая подопытная группа подвергалась облучению и не получала меланин.
2. У второй подопытной группы, получавшей водорастворимый меланин, проявилось увеличение выживаемости по сравнению с первой группой при костномозговой форме облучения.
Были получены следующие результаты [12].
Таблица 1
Влияние меланина на мышей [9].
Группа Кол-во мышей Выживаемость
Абс %
Контроль 16 7 43,7
Меланин 16 16 100*
Исходя из результатов исследования, можно сделать вывод о противолучевых свойствах меланина.
Также рассмотрим исследования по изучению влияния бактериального меланина (Вт) на культуру огурца в условиях туйто и ^гуо, проведённые в Ереванском Государственном Университете Л. Е. Тонояном, М. Т. Петросяном, К. Г. Азаряном, Ю. Г. Поповым.
Данный опыт был проведён в лаборатории, оранжерее и в полевых условиях на огурце сорта Манэ. Из стерильных семян получали растения огурца по общепринятой методике [7].
В условиях ^гуо обработка ВШ проводилась тремя способами: способ 1 - замачивание семян; способ 2 - замачивание семян+полив почвы в фазе вегетации; способ 3 - замачивание семян+поливы почвы в фазе вегетации и в начале цветения.В подготовительных экспериментах из шести использованных концентраций ВШ (0,03-0,08%) выбрали
наиболее оптимальную концентрацию 0,025%. По ходу опыта проводились биометрические и биохимические исследования, измерялась урожайность и семенная продуктивность плодов первого сбора, оставленных в качестве семенников до конца вегетации. Полевые исследования проводили на 40-90 растениях огурца[15].
Изучение влияния Бактериального меланина (ВШ) показало, что при добавлении ВШ наблюдается ранняя инициация ризогенеза и значительный рост корней в длину и в толщину. В результате уже на 10-е сутки культивирования формировались удлиненные и утолщенные корни (табл. 2), что подтверждает о начале вторичного роста корней, то есть об ауксиноподобном действии В1т на камбиальную активность корня[16].
Также ВШ ускорял рост побегов мериклонов огурца. Стимуляция роста стебля была заметна в течение всего периода культивирования [17].
Таблица 2
Влияние Btm на рост мериклонов огурца [7]._
Дни культивирования Длина корней, см Длина стеблей, см
контроль Btm контроль
10 0,6 1,2 10 0,6
20 3,0 4,5 20 3,0
30 6,0 7,5 30 6,0
Стимулирующий эффект ВШ наблюдался и в опытах шутто. Во всех вариантах опытов препарат увеличивал всхожесть семян, скорость роста побегов и корневой системы растений. Стимулировалось также цветение и плодообразование. Наибольшую эффективность о ВШ показывал на развитии корневой системы. Наибольший эффект получен в варианте предпосевного замачивания семян и двух поливов - в фазе вегетации и в начале цветения [16].
Таким образом, бактериальный меланин оказывает стимулирующее воздействие на рост, развитие и урожайность всего растения. Подобный эффект от В1т, вероятно, объясним усиленным развитием корневой системы, что способствует росту и развитию надземной части и ускоряет формирование генеративных органов, обеспечивая прирост урожая у обработанных растений.
Вывод:
1. Анализ научной литературы показывает, что свойства меланина, такие как низкая токсичность, простота получения, возможность его применения для профилактики и защиты от радиации и УФ лучей расширяют доступность и условия использования меланина в ситуациях, связанных с воздействием ионизирующего излучения.
2. Как показывают исследования, меланин может быть использован при терапии онкологических заболеваний.
3. Таким образом, включая данный пигмент в наш рацион питания, мы можем наладить и поддерживать концентрацию меланина, что обеспечивает защиту и безопасность гомеостаза клетки от влияния негативных факторов среды.
4. Анализ приведенных данных убедительно доказывает благоприятное влияние бактериального меланина на культуру огурца Манэ. Увеличились длина стебля и длина корневища, также увеличилась плодоносность растения, что способствовало росту и развитию надземной части растения и ускорило формирование генеративных органов, обеспечивая прирост урожая у обработанных растений.
Список литературы
1. Азарян К.Г., Попов Ю.Г., Петросян М.Т., Овсепян А.С., Агаджанян А.Е. Бактериальный меланин - универсальный биостимулятор. Межд. конф. "Соврем. сост. биотехн. в Армении и роль МНТЦ в ее развитии". 2008, с. 203.
2. Барабой, В.А. Структура, биосинтез меланинов, их биологическая роль и перспективы применения / В.А. Барабой // Успехи совр. биол. 2001. Т. 12. С. 1-12.
3. Барабой В.А. Укр. биох. ж., 1999, т. 71, No 4, с. 5-14.
4. Барабой В.А. Успехи совр. биол., 2001, т. 121, No 1, с. 36-46.
5. Бутенко Р.Г. Культура изолированных тканей и физиология морфогенеза растений. М. : Наука, 1964, 272 с.
6. Винаров, А.Ю. Биотехнология пигмента меланина / А.Ю. Винаров, З.Н. Робышева, Е.Н. Ди-рина // Моск. межд. конгресс: Биотехнология: состояние и перспективы развития. М., 2004. С. 96.
7. Влияния бактериального меланина (Btm) на культуру огурца в условиях invitro и invivo, Л. Е. Тоноян, М. Т. Петросян, К. Г. Азарян, Ю. Г. Попов.
8. Меланоциты: строение, функции, методы выявления, роль в кожной патологии. Текст научной статьи по специальности «Ветеринарные науки». Кичигина Т.Н., Грушин В.Н., Беликова И.С., Мяделец О.Д.
9. Противолучевые свойства меланина Буш-манов А.Ю., Иванов А.А., Андрианова И.Е., Став-ракова Н.М, Булынина Т.М., Дорожкина О.В.
10. Прутенская, Е.А. Перспективные методы получения меланинов различного происхождения / Е.А. Прутенская, Э.М. Сульман // Биотехнология: реальность и перспективы: материалы международной научно-практической конференции (Саратов). 2014. С. 68-70.
11. Фотозащитная функция меланина в коже человека при солнечном УФ-облучении, Фрайкинг Г.Я.
12. Aghajanyan A.E., Hambardzumyan A.A., Hovsepyan A.S. Asaturyan R.A., Vardanyan A.A. and Saghyan A.S. Pigm. CellResearch, 2005, v. 18, p. 130135
13. BIOCHEMISTRY OF MELANIN FORMATION Aaron Bunsen Lerner, and Thomas B. Fitzpatrick.
14. Karabekov B.P. Mutation Influence on Pigment Formation in Bacillus thuringiensis. Reports of Soviet-Amer. Conf. "Genetics of Actinomicetes and Bacillus". 1978, p. 242-248.
15. Melanin P.A. Riley.
