Сорбционные и нейтрализующие свободные радикалы свойства меланина из подмора мухи черная львинка Hermetia illucens Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

Ветеринарный врач. 2022 . № 4 . С. 66 - 71 The veterinarian. 2022; (4): 66 - 71

Научная статья УДК 604

DOI 10.33632/1998-698Х_2022_5_66

Сорбционные и нейтрализующие свободные радикалы свойства меланина из подмора мухи черная львинка Hermetia illucens

Марина Алексеевна Фролова, Элана Игоревна Зелинская, Алексей Иванович Албулов, Анатолий Константинович Елисеев, Юрий Дмитриевич Фролов

Всероссийский научно-исследовательский и технологический институт биологической промышленности, Россия, п. Биокомбината, vnitibp@mail.ru

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

Аннотация. В статье представлены результаты исследований по изучению антирадикальной и сорбционной активности меланина, полученного из подмора мухи черная львинка Hermetia illucens. Показано, что указанный препарат в полной мере обладает обоими видами активности, при этом по их величине уступает астромеланину из антарктических дрожжей Nadsoniella nigra.

Ключевые слова: меланин, астромеланин, подмор мухи чёрная львинка, антарктические дрожжи, антирадикальная и сорбционная активность

Sorption and free radical neutralizing properties of melanin from the black soldier fly Hermetia illucens

Marina A. Frolova, Elana I. Zelinskaya, Alexey I. Albulov, Anatoly K. Eliseev, Yuri D. Frolov All-Russian Scientific Research and Technological Institute of the Biological Industry, Russia, Biokombinat, vnitibp@mail.ru

Corresponding author: Elana Igorevna Zelinskaya, Elana-kova@mail.ru

Abstract. The article presents the results of studies on the study of the antiradical and sorption activity of melanin obtained from the dead black soldier fly Hermetia illucens. It has been shown that this preparation fully possesses both types of activity, while in terms of their value it is inferior to astromelanin from the Antarctic yeast Nadsoniella nigra.

Keywords: melanin, astromelanin, dead black soldier fly, ап!агсйс yeast, antiradical and sorption activity

Муха чёрная львинка Hermetia illucens -уникальное насекомое, личинки которого способны перерабатывать широкий спектр органических отходов. Важно отметить, что помимо утилизации органических отходов насекомое служит источником для производства кормового белка и жира, а также таких важных биологически активных веществ, как хитин -хитозан и меланин [1].

Меланин - высокомолекулярный биополимер нерегулярной структуры, относящиеся к классу конденсированных природных соединений, которые обусловливает тёмную окраску покрова насекомых, волос человека, клеточной стенки грибов, растений и микроорганизмов. Наличие в его молекуле разнообразных функциональных групп, высокостабильных парамагнитных центров, сопряжённой системы двойных связей обеспечивают разнообразное

применение меланина в качестве фото-радиопротектора и антиоксиданта [2-5].

В зависимости от химического строения меланины подразделяют на эумеланины, фео-меланины, нейромеланины, алломеланины и пиомеланины. Эумеланин и феомеланин синтезируются путем окисления и полимеризации фенольных/индольных предшественников, синтез нейромеланина осуществляется непосредственно из катехоламинов — L-ДОФА. Алломеланин и пиомеланин - это два типа безазотистого меланина [6-10].

Различают меланины микробного, животного и растительного происхождения. Они обладают фотопротекторными свойствами, выполняют функцию защиты генетической информации от действия ультрафиолетовых лучей и радиоволн, иммуномодулирующей, противовоспалительной и выраженной антиокси-

дантнои активностью, ускоряют процессы регенерации и клеточного обновления, способствуют выведению токсинов из пищеварительного тракта до их всасывания в кровь, сорбируют тяжелые металлы, оказывают омолаживающее деиствие на организм, устраняют симптом хроническои усталости, блокируют деиствие свободных радикалов, запускают биохимические реакции, замедляют процесс разрушения в железах внутренней секреции, обеспечивают адаптогенный эффект на уровне организма. Этим обусловлено их применение в медицине, фармацевтике, косметологии и других областях [11-14].

В настоящее время исследование и применение меланинов является одним из наиболее актуальных направлений фундаментальной и прикладной науки.

Материалы и методы. Сырьем для изготовления меланина служил подмор мухи чёрная львинка Hermetia illucens (ООО «Эко-Белок» Московская обл., п.г.т. Фряново). В качестве образца сравнения использовали коммерческий препарат астромеланин, получен-

ный из антарктических дрожжей Nadsoniella nigra. Антирадикальную активность изучали по влиянию на амплитуду и латентный период хемилюминесценции люминола, сорбционную - по связыванию органического красителя метиленовый голубой (МГ) на спектрофотометре Shimadzu UV-1601 PC (Япония) и спектрофотометре Shimadzu - 5301 РС (Япония) на базе Института биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН.

Результаты исследований. Исследование антирадикальной активности меланина, полученного из подмора мухи чёрная львинка Hermetia illucens показало, что он проявляет высокую способность тушить хемилюминес-ценцию люминола, индуцированную свободными радикалами. Уже в небольшой концентрации (33 мкг/мл) он уменьшает амплитуду хемилюминесценции более чем в три раза (рисунок 1), при этом астромеланин в этой же концентрации практически полностью инги-бируют этот процесс, что свидетельствует о том, что астромеланин является более эффективным антиоксидантом.

Рисунок 1- Сравнительная кинетика тушения хемилюминесценции люминола меланином из подмора мухи чёрной львинки Hermetia illucens и астромеланином из антарктических дрожжей Nadsoniella nigra в концентрациях 33 мкг/мл.

Данный факт подтверждается также и центрации меланина (рисунок 2) и увеличения

результатами изучения зависимости уменьше- латентного периода развития максимума све-

ния амплитуды хемилюминесценции от кон- чения от концентрации пигментов (рисунок 3).

Рисунок 2- Сравнительное ингибирование интенсивности хемилюминесценции люминола меланином из подмора мухи черная львинка Hermetia illucens и астромеланином из антарктических дрожжей Nadsoniella nigra. Io-амплитуда хемилюминесценции в контроле (без меланина), I-амплитуда свечения в присутствии меланина.

Рисунок 3 - Сравнение латентного периода развития хемилюминесценции люминола в присутствии меланина из подмора мухи черной львинки Hermetia illucens и астромеланина из антарктических дрожжей Nadsoniella nigra.

По этим данным астромеланин из антарктических дрожжей Nadsoniella nigra в среднем в 5 раз эффективней тушит хемилюминесцен-

цию на единицу веса препарата, чем меланин, полученный из подмора мухи чёрная львинка Hermetia illucens.

Исследования сорбционной активности меланина, полученного из подмора мухи чёрная львинка Hermetia illucens, по связыванию органического красителя метиленового голубого, показали, что 1 грамм препарата способен связывать около 375 мкг красителя, что свидетельствует о его высокой сорбционной

эффективности. Однако астромеланин из антарктических дрожжей Nadsoniella nigra и по этому показателю оказался эффективнее меланина из подмора мухи чёрная львинка (1 грамм этого препарата максимально мог связывать 575 мкг красителя) (рисунок 4).

Рисунок 4 - Связывание органического красителя метиленового голубого (МГ) меланином из подмора мухи черная львинка Hermetia illucens и астромеланином из антарктических дрожжей Nadsoniella nigra. По оси абсцисс - обратная концентрация добавленного красителя (Nx10-3); по оси ординат - концентрация связанного красителя на 1 мг меланина.

Заключение. Меланин, полученный из подмора мухи черная львинка Hermetia illucens проявляет достаточно высокую антирадикаль-

ную и сорбционную активность и может быть использован в составе БАД и косметических средств.

Список источников

1. 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.

2. Wang y.-m., Ao A.-H., Qiao C.S., Zhong Y., Zhang Y.-Y. The research progress of melanin // Advanced Materials Research. 2011. V. 204-210. P 2057-2060.

3. Meredith P., Sarna T. The physical and chemical properties of eumelanin // Pigment Cell & Melanoma Research. 2006. № 19. P. 572-594.

4. Bogaeva D.A. Special properties and uses of melanin // The scientific heritage. 2021. № 65. P. 34.

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

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

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

8. 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.

9. 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.

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

11.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.

12.Novikov D.A, Kurchenko V.P, Azarko I.I. Photoprotective properties of melanin from grapes and tea // Radiacionnaja biologija. Radiojekologija. 2001. V. 41, № 6. P. 664-670.

13. Барабой В.А. Структура, биосинтез меланинов, их биологическая роль и перспективы применения / В.А. Барабой // Успехи современной биологии. - 2001. - Т. 12. - С. 1-12.

14. 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.

References

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

2. Wang y.-m., Ao A.-H., Qiao C.S., Zhong Y., Zhang Y.-Y. The research progress of melanin // Advanced Materials Research. 2011. V. 204-210. P 2057-2060.

3. Meredith P., Sarna T. The physical and chemical properties of eumelanin // Pigment Cell & Melanoma Research. 2006. № 19. P. 572-594.

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

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

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

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

8. 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.

9. 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.

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

11. 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.

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

13. Baraboy V.A. Structure, biosynthesis of melanins, their biological role and prospects / V.A. Baraboy // Successes of modern biology. - 2001. - V. 12. - P. 1-12.

14. Kalugina T.S. Melanins of Inonotus Obliquus as sorbents of metal detection 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.

Вклад авторов

Фролова М.А. - идея, сбор материала, написание статьи

Зелинская Э.И. - сбор материала, обработка материала

Албулов А.И. - научное руководство

Елисеев А.К. - сбор материала

Фролов Ю.Д. - научное редактирование текста

Все авторы сделали эквивалентный вклад в подготовку публикации. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Contribution of the authors:

Frolova M.A. - idea, collection of material, writing an article Zelinskaya E.I. - material collection, material processing

Albulov A.I. - scientific guidance Eliseev A.K. - collection of material Frolov Yu.D. - scientific text editing

The authors contributed equally to this article. The authors declare no conflicts

© Фролова М.А., Зелинская Э.И., Албулов А.И., Елисеев А.К., Фролов Ю.Д., 2022