CC BY
347
Татьяна Пучкова Валентина Бабицкая Виктор Щерба
старший научный сотрудник лаборатории экспериментальной микологии Института микробиологии НАН Беларуси, кандидат биологических наук
заведующая лабораторией экспериментальной микологии Института микробиологии НАН Беларуси, доктор биологических наук
ведущий научный сотрудник лаборатории экспериментальной микологии Института микробиологии НАН Беларуси, кандидат биологических наук
УДК 579.22:582.28:66.081
Перспективы использования биологически активных соединений лекарственных грибов
Поиск новых источников физиологически активных соединений с целью получения эффективных и безопасных продуктов является одной из важнейших задач современной биотехнологии. Лекарственные грибы представляют огромный потенциал в качестве источников биологически активных метаболитов углеводной, ли-пидной, белковой природы, терпеноидов, стероидов, алкалоидов, фенольных соединений, витаминов, минеральных элементов. В последние годы для получения лекарственных препаратов используется ряд грибов: Ganoderma lucidum (рейши или трутовик лакированный), Lentinus edodes (шиитаке), Coriolus versicolor (ко-риолус многоцветный), Pleurotus ostreatus (вешенка), Flammulina velutipes (зимний опенок), Grifola frondosa (гриб-баран) и др.
Особое внимание уделяется грибам рейши и шиитаке, о чем свидетельствует постоянное увеличение объемов их выращивания в разных странах. В настоящее время преобладает интенсивная технология, не зависящая от климатических условий, что способствует распространению этих грибов в самых различных регионах земного шара. Их используют в народной медицине стран Юго-Восточной Азии в течение нескольких тысяч лет для повышения иммунитета, лечения некоторых онкологических и сердечно-сосудистых заболеваний, регуляции содержания холестерина и сахара в крови, при синдроме хронической усталости. Они обладают антиоксидантными и противовирусными свойствами, являются хорошими адаптогенами (табл. 1). Фармакологическая активность этих грибов подтверждается современными исследованиями, проведенными в Японии, Китае, США и Европе. Высокой биологической активностью характеризуется и вешенка [1, 2].
Таблица 1.
Лекарственные свойства грибов (P. Stamets*, 1999)
Действие Рейши Шиитаке Вешенка
Антибактериальное •
Антивирусное •
Антиоксидантное • •
Противовоспалительное
Противоопухолевое • •
Регуляция уровня сахара в крови •
Регуляция артериального давления •
Снижение уровня холестерина • •
При заболеваниях сердечно-сосудистой системы
При заболеваниях дыхательной системы
Повышение иммунитета • •
Повышение тонуса почек •
Повышение тонуса печени •
Повышение тонуса нервной системы
Повышение стрессоустойчивости • •
* Stamets P. Fungi Perfecti®. The best in gourmet & medicinal mushrooms. Olympia: Olympia press, 1999
В последние годы возрос коммерческий интерес к биологически активным добавкам на основе грибов, мировой объем продаж которых составляет около 9 млрд долл. На основе гриба Саподвгтв выпускается более 100 наименований продуктов, общий оборот которых оценивается в 2,16 млрд долл. На фармацевтическом рынке имеются следующие типы грибных продуктов: на основе искусственно культивируемых или собранных в природе плодовых тел; сухие и измельченные препараты из смеси обросших грибным мицелием зерновых субстратов; на основе мицелия, полученного методом глубинного культивирования в ферментерах; водные и спиртовые экстракты, их концентраты и смеси [3, 4].
Наиболее перспективным считается выпуск препаратов на основе глубинного мицелия грибов, так как процесс получения плодовых тел довольно длительный и трудоемкий. Погруженное культивирование позволяет ускорить рост биомассы в 8—10 раз, синхронизировать культуру, регулировать состав комплекса биологически активных соединений и осуществлять направленный синтез целевых метаболитов, а также использовать типовое оборудование для выращивания грибов разных эколого-трофических групп и стандартизировать получаемые продукты. Сбор экологически чистого грибного сырья в Беларуси — сложная задача. Многие известные лекарственные грибы не растут в климатических условиях нашей республики. Кроме того, в природе происходят частые мутации грибов, поэтому в лечебных целях рекомендуется использовать лишь те, которые выращены по специальным биотехнологиям [4].
Биологическое значение химических соединений, входящих в состав грибов, неоднозначно. Из них можно выделить группу основных веществ (белков, углеводов, жиров, макроэлементов), участвующих в энергетическом и пластическом обмене организма. Второй класс пищевых веществ составляют «микронутриен-ты», которые присутствуют в очень небольших количествах (от долей грамма до миллиграммов). В их числе — функционально важные, незаменимые для человека витамины и микроэлементы, а также большое количество других биологически активных соединений различной природы, способных оказывать вполне заметное действие на организм [5].
По содержанию биологически активных веществ, в том числе водорастворимых полисахаридов, выращенный на специально подобранных жидких питательных средах мицелий значительно превосходит плодовые тела (табл. 2). Наиболее дефицитным в питании людей является полноценный белок. В белке вешенки, шиитаке и рейши содержится 18 аминокислот, входящих в формулу сбалансированного питания, из которых особую ценность представляют незаменимые лизин, треонин, валин, триптофан, тирозин и другие, содержание которых может составлять до 30% от общей суммы аминокислот. Важно отметить, что грибные белки богаты лизином и лейцином, которых мало в злаках. А по аминокислотному составу белок глубинного мицелия намного полноценнее белка плодовых тел.
Высшие грибы характеризуются большим уровнем синтеза фос-фолипидов — основных элементов мембран клеток и клеточных органоидов и эргостерина. Содержание фосфолипидов в составе общих липидов у грибов разных таксономических групп колеблется от 10 до 70%, эргостерина — от 4 до 18%. Исследование жирно-кислотного состава общих липидов грибов выявило следующую закономерность: значительное преобладание диеновой линолевой кислоты (С2) и достаточно высокую степень ненасыщенности липидов (1,2—1,4), что выгодно отличает липиды грибов от бактериальных и дрожжевых и приближает к пищевым растительным маслам.
Общее содержание углеводов глубинного мицелия G. lucidum и L. edodes достигает 52,6—60%. Свободные сахара цитозоля составляют 9—25%. Основная часть данной фракции у грибов представлена глюкозой, трегалозой и полиолами. Превалирующим по-лиолом является маннит. Структурно-функциональные полисахариды составляют 6—10%, структурные — 26—32,7%. В процессе глубинного культивирования исследованные грибы экскретируют в среду культивирования 4,5—5 г/л экзополисахаридов.
Биологическую активность большинства грибов во многом определяют структурно-функциональные водорастворимые полисахариды, которые состоят из повторяющихся структурных единиц — моносахаридных остатков, соединенных между собой
Таблица 2.
Биохимический состав плодовых тел и глубинного мицелия лекарственных грибов
Показатель, % Ganoderma lucidum Lentinus edodes Pleurotus ostreatus
Плодовые тела Глубинный мицелий Плодовые тела Глубинный мицелий Плодовые тела Глубинный мицелий
Белок 10—14 15—17 15—19 23—24 18—20 20—25
Липиды 4,6—5,3 7—9 4—6 6—8 3—5,8 6,2—7
Полисахариды 7—8 8—12 5—8 8—10 4—5 8,5—9
Хитин-глюкановый комплекс 12—14 8,5—10 8—9 6—7 11,5—13 6,3—7
Фенольные соединения, мг% 700—1000 500—750 1700—1950 1700—1800 1200—1500 1050—1300
гликозидными связями. В растительных организмах они выполняют скелетные функции и являются резервными питательными веществами. Интенсивное изучение химических и фармакологических свойств полисахаридов в настоящее время обусловлено перспективностью их использования в качестве лекарственных средств. Наиболее широко в медицине применяются полисахариды бактерий и дрожжей. В то же время высшие базидиальные грибы не получили еще должного распространения как продуценты этих соединений, хотя многие из них содержат биологически активные противоопухолевые и иммуностимулирующие полисахариды различного типа, которые экстрагируются горячей водой. Именно поэтому в народной медицине разных стран, особенно Юго-Восточной Азии, применялись чаи и водные экстракты. Современные исследования показывают, что полисахариды грибов обладают гепатопротекторным, антиоксидантным, хемо-и радиопротекторным, антимикробным, противовирусным и ги-полипидемическим действием [6, 7].
Полисахариды с онкостатическим эффектом, выделенные из грибов, являются либо водорастворимыми ß-D-глюканами, ß-D-гликанами с гетеросахаридными цепями из ксилозы, маннозы, галактозы и уроновой кислоты, либо ß-D-глюкан-белковыми комплексами — протеогликанами. Большинство иммуномодулирую-щих и противоопухолевых полисахаридов — глюканы, имеющие ß-(1—3)-гликозидные связи в главной цепи и ß-(1 —>6) — в ответвлениях. Различие в биологической активности связано с размером молекул, растворимостью в воде, степенью ветвления, наличием соответствующей пространственной структуры (трех-цепочечная правозакрученная спираль). Реже онкостатические свойства обнаруживаются у гликанов с ß-гликозидной связью. Как правило, связанные с белком глюканы обладают более высоким иммуностимулирующим действием [8, 9].
Противоопухолевое действие полисахаридов базируется на усилении иммунитета. ß-1,3-глюкан активирует макрофаги, связываясь с соответствующим рецептором на их поверхности. Активированные макрофаги являются первым звеном в каскаде иммунных реакций. Они не только «убирают» чужеродные тела (фагоцитоз), но и продуцируют цитокинины, являющиеся регуляторами иммунной системы. Активация иммунной системы ß-1,3-глюканом неспецифическая, что позволяет использовать его как в профилактических целях, так и в качестве вспомогательного лекарственного средства при различных заболеваниях, сопровождающихся общим снижением иммунитета.
Экзо- и эндополисахариды G. lucidum и L. edodes содержат в своем составе 1,2—8,2% белка. По углеводному составу полисахариды мицелия, культуральной жидкости и плодовых тел — гетеро-гликаны, основные их мономеры — глюкоза, манноза, галактоза (рис. 1). Молекулярные массы полисахаридов — от 10 до 200— 500 кДа. На основании результатов исследования структуры полисахаридов установлено, что экзо- и эндополисахариды G. lucidum и L. edodes являются разветвленными гликанами, содержащими а- и ß-гликозидные связи. Основная цепь представлена глюканами
>С. гликозид-
Рис. 1. Мономерный состав полисахаридов грибов Ganoderma lucidum и Lentinus edodes. а — внутриклеточные глубинного мицелия, б — внеклеточные глубинного мицелия, в — полисахариды плодовых тел
Таким образом, внеклеточные и внутриклеточные полисахариды глубинного мицелия грибов G. lucidum и L. edodes — пептидогли-каны, аналогичные по соотношению мономеров, конфигурации моносахаридов, молекулярной структуре и физико-химическим свойствам полисахаридам (ß-(1—3)-D глюканам) плодовых тел (лентинан, ганодеран), составляющим основу ряда лекарственных средств. Это открывает перспективу использования полисахаридов глубинного мицелия и культуральной жидкости для получения лечебно-профилактических препаратов. По содержанию водорастворимых полисахаридов и углеводных протекторов глубинный мицелий превосходит плодовые тела в 1,5—2 раза.
В глубинном мицелии, как и в плодовых телах, обнаружены соединения ароматической природы: флавоноиды типа флавонов (шиитаке, вешенка), меланины (шиитаке, рейши), терпеноиды (га-нодериковые кислоты у рейши). Наличие комплекса соединений обеспечивает высокую антиокислительную активность экстрактов как одних, так и других.
Плодовые тела и глубинный мицелий грибов содержат аскорбиновую кислоту (витамин С), практически весь комплекс витаминов
с С,—С3, боковые цепи — гликанами с С,-ными связями (рис. 2).
>С4 и С,
4 1
aGlc 1
aGlc 1 I
4 aGlc 1
3)ßGLc (l-)-»3)PGlc (l-jsjßGlc (i~J-*3)ßGlc (1-
Рис. 2. Схематическое строение молекул полисахаридов грибов
группы В, из которых особенно много ниацина. В грибах обнаружены жирорастворимые витамины Е (токоферол), D2 (кальциферол) и эргостерол.
Экзо- и эндополисахариды G. lucidum и L. edodes способны стимулировать in vitro фагоцитоз клеток Staphylococcus aureus нейтро-филами крови человека, что свидетельствует об их иммуностимулирующем действии. Глубинный мицелий G. lucidum и L. edodes в экспериментах in vivo обладает иммунотропной, гепатопротектор-ной и антиоксидантной активностью [10—12].
Данные детального анализа грибов свидетельствуют о специфике их химического состава, который включает элементы, присущие пищевым продуктам как растительного, так и животного происхождения. Грибы относятся к разряду особых низкокалорийных пищевых продуктов, богатых физиологически функциональными незаменимыми веществами. Ценность грибов заключается в сбалансированности входящих в их состав природных комплексов, витаминов, макро- и микроэлементов, в результате чего их биомасса является легко усвояемым источником жизненно важных веществ, дефицит которых сегодня отмечается в рационе человека из-за широкого внедрения рафинированных продуктов. В настоящее время особое внимание уделяется разработке функциональных
продуктов на основе природного сырья, способствующих повышению устойчивости организма к воздействию вредных факторов окружающей среды. В народной медицине стран Востока издавна существует направление фунготерапии, которое приобретает все большую популярность в США и Европе. Лекарственные грибы представляют огромный потенциал для получения новых препаратов и пищевых добавок.
Перспективным направлением становится создание препаратов на основе композиций грибов, так как их составляющие будут взаимно дополнять и усиливать возможности друг друга, расширять спектр положительного влияния на макроорганизм за счет сочетанного действия элементов композиции. Такие препараты предназначены для коррекции структуры питания, укрепления иммунитета, восполнения витаминной и минеральной недостаточности, повышения физической работоспособности, снятия стресса. Поскольку основу грибных экстрактов наряду с другими составляют углеводные энергетические смеси, они с успехом могут быть использованы спортсменами для стимулирования работоспособности при больших физических нагрузках, быстрого поднятия тонуса, снятия нервной и мышечной усталости. В сельском хозяйстве грибные препараты найдут применение для профилактики заболеваний в птицеводстве и животноводстве.
Литература
1. Белова Н.В. Перспективы использования биологически активных соединений высших базидиомицетов в России // Микология и фитопатология, 2004, т. 38, вып. 2. С. 1-7.
2. Wasser S.P. The Importance of Culinary-Medicinal Mushrooms from Ancient Times to the Present // International Journal of Medicinal Mushrooms, 2005, v. 7, № 3. P. 263-264.
3. Lai T., Gao Y., Zhou S. Global marketing of medicinal Ling Zhi mushroom Gano-derma lucidum (W. Curt.: Fr.) products and safety concerns // International Journal of Medicinal Mushrooms, 2004, v. 6, № 2. P. 185-190.
4. Wasser S.P., Didukh M.Y., Nevo E. Dietary supplements from culinary — medicinal mushrooms: a variety of regulations and safety concerns for the 21st century // International Journal of Medicinal Mushrooms, 2004, v. 6, № 4. P. 231—248.
5. Бисько Н.А., Выпирайленко Н.И., Митропольская Н.Ю., Москаленко Л.Г., Со-ломко Э.Ф., Сорока О.В., Шевчук Е.Ю. Лекарственные грибы — для здоровья и красоты. Киев, 2003. С. 7—18.
6. Wasser S.P. Medicinal mushrooms as a source of antitumour and immuno-modulating polysaccharides // Applied Microbiology and Biotechnology, v. 60. P. 258—274.
7. Ooi V.E., Liu F. A review of pharmacological activities of mushroom polysaccharides // International Journal of Medicinal Mushrooms, 1999, v. 1, № 2. P. 196—206.
8. Bao X.-F., Wang X.-S., Dong Q. Structural features of immunologically active polysaccharides from Ganoderma lucidum // Phytochemistry, 2002, v. 59. P. 175—181.
9. Kulicke W.-M., Lettau A.I., Thielking H. Correlation between immunological activity, molar mass, and molecular structure of different (1^3)-jS-D-glucans // Carbohydrate Research, 1997, v. 297. P. 135—143.
10. Бабицкая В.Г., Пленина Л.В., Лопатенто Ю.С., Щерба В.В., Рожкова З.А., Смирнов Д.А. Гепатопротекторная активность глубинного мицелия базиди-альных грибов // Успехи медицинской микологии, т. 3, М., 2004. С. 199—202.
11. Бабицкая В.Г., Пленина Л.В., Лопатенто Ю.С., Щерба В.В., Пучкова Т.А., Смирнов Д.А. Иммунотропное действие глубинного мицелия грибов Lentinus edodes и Ganoderma lucidum // Успехи медицинской микологии, т. 3, М., 2004. С. 204-206.
12. Смирнов Д.А., Бабицкая В.Г., Пучкова Т.А., Щерба В.В. Фагоцитоз-сти-мулирующий эффект полисахаридов глубинной культуры базидиомицетов // Успехи медицинской микологии, т.7, М., 2006. С. 252—254.
Summary
Prospects of Medicinal Mushrooms Biologically Active Substances Utilization Currently development of functional products on the basis of natural sources is paid more attention. These products increase the resistance of organism to unfavorable environmental factors. There exist a trend in Eastern folk medicine called fungotherapy that is becoming more popular in USA and Europe. Medicinal mushrooms represent enormous potential for new pharmaceutical preparations and dietary supplements production. Production of preparations on the basis of mushroom submerged mycelium is considered to be very promising. The mycelium cultivated in specially composed liquid nutrient media is superior to fruiting bodies in content of biologically active substances including water soluble polysaccharides.
