CC BY
12
УДК 619:615.9:636.5
СПОСОБНОСТЬ РАЗНОРОДНЫХ СОРБЕНТОВ К СВЯЗЫВАНИЮ ЗЕАРАЛЕНОНА IN-VITRO МИШИНА Н.Н.,
кандидат биологических наук, заведующий лабораторией фармакологии лекарственных средств отделения токсикологии, ФГБНУ «Федеральный центр токсикологической, радиационной и биологической безопасности», e-mail: mishinanailyan@yandex.ru, тел +79179336520.
СЕМЕНОВ Э.И.,
доктор ветеринарных наук, главный научный сотрудник лаборатории микотоксинов отделения токсикологии, ФГБНУ «Федеральный центр токсикологической, радиационной и биологической безопасности», e-mail: semyonovei@bk.ru, тел +79377740313.
ПЕРФИЛОВА КВ.,
кандидат ветеринарных наук, младший научный сотрудник сектора ультраструктурных исследований ФГБНУ «Федеральный центр токсикологической, радиационной и биологической безопасности», e-mail: kse.perf@gmail.com, тел +79673637794.
ЯМАЛОВА Г.Р.,
младший научный сотрудник лаборатории фармакологии лекарственных средств отделения токсикологии, ФГБНУ «Федеральный центр токсикологической, радиационной и биологической безопасности», e-mail: iamalova85@mail.ru, тел +79375213082.
АЛЕЕВ Д.В.,
кандидат биологических наук, старший научный сотрудник сектора токсикологических испытаний испытательного центра, ФГБНУ «Федеральный центр токсикологической, радиационной и биологической безопасности», e-mail: aleev-damir@bk.ru, тел +79274040885.
Реферат. Зеараленон это микотоксин, продуцируемый плесневыми грибками рода Fusarium, относится к классу ксеноэстрогенов, структурно имеет сходство с эстрадиолом и способен связываться с рецепторами эстрогенов, классифицируется как фитоэстроген или микоэстроген. Интоксикация зеарале-ноном приводит к нарушению репродуктивной системы, приводя к низкой фертильности, к уменьшению и аномальному развитию приплода. В настоящее время существует много средств от микотоксико-зов, особое место среди них занимают сорбенты. Целью наших исследований было изучение сорбцион-ных свойств материалов in vitro к зеараленону, имеющих разные физико-химические свойства. В опыте исследовали дрожжевые ß-глюканы (при солевом гидролизе), дрожжевые ß-глюканы (при щелочном гидролизе), растительные ß-глюканы, цеолит, шунгит и лигнин. Адсорбцию этих веществ оценивали по двухфазной методике, имитирующей условия желудочно-кишечного тракта. В результате исследований было установлено, что в условиях желудка лучше всего зеараленон сорбировался растительным ß-глюканом - (95,5%), меньше всего цеолитом - (56,0%), остальные сорбенты в среднем сорбировали от (84,4%) до (92,1%). Наиболее прочный комплекс с зеараленоном показал дрожжевой ß-глюкан (щелоч-ный гидролиз) (0,6%) и шунгит (0,5%). Растительный ß-глюкан десорбировал 1% микотоксина, дрожжевой ß-глюкан (солевой гидролиз) - 2%, лигнин - 3,2% и цеолит - 9,0% зеараленона. Истинную сорбци-онную емкость сорбенты показали в следующей последовательности: растительный ß-глюкан - 94,9%; дрожжевой ß-глюкан при щелочном гидролизе - 91,1%; дрожжевой ß-глюкан при солевом гидролизе -85,0%; шунгит - 85,8%; лигнин - 81,2%; и цеолит - 47,0%.
Ключевые слова: зеараленон, ß-глюканы, адсорбция, десорбция, in vitro, цеолит, шунгит, лигнины.
THE ABILITY OF HETEROGENEOUS SORBENTS TO THE BINDING OF ZEARALENONE IN VITRO
MISHINA N.N.,
Candidate of Biological Sciences, Head of the Laboratory of Pharmacology of Medicinal Products of the Department of Toxicology, FSBI "Federal Center for Toxicological, Radiation and Biological Safety", e-mail: mishinanailyan@yandex.ru, tel. +79179336520.
SEMENOV E.I.,
Doctor of Veterinary Sciences, Chief Researcher of the Laboratory of Mycotoxins of the Department of Toxicology, FSBI "Federal Center for Toxicological, Radiation and Biological Safety", e-mail: semyonovei@bk.ru, tel. +79377740313.
PERFILOVA K.V.,
Candidate of Veterinary Sciences, Junior Researcher of the Ultrastructural Research Sector of FSBI "Federal Center for Toxicological, Radiation and Biological Safety", e-mail: kse.perf@gmail.com, tel. +79673637794.
YAMALOVA G.R.,
Junior Researcher at the Laboratory of Pharmacology of Medicinal Products of the Department of Toxicology, FSBI "Federal Center for Toxicological, Radiation and Biological Safety" e-mail: iamalova85@mail.ru, tel. +79375213082.
ALEEV D.V.,
Candidate of Biological Sciences, Senior Researcher of the Toxicological Testing Sector of the Testing Center, FSBI "Federal Center for Toxicological, Radiation and Biological Safety", e-mail: aleev-damir@bk.ru, tel. +79274040885.
Essay. Zearalenone is a mycotoxin produced by mold fungi of the genus Fusarium, belongs to the class of xenoestrogens, structurally resembles estradiol and is able to bind to estrogen receptors, classified as phytoes-trogen or mycoestrogen. Intoxication with zearalenone leads to disorders of the reproductive system, leading to low fertility, to a decrease and abnormal development of the offspring. Currently, there are many remedies for mycotoxicosis, sorbents occupy a special place among them. The purpose of our research was to study the sorption properties in vitro to zearalenone of materials having different physico-chemical properties. Yeast P-glucans (with salt hydrolysis), yeast P-glucans (with alkaline hydrolysis), vegetable P-glucans, zeolite, shungite and lignin were studied in the experiment. The adsorption of these substances was evaluated by a two-phase technique simulating the conditions of the gastrointestinal tract. As a result of the studies, it was found that in the conditions of the stomach, zearalenone was best sorbed by vegetable P-glucan - (95,5%), least of all by zeolite - (56,0%), the remaining sorbents were sorbed on average from (84,4%) to (92,1%). Yeast P-glucan (alkaline hydrolysis) - (0,6%) and shungite - (0,5%) showed the strongest complex with zearalenone. Vegetable P-glucan desorbed 1% mycotoxin, yeast P-glucan (salt hydrolysis) - 2%, lignin - 3,2% and zeolite - 9,0% zearalenone. The true sorption capacity of the sorbents was shown in the following sequence: vegetable P-glucan - 94,9%; yeast P-glucan in alkaline hydrolysis - 91,1%; yeast P-glucan in salt hydrolysis - 85,0%; shungite - 85,8%; lignin - 81,2%; and zeolite - 47,0%.
Keywords: zearalenone, P-glucans, adsorption, desorption, in vitro, zeolite, shungite, lignins.
Введение. Зеараленон является микотоксином продуцируемым грибками рода Fusarium, представляет собой белое кристаллическое вещество с молекулярной формулой Ci8H2205 и молекулярной массой 318,364 г/моль, относится к классу ксеноэ-строгенов, структурно имеет сходство с 17 ß-эстрадиолом и способен связываться с рецепторами эстрогенов, классифицируясь как фитоэстроген или микоэстроген. По этой причине интоксикация зеараленоном чаще всего приводит к нарушениям репродуктивной системы. Негативные последствия воздействия на организм животных зеарале-нона включают низкую фертильность, аномальное развитие плода, уменьшение размера приплода, изменение уровня специфических репродуктивных гормонов: эстрадиола и прогестерона [1].
В настоящее время имеется много различных средств для профилактики и лечения микотокси-козов, особое место среди них занимают сорбци-онные материалы - сорбенты. Из-за особенностей химической структуры сорбентов, не все они могут быть достаточно эффективными для связыва-
ния одного и того же микотоксина. Помимо сорб-ционных свойств сорбенты могут положительно влиять на обмен веществ, общее состояние иммунитета и т.д. [2, 3].
Так, например, полисахариды Р-глюканы, которые содержатся в клеточных стенках растений и дрожжей, обладают способностью к иммуномоду-ляции, противовоспалительной, противоопухолевой активностью и способствуют снижению уровня холестерина [4].
Цеолит - это широко распространенный полезный минерал, обладает сорбционными свойствами к различным веществам, улучшает процессы метаболизма и обогащает организм микроэлементами [5, 6].
Шунгит - углеродосодержащая порода, с высокой механической прочностью и хорошей фильтрующей способностью, хорошо сорбирует органические и минеральные вещества. Попадая в организм, оказывает анальгезирующее и бактерицидное действие, благодаря чему, созданные на осно-
ве шунгита препараты широко используются в медицине [7].
Лигнины - природные полифенольные полимеры, содержащиеся в растениях, являются защитным барьером на пути эпифитной микрофлоры, почвенных микробов, грибов, насекомых и растительноядных животных выполняют антиок-сидантные функции.
В связи с этим целью работы являлось изучение способности разнородных сорбентов к связыванию зеараленона in vitro.
Материалы и методы исследований. С целью изучения сорбционных свойств нами были взяты образцы сорбентов: дрожжевые Р-глюканы (при солевом гидролизе), дрожжевые Р-глюканы (при щелочном гидролизе), растительные Р-глюканы, цеолит, шунгит и лигнин.
Образцы дрожжевых Р-глюканов солевого и щелочного гидролиза были получены из хлебопекарных прессованных дрожжей S. cerevisiae [8].
Образцы растительных Р-глюканов выработаны по методике, описанной Гематдиновой В.М., (2018 г.), и представлены овсяным концентратом, полученным из отрубей производства компании «ФудЭко» (Россия).
Образец цеолита, был получен из Татарско-Шатрашанского месторождения Республики Татарстан, представляет из себя минерал, образующийся при взаимодействии продуктов лавы с горными породами, который содержит более 62% клиноптилолита [9, 10].
Шунгит представлен образцом Зажогинского месторождения ООО «Карельский шунгитовый завод» (Россия), является аморфным углеродом, образованным в естественных условиях из органических донных отложений, под влиянием высокой температуры и давления. На 30% состоит из углерода и 70% - силикатных минералов, слюды и сульфитов.
Лигнины выделены из сырья пшеницы по методу Пеппера. Они представляют собой природные полифенольные полимеры, выполняющие антирадикальные, антиоксидантные функции, служащие защитным барьером на пути различной микрофлоры [11].
В работе использовали 98% зеараленон, (Sigma Aldrich, США), кристаллы которого растворяли в метаноле (степень чистоты для ВЭЖХ) с получением исходного раствора (1 мкг/мкл). Адсорбционную способность сорбентов к микотоксину определяли по методике, описанной Крюковым В.С. с соавт. (1992 г.), с изменениями, учитывающими десорбцию в желудочно-кишечном тракте [12, 13]. Схема опыта представлена в таблице 1.
Адсорбцию оценивали по двухфазной методике. На первом этапе связывали зеараленон и сорбент. Для этого инкубировали 50 мкг зеараленона и сорбенты в соотношении 1:1000 в физиологическом растворе (5 см3) при рН-2 (кислая среда) и температуре 37±0,2°С (имитация условий желудка). На втором этапе имитировали условия кишечника. Для этого образованный комплекс «сор-бент+зеараленон» помещали в среду при рН-8 (щелочная среда), и температуре 37°С на 60 минут, где происходило высвобождение (десорбция) зеараленона. Об эффективности сорбции судили после вычисления процента истинной сорбции, которую оценивали, как разницу между процентом адсорбции и процентом десорбции.
Содержание остаточных количеств зеаралено-на, при изучении сорбционных свойств сорбентов в опытах in vitro, в анализируемых образцах вычисляли как среднее из трех параллельных определений [14, 15].
Содержание зеараленона определяли методом конкурентного иммуноферментного анализа с помощью тест-систем «Ridascreen» (R-Biopharm, Германия).
Полученные экспериментальные данные обрабатывали общепринятым методом вариационной статистики с применением критерия достоверности по Стьюденту с использованием специальных программ.
Результаты исследований. Результаты сравнительной адсорбционной способности группы сорбентов к зеараленону в кислой (рН-2) и слабощелочной среде (рН-8) при температуре желудочно-кишечного тракта 37°С представлены ниже. Процент адсорбции зеараленона сорбентами при 37°С и рН-2 представлен на рисунке 1.
Таблица 1 - Схема ^ эксперимента
Номер модели Название модели in vitro
1 Дрожжевые Р-глюканы (солевой гидролиз) + зеараленон
2 Дрожжевые Р-глюканы (щелочный гидролиз) + зеараленон
3 Растительные Р-глюканы + зеараленон
4 Цеолит + зеараленон
5 Шунгит + зеараленон
6 Лигнин + зеараленон
Рисунок 1 - Процент адсорбции энтеросорбентов в отношении микотоксина зеараленона
□ % десорбции
Рисунок 2 - Процент десорбции энтеросорбентов в отношении микотоксина зеараленона
Модель in vitro Истинная сорбция, %
Дрожжевые Р-глюканы (солевой гидролиз) + зеараленон 85,0±3,2
Дрожжевые Р-глюканы (щелочный гидролиз) + зеараленон 91,1±5,2
Растительные Р-глюканы + зеараленон 94,9±2,0
Цеолит + зеараленон 47,0±2,2
Шунгит + зеараленон 85,8±3,0
Лигнин + зеараленон 81,2±1,8
Из рисунка 1 видно, что наибольшее значение процента адсорбции зеараленона было при использовании растительного Р-глюкана и составило 95,5%, наименьший процент адсорбции - 56,0% показал цеолит. У остальных сорбентов в среднем процент адсорбции был на уровне от 84,4% до 92,1%.
Результаты постановки эксперимента по определению процента десорбции зеараленона при рН-8 и температуре 37°С представлены на рисунке 2.
Результаты исследования процента десорбции показали, что цеолит десорбировал наибольшее количество микотоксина зеараленона 9,0%, лигнин - 3,2% зеараленона, дрожжевой р-глюкан
(солевой гидролиз) десорбировал 2% микотоксина, растительный Р-глюкан - 1%. Остальные сорбенты образовали более прочный комплекс с зеа-раленоном, десорбция дрожжевого Р-глюкана (щелочный гидролиз) была 0,6% и шунгит десорбировал 0,5% зеараленона.
Показатели истинной сорбционной емкости представлены в таблице 2.
В целом зеараленон хорошо сорбируется всеми данными веществами (таблица 2), так как, являясь лактоном резорциклической кислоты, полярен, имеет в своей структуре две протонодонорные гидроксигруппы и сопряженные фрагменты способные к п-п взаимодействиям. Учитывая число-
вые значения показателей сорбции к зеараленону, лидерами являются Р-глюканы дрожжевого и растительного происхождения, а остальные сорбенты (цеолит, шунгит и лигнин) проявили себя чуть хуже. Из таблицы 2 видно, что по результатам подсчета истинная сорбционная емкость растительных Р-глюканов составила 94,9%, дрожжевых Р-глюканов при щелочном гидролизе - 91,1%, у дрожжевых Р-глюканов (солевой гидролиз) истинная сорбция составила 85,0%, далее идёт шунгит -
85,8%, лигнин - 81,2% и с наименьшим результатом сорбент цеолит - 47,0%.
Заключение. Таким образом, на эффективность адсорбции зеараленона и стабильность комплексов микотоксин-адсорбент в организме животных влияют физико-химические свойства адсорбента (такие как площадь поверхности, полярность, размер пор), а также свойства микотокси-нов (размер молекулы, полярность, заряд, растворимость).
Список использованных источников
1. Zearalenone adsorbent based on a lyophilized indigenous bacterial lactobacillus plantarum strain as feed additive for pigs: a preliminary study in vivo / M.F. Vega, S.N. Dieguez, B. Riccio [et al.] // Current Microbiology. - 2021. - № 78 (5). - Р. 1807-1812.
2. Продуктивность цыплят-бройлеров при интоксикации имидаклопридом на фоне применения сорбентов / Д.В. Алеев, К.Ф. Халикова, А.В. Маланьев [и др.] // Птица и птицепродукты. - 2019. - № 3. - С. 28-30.
3. Тарасова, Е.Ю. Изыскание средств для лечения животных при Т-2 микотоксикозе: дис. ... канд. биол. наук: 06.02.03, 06.02.02. - Казань, 2010. - 23 с.
4. Гематдинова В.М., Канарская З.А., Канарский А.В. Получение концентрата бета-глюкана из овсяных отрубей для функциональных продуктов питания // Пищевая промышленность. - 2018. - № 3. - С. 19-22.
5. Изучение токсического действия трихотеценового микотоксина продуцента Fusarium sporotrichioides в опытах на свиньях / И.И. Идиятов, И.Р. Кадиков, В.Р. Саитов и др. // Юг России: экология, развитие. - 2022. - Т. 17. - № 1 (62). - С. 62-79.
6. Применение шунгита и цеолита при контаминации рационов свиней кадмием и свинцом / И.Р. Кадиков, Р.У. Бикташев, И.Ф. Вафин и др. // Ветеринарный врач. - 2020. - № 2. - С. 9-13.
7. Мосин О.В., Игнатов И.И. Состав и структурные свойства фуллеренсодержащего минерала шунгита // Нано и микросистемная техника. - 2013. - Т. 1. - С. 32-40.
8. Catalli A. Chitin and P-glucan polysaccharides as immunomodulators of airway inflammation and atopic disease / A. Catalli, M. Kulka // Metabolic & Immune Drug Discovery. - 2010. - Vol. 4. - P. 175-189.
9. Применение сорбентов для профилактики нарушения обмена веществ и токсикозов животных: монография / К.Х. Папуниди, Э.И. Семенов, И.Р. Кадиков и др. - Казань: ФГБНУ «ФЦТРБ-ВНИВИ», 2018. - 224 с.
10. Zeolite, hepatoprotector and probiotic in swine aflatoxicosis international / L. Matrosova, S. Tanaseva, E. Tarasova et al. // international Journal of Research and Development in the field of Mechanical Engineering and production Technology (IJMPERD). - 2020. - Vol. 10. - P. 7053-7060.
11. Liu Q., Lignins: biosynthesis and biological functions in plants // Q. Liu, L. Luo, L. Zheng / Int. J. Mol. Sci., Vol. 19 (2) (2018). - P. 335.
12. Крюков В.С., Крупинин В.В., Котик А.Н. Применение клиптилолита для профилактики микоток-сикозов // Ветеринария. - 1992. - № 9-12. - С. 28-29.
13. Мишина Н.Н. Профилактическая эффективность лигнин- и полисахаридсодержащих энтеросор-бентов при сочетанном Т-2 токсикозе: автореф. дис. ... канд. биол. наук: 16.00.04. - Казань, 2009. - 24 с.
14. Перфилова К.В., Мишина Н.Н., Семенов Э.И. Обоснование компонентного состава комплексного средства «Цеапитокс» в отношении Т-2 токсина в опытах in vitro // Ученые записки Казанской государственной академии ветеринарной медицины им. Н. Э. Баумана. - 2021. - Т. 247. - № 3. - С. 208-212.
15. Семенов Э.И. Фармако-токсикологические аспекты применения энтеросорбентов при сочетанных микотоксикозах: специальность 06.02.02 "Ветеринарная микробиология, вирусология, эпизоотология, микология с микотоксикологией и иммунология": дисс. на соиск. уч. степ. докт. биол. наук. - Казань, 2019. -342 с.
Spisok ispolzovannyx istochnikov
1. Zearalenone adsorbent based on a lyophilized indigenous bacterial lactobacillus plantarum strain as feed additive for pigs: a preliminary study in vivo / M.F. Vega, S.N. Dieguez, B. Riccio [et al.] // Current Microbiology. - 2021. - № 78 (5). - R. 1807-1812.
2. Produktivnost' cyplyat-brojlerov pri intoksikacii imidaklopridom na fone primeneniya sorbentov / D.V. Aleev, K.F. Xalikova, A.V. Malan'ev [i dr.] // Pticza i pticeprodukty'. - 2019. - № 3. - S. 28-30.
3. Tarasova, E.Yu. Izy'skanie sredstv dlya lecheniya zhivotny'x pri T-2 mikotoksikoze: dis. ... kand. biol. nauk: 06.02.03, 06.02.02. - Kazan', 2010. - 23 s.
4. Gematdinova V.M., Kanarskaya Z.A., Kanarskij A.V. Poluchenie koncentrata beta-glyukana iz ovsyany'x otrubej dlya funkcional'ny'x produktov pitaniya // Pishhevaya promy'shlennost'. - 2018. - № 3. - S. 19-22.
5. Izuchenie toksicheskogo dejstviya trixotecenovogo mikotoksina produ-centa Fusarium sporotrichioides v opy'tax na svin'yax / I.I. Idiyatov, I.R. Kadikov, V.R. Saitov i dr. // Yug Rossii: e'kologiya, razvitie. - 2022. - T. 17. - № 1 (62). - S. 62-79.
6. Primenenie shungita i ceolita pri kontaminacii racionov svinej kadmiem i svinczom / I.R. Kadikov, R.U. Biktashev, I F. Vafin i dr. // Veterinarny'j vrach. - 2020. - № 2. - S. 9-13.
7. Mosin O.V., Ignatov I.I. Sostav i strukturny'e svojstva fullerenso-derzhashhego minerala shungita // Nano i mikrosistemnaya texnika. - 2013. - T. 1. - S. 32-40.
8. Catalli A. Chitin and ß-glucan polysaccharides as immunomodulators of airway inflammation and atopic disease / A. Catalli, M. Kulka // Metabolic & Immune Drug Discovery. - 2010. - Vol. 4. - P. 175-189.
9. Primenenie sorbentov dlya profilaktiki narusheniya obmena veshhestv i toksikozov zhivotny'x: monografiya / K.X. Papunidi, E'.I. Semenov, I.R. Kadikov i dr. - Kazan : FGBNU «FCzTRB-VNIVI», 2018. -224 s.
10. Zeolite, hepatoprotector and probiotic in swine aflatoxicosis international / L. Matrosova, S. Tanaseva, E. Tarasova et al. // International Journal of Research and Development in the field of Mechanical Engineering and production Technology (IJMPERD). - 2020. - Vol. 10. - P. 7053-7060.
11. Liu Q., Lignins: biosynthesis and biological functions in plants // Q. Liu, L. Luo, L. Zheng / Int. J. Mol. Sci., Vol. 19 (2) (2018). - P. 335.
12. Kryukov V.S., Krupinin V.V., Kotik A.N. Primenenie kliptilolita dlya profilaktiki mikotoksikozov // Veterinariya. - 1992. - № 9-12. - S. 28-29.
13. Mishina N.N. Profilakticheskaya e'ffektivnost' lignin- i polisaxaridsoderzhashhix e'nterosorbentov pri sochetannom T-2 toksikoze: avtoref. dis. ... kand. biol. nauk: 16.00.04. - Kazan', 2009. - 24 s.
14. Perfilova K.V., Mishina N.N., Semenov E'.I. Obosnovanie komponentnogo sostava kompleksnogo sredstva «Ceapitoks» v otnoshenii T-2 toksina v opy'tax in vitro // Ucheny'e zapiski Kazanskoj gosudarstvennoj akademii veterinarnoj mediciny' im. N. E'. Baumana. - 2021. - T. 247. - № 3. - S. 208-212.
15. Semenov E'.I. Farmako-toksikologicheskie aspekty' primeneniya e'ntero-sorbentov pri sochetanny'x mikotoksikozax: special'nost' 06.02.02 "Veterinarnaya mikrobiologiya, virusologiya, e'pizootologiya, mikologiya s mikotoksikologiej i immunologiya": diss. na soisk. uch. step. dokt. biol. nauk. - Kazan', 2019. -342 s.
