CC BY
25
Химия растительного сырья. 2018. №1. С. 45-51. DOI: 10.14258/jcprm.2018012168
УДК 579.262: 547.458.5
УГЛЕВОДЫ МИКРОБНЫХ МАТОВ ЩЕЛОЧНЫХ ГИДРОТЕРМ ПРИБАЙКАЛЬЯ
© В.Г. Будагаева1, A.A. Раднагуруева1, Е.В. Лаврентьева1'2, Д.Д. Бархутова1, Д.Н. Олейников1
1 Институт общей и экспериментальной биологии СО РАН,
ул. Сахьяновой, 6, Улан-Удэ, 670047 (Россия), e-mail: olennikovdn@mail.ru
2 Бурятский государственный университет, ул. Смолина, 24А, Улан-Удэ, 670000 (Россия)
Щелочные гидротермы Прибайкалья являются экстремальными водными экосистемами, характеризующиеся присутствием микробных сообществ - матов. Исследование углеводного состава биомассы микробных матов из четырех гидротерм Прибайкалья (Алла, Гарга, Сея, Умхэй) показало присутствие в них маннита (1,93-7,25 мг/г; от массы воздушно-сухого сырья), уроновых кислот (1,15-15,85 мг/г) и нейтральных моносахаридов. В составе последних были выявлены галактоза (2,02-56,56 мг/г), глюкоза (2,00^15,96 мг/г), манноза (4,83-78,86 мг/г), ксилоза (1,1810,53 мг/г), фукоза (0,23-2,40 мг/г) и следы арабинозы и рамнозы. Показано, что для матов из изученных гидротерм Прибайкалья характерно различное соотношение углеводных групп и специфический моносахаридный состав. Из биомассы микробного мата гидротермы Сея выделена фракция водорастворимых полисахаридов, представляющая собой смесь семи компонентов с молекулярными массами 122-1700 кДа. Доминирующий полимер Se-WSPS-07 с молекулярной массой 122 кДа был выделен и предварительно охарактеризован как гетерополисахарид содержащий галактозу, глюкозу, маннозу в качестве доминирующих моносахаридов, а также белок (5,92%). Выявлено, что Se-WSPS-07 обладает биологической активностью, что демонстрирует перспективность его дальнейшего изучения в качестве терапевтического агента. Химическая характеристика углеводных компонентов микробных матов щелочных гидротерм Прибайкалья осуществлена впервые.
Ключевые слова: микробные маты, щелочные гидротермы, полисахариды, цианобактерии, биологическая активность.
Работа выполнена финансовой поддержке проектов РФФИ № 15-44-04335, №16-34-00254, 15-0401275, МОИ РФ 1990, МО РФ 6.9754.2017/БЧ.
Введение
Щелочные гидротермы (гидротермальные источники) как уникальные водные экосистемы, характеризуются высокими значениями температуры и рН. Щелочность воды в таких источниках определяется
общим действием различных анионов слабых неорганических и органических кислот. В большинстве случаев гидротермы имеют смешанный гидрокар-бонатно-сульфатный или сульфатно-гидрокарбонатный состав и характеризуются широкими пределами колебаний абсолютного и процентного содержания сульфатов и гидрокарбонатов [1]. Типичным примером подобных гидротерм могут служить щелочные гидротермы Прибайкалья [2].
Микробные (цианобактериальные) маты представляют собой прокариотные сообщества, состоящие из фотосинтезирующих цианобактерий, а также различных аэробных и анаэробных организмов. Являясь высокопродуктивными экосистемами,
Будагаева Валентина Григорьевна - младший научный сотрудник лаборатории микробиологии, e-mail: valmpa@mail.ru
Раднагуруева Арюна Арсалановна - кандидат биологических наук, младший научный сотрудник лаборатории микробиологии, e-mail: aryuna_rg@mail.ru Лаврентьева Елена Владимировна - кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории микробиологии, e-mail: lena_l@mail.ru Бархутова Дарима Дондоковна - кандидат биологических наук, заведующая лабораторией микробиологии, старший научный сотрудник, e-mail: darima_bar@mail.ru Олейников Даниил Николаевич - доктор фармацевтических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории медико-биологических исследований, e-mail: olennikovdn@mail.ru
Автор, с которым следует вести переписку.
они занимают в настоящее время экстремальные экологические ниши, каковыми в Прибайкалье являются щелочные гидротермы [2].
Микроорганизмы синтезируют широкий спектр многофункциональных полисахаридов, включая внутриклеточные полисахариды, структурные полимеры и экзополисахариды [3, 4]. Ранними исследованиями было показано, что экзо- и эндополисахариды прокариот обладают металл-хелатирующей, противовоспалительной, противовирусной, противоопухолевой и другими видами биологической активности [5, 6]. В этой связи гидротермы Бурятии могли бы служить источником получения биологически активных полисахаридов, однако недостаточная степень изученности не позволяет осуществлять их широкое применение. Целью настоящей работы является химическая характеристика и изучение биологической активности углеводных компонентов микробных матов из некоторых гидротерм Бурятии.
Экспериментальная часть
Микробные маты. Образцы микробных матов были собраны в 2013-2015 гг. в четырех гидротермах Курумканского района (республика Бурятия, табл. 1). У собранных образцов (кроме образца Умхэй) отделяли верхний (В) и нижний слои (Н), которые высушивали в конвективном шкафу до значений влажности 8-10% от массы образца, измельчали и использовали для анализа.
Общие экспериментальные условия. Спектрофотометрические исследования проводили на спектрофотометре СФ-2000 (Ломо, Санкт-Петербург, Россия) в кварцевых кюветах 10 мм. Содержание маннита в биомассе определяли методом ВЭЖХ после дериватизации с 4-нитробензоил хлоридом [7], уроновые кислоты - спектрофотометрическим методом по реакции с 3,4-диметилфенолом и серной кислотой [8], сульфатные группы - турбидиметрическим методом [9], аминосахара - спектрофотометрическим методом Элсона-Моргана [10], белок - методом Бредфорд [11].
Гидролиз с ТФУ. Гидролиз измельченных образцов микробных матов (10 мг) осуществляли в запаянных ампулах в присутствии 1,5 мл 2 М трифторуксусной кислоты при 105 °С в течение 6 ч, после чего реакционные смеси центрифугировали и 250 мкл супернатанта выпаривали досуха. Сухой остаток растворяли в 70 мкл воды и использовали для получения РМР-производных.
Получение РМР-производных. Анализ моносахаридного состава осуществляли в виде производных с 3-метил-1-фенил-2-пиразолин-5-оном (РМР). Для этого 50 мкл раствора после гидролиза переносили в пластиковую пробирку (2 мл), приливали 75 мкл 0,5 М раствора РМР в 95% этаноле и 15 мкл 1,5 М гид-роксида натрия. Растворы термостатировали 2 ч при 70 °С, после чего охлаждали, приливали 60 мкл 0,5 М хлористоводородной кислоты, 0,5 мл хлороформа и перемешивали не менее 10 сек. Смесь центрифугировали при 3000 g 10 мин и водный слой использовали для анализа методом микроколоночной ВЭЖХ-УФ.
Микроколоночная ВЭЖХ-УФ. Количественный анализ гидролизатов осуществляли на микроколоночном жидкостном хроматографе Милихром А-02 (Эконова, Новосибирск, Россия) на колонке ProntoSIL-120-5-С18 AQ (2 х 75 мм, 0 5 мкм; Metrohm AG, Herisau, Switzerland); подвижная фаза: 100 мМ CH3COONH4 (рН 4,5) (A), MeCN (В); градиентный режим (% В): 0-20 мин 20-26; v 150 мкл/мин; температура колонки 35 °С; УФ-детектор, X 250 нм. Расчет содержания проводили по смеси моносахаридов, обработанных аналогичным образом. Результаты представлены в виде среднего значения из трех параллельных определений (± стандартное отклонение, SD).
Таблица 1. Описание образцов микробных матов, использованных в работе
Название источника Тип источника Координаты Высота, м в.у.м. Температура воды, °С рН воды Температура мата, °С
Алла сульфатно-гидрокарбонатный 54°41'735"N, 110°44'710" Е -228 45-54 9,1 36-39
Гарга суль фатно-натриевый 54°19'203" N, 110°59'646" Е +48 49 8,7 36-39
Сея гидрокарбонатно-сульфатно-натриевый 54°50'142" N, 111°18'099" Е -190 48-52 9,5 35^14
Умхэй сульфатно-гидрокарбонатно-натриевый 54°59'253" N, 111°07'152"Е -266 40 9,3 39^10
Гель-проникающая хроматография (ГПХ). Использовали стеклянную колонку, заполненную Sephac-ryl® 400 HR (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA) и соединенную с автоматическим коллектором фракций и спектрометрическим детектором. Колонка 16 х 600 мм, элюент - 0,25 M NaCl, скорость потока - 500 мкл/мин, объем элюатов - 500 мкл, температура колонки - 25 °С. Колонку градуировали с использованием стандартов декстранов с молекулярными массами 12, 70, 270, 500 кДа (Sigma-Aldrich). Внешний объем колонки определяли по синему декстрану (2000 кДа, Pharmacia, Швеция). Концентрация раствора полисахарида - 10 мг/мл, стандартов декстранов - 1 мг/мл, объем вводимой пробы - 500 мкл. Объем выхода полисахаридов определяли спектрофотометрическим методом по Дюбуа при 487 нм, белков - спектрофото-метрическим методом при 260 нм [12].
Выделение водорастворимых полисахаридов. Высушенный и измельченный образец сырья [Сея(Н); 250 г] экстрагировали 80% ацетоном (1 : 10) трижды при 45 °С в течение 40 мин в УЗ-ванне (Сапфир, Россия). Далее остаток сырья обрабатывали водой (1 : 15) при 70 °С в течение 50 мин в УЗ-ванне дважды. Водный экстракт отфильтровывали, объединяли, концентрировали в вакууме до 1/20 от исходного объема и осаждали ацетоном (1 : 10). Выпавший осадок отделяли центрифугированием (3000 g, 15 мин), переосаждали дважды, диализовали против воды в диализных тубах (cut-off 2 kDa, Sigma-Aldrich) и удаляли белок по Севага [13]. В результате была получена фракция водорастворимых полисахаридов Se-WSPS с выходом 5,88 г (выход - 2,35% от массы воздушно-сухого сырья). Для выделения доминирующего полимера (Se-WSPS-07) применяли препаративную ГПХ в условиях, описанных выше. Однократная загрузка Se-WSPS составляла 50 мг. В результате разделения 1 г Se-WSPS было получено 445 мг гомогенного полимера Se-WSPS-07 (выход - 44,5% от массы Se-WSPS).
ИК-спектроскопия. ИК-спектры регистрировали на ИК-Фурье спектрометре ФТ-801 (Симекс, Новосибирск, Россия) в интервале 4000-600 см"1 в таблетке с бромидом калия (1 : 100).
Биологическая активность. Определяли антиоксидантную активность методом перекисной деструкции (3-каротина (СВА) [14], антирадикальную активность - ДФПГ-методом (DPPH) [15]; Fe2+-хелатирующую активность - о-фенантролиновым методом (Fe-CA) [16]; мембраностабилизирующую активность - методом гипотонической стойкости мембран эритроцитов (ORE); антиатерогенную активность - методом связывания атерогенных липопротеидов плазмы крови (AtА) [17]; противовоспалительную активность - методом ингибирования термической денатурации альбумина (TDA) [18]. В качестве образца сравнения использовали альгиновую кислоту (SigmaAldrich).
Обсуждение результатов
Углеводы биомассы микробных матов. Проведенные исследования показали, что для изученных образцов микробных матов характерно присутствие различных углеводных групп, в том числе маннита, нейтральных и кислых моносахаридов (табл. 2). Для верхних и нижних слоев микробных матов выявлено различное распределение отдельных углеводных классов. Наибольшая концентрация маннита обнаружена в верхних слоях (5,41-7,25 мг/г), наименьшая - в нижних слоях (2,59-3,40 мг/г). Напротив, максимальная концентрация уроновых кислот в биомассе была установлена в нижних слоях микробных матов (2,0815,85 мг/г). В составе нейтральных моносахаридов к числу основных были отнесены галактоза, глюкоза, фукоза, манноза и ксилоза; в следовых количествах присутствовали арабиноза и рамноза. Преобладание маннозы в составе нейтральных моносахаридов было отмечено для большинства изученных образцов, кроме образцов Гарга(В), в котором доминировала галактоза, и Алла(Н) с глюкозой в качестве основного моносахарида.
Таблица 2. Углеводный состав биомассы микробных матов, мг/га ± SD
Образец Маннит UA 6 Моносахариды в гидролизате
Ara Gal Glc Fuc Man Rha Xyl
Алла(В) 5,41±0,16 6,21±0,12 <0,01 4,47±0,10 5,09±0,10 0,23±0,00 5,89±0,14 <0,01 1,18±0,02
Алла(Н) 2,72±0,08 10,63±0,23 <0,01 14,96±0,34 32,04±0,73 0,30±0,00 25,22±0,58 <0,01 3,06±0,06
Гарга(В) 7,25±0,21 1,15±0,02 <0,01 12,98±0,29 11,67±0,24 <0,01 9,45±0,28 <0,01 2,12±0,05
Гарга(Н) 2,59±0,07 2,08±0,04 <0,01 14,24±0,32 8,81±0,18 1,73±0,04 18,03±0,55 <0,01 5,18±0,10
Сея(В) 6,72±0,20 9,27±0,18 <0,01 2,02±0,04 2,45±0,04 0,39±0,01 4,83±0,09 <0,01 1,42±0,03
Сея(Н) 3,40±0,10 15,85±0,31 <0,01 2,66±0,06 2,00±0,04 0,74±0,02 6,45±0,19 <0,01 1,63±0,03
Умхэй 1,93±0,05 12,54±0,25 <0,01 56,56±1,35 45,96±1,05 2,40±0,04 78,86±2,44 <0,01 10,53±0,21
а От массы воздушно-сухого материала. UA - уроновые кислоты.
Выявленные особенности накопления отдельных углеводных компонентов являются следствием того, что таксономические спектры бактерий, образующих микробный мат, могут отличаться для различных источников. Анализ филогенетического разнообразия микробного сообщества гидротерм с помощью се-квенирования гена 168 гЯЫА показал, что 50-70% сообщества составляли представители филы Рго1еоЬас1епа. Далее по распространенности были бактерии филумов СуапоЬайепа, АаёоЬа^епа и Ритшс-1йез. Микроорганизмы данных групп известны как производители различных полисахаридов, в частности как потенциальные продуценты экзополисахаридов с новыми и необычными характеристиками и функциональной активностью в экстремальных условиях [4, 19]. Ранее было показано, что формообразующими видами цианобактерий изученных гидротерм являются виды родов (Иоеосар,\а^ Ьер1о1ущЫа, РИогтг^ит и ЗупесЬососсш [20]. В гидротерме Алла дополнительно были обнаружены виды рода МусгосухИх, в гидротерме Умхэй - виды родов ОясШШопа, ЗрггиИпа и НупесИосухИх, а в гидротерме Гарга - виды рода АпаЬае-па. Способность к продукции полисахаридов из группы маннанов была установлена ранее для видов рода РИотп&ит [21], галактанов - для видов рода АпаЪаепа [22], в то время как глюканы являются обычными компонентами большинства цианобактериальных видов [23].
Водорастворимые полисахариды микробных матов. Для получения полисахаридов был использован образец из гидротермы Сея, отличающейся высокой продукцией микробных матов. В результате была выделена фракция водорастворимых полисахаридов 8е-\У8Р8 с выходом 2,35% от массы воздушно-сухого мата. Согласно данным ГПХ в составе фракции присутствовало не менее семи полимеров с молекулярными массами (м.м.) 122-1700 кДа (рис. 1).
Доминирующим компонентом 8е-ДУ8Р8 являлся полимер 8е-ДУ8Р8-07 с м.м. 122 кДа, содержание которого в смеси составило 64,6%. На долю минорных полисахаридов пришлось не более 35,3% (табл. 3).
Полимер 8е-\У8Р8-07 был выделен с применением препаративной ГПХ на 8ерЬасгу1® 400 Ш. Содержание уроновых кислот в 8е-ДУ8Р8-07 составило 1,47 ± 0,04%, дезоксисахаров - 1,24 ± 0,04%, белка -5,92 ±0,12%, присутствие остатков аминосахаров и сульфата не обнаружено. Согласно данным ВЭЖХ в составе нейтральных моносахаридов в 8е-\У8Р8-07 выявлены фукоза, рамноза, ксилоза, манноза, глюкоза и галактоза в соотношении 1 : 2,2 : 3,4 : 8,1 : 13,0 : 14,0 (рис. 2).
Рис. 1. Хроматографический профиль (ГПХ) фракции полисахаридов 8е-\ySPS на 8ерЬасгу1® 400 Ш. Числами (01-07) обозначено положение отдельных компонентов
Таблица 3. Характеристика компонентов фракции Бе-ДУЗРБ
Показатель Компонент ЗеЛУБРБ
01 02 03 04 05 06 07
Содержание, %* М.м., кДа 1,5 1700 4,0 1300 6Д 900 6,4 530 5,3 260 12,0 165 64,6 122
от суммарной площади хроматографических пиков.
6 8 10 12 14 16 18 I, мин
Рис. 2. Хроматограмма (ВЭЖХ-УФ) РМР-производиых моносахаридов в смеси веществ сравнения (¡) и гидролизате 8е-\¥8Р8-07 (и) при 250 нм. Числами обозначено положение РМР-производных маннозы (1), рамнозы (2), глюкуроновой кислоты (3), галактуроновой кислоты (4), глюкозы (5), галактозы (6), ксилозы (7) и фукозы (8). РМР - избыток дериватизирующего агента
ИК-спектр 8е-\¥8Р8-07 содержал полосы, вызванные колебаниями а- (917 см"1) и (3-связей (891 см"1), свободных карбоксильных групп (1629 см"1) и белковых компонентов (1549 см"1). Таким образом, полимер 8е-\¥8Р8-07 представлял собой гетерополисахарид с высоким содержанием галактозы, глюкозы и маннозы.
Биологическая активность полисахарида 8е-1¥8Р8-07. В ходе биологических экспериментов было установлено, что, несмотря на слабовыраженные антиоксидантные и антирадикальные свойства у Бе-\VSPS-07 (1С50 >100 мкг/мл), его растворы обладали способностью к связыванию ионов Бе2+, а также демонстрировали мембраностабилизирующий, антиатерогенный и противовоспалительный эффект, сравнимый с активностью альгиновой кислоты (табл. 4).
Ранее было показано, что цианобактериальные полисахариды являются биологически активными полимерами. Спирулан кальция из $р\гиИа р/а[еп.\1.\ оказывает выраженное противоопухолевое действие, ингибируя опухолевую инвазию и метастазы [24]. Данный полисахарид обладает также противовирусным действием, предотвращая пенетарцию клеток вирусами герпеса и ВИЧ [25]. Для спирулана было выявлено наличие антикоагулянтной, иммуностимулирующей и противовоспалительной активности [26]. Обнаружение биологической активности у полисахаридов микробных матов щелочных гидротерм Прибайкалья указывает на перспективность их дальнейшего исследования.
Таблица 4. Биологическая активность полисахарида Se-WSPS-07
Вид активности Se-WSPS-07 Альгиновая кислота Контроль
Антиоксидантная активность
СВАа, 1С so, мкг/мл >100 >100 23,47 ± 0,79
Антирадикальная активность
DPPHa, 1С50, мкг/мл >100 >100 7,84 ± 0,20
Ре~+-хелатирующая активность
Fe-CA, 1С 50, мМ/г 0,74 ± 0,02 1,27 ±0,04 -
Мембраностабилизирующая активность
ORE6, % 0,26 ± 0,00 0,25 ± 0,00 0,27 ± 0,00
Антиатерогенная активность
AtAB, % от контроля 48,73 ± 1,45 56,14 ± 1,40 100
Противовоспалительная активность
TDAr, IC50, мкг/мл 289,14 ±9,80 115,32 ±4,27 324,24 ± 11,02
а Контроль - кверцетнн. "Концентрация NaCl, при которой наступает гемолиз; контроль - полимер МРР" из Mentha х piperita [17]. в% связывания атерогенных липопротеидов для растворов полисахаридов с концентрацией 100 мкг/мл; контроль - гепарин.г Контроль - диклофенак натрия.
Выводы
Исследование химического состава микробных матов из четырех гидротерм Прибайкалья (Республика Бурятия) показало, что они являются продуцентами углеводных групп, в том числе полисахаридов. Для различных гидротерм характерен специфический моносахаридный состав, что свидетельствует об индивидуальных особенностях продукции полисахаридов. Впервые из биомассы микробного мата был выделен индивидуальный полимер, относящийся к группе гетерополисахаридов, и показано, что он обладает биологической активностью.
Список литературы
1. Соломин Г.А., Крайнов С.Р. Щелочные составляющие природных и сточных щелочных вод, геохимические процессы их нейтрализации кислыми и околонейтральными подземными водами // Геохимия. 1998. №2. С. 183-201.
2. Намсараев З.Б., Горленко В.М., Намсараев Б.Б., Бархутова Д. Д. Микробные сообщества щелочных гидротерм. Новосибирск, 2006. 111 с.
3. Chi Z., Fang Y. Exopolysaccharides from marine bacteria // J. Ocean Univ. China. 2005. Vol. 4. Pp. 67-74.
4. Nicolaus В., Kambourova M., Oner E.T. Exopolysaccharides from extremophiles: from fundamentals to biotechnology//Environ. Technol. 2010. Vol. 31. Pp. 1145-1158.
5. Olennikov D.N., Agafonova S.V., Rokhin A.V., Penzina T.A., Borovskii G.B. Branched glucan from the fruiting bodies of Piptoporus betulinus (Bull.:Fr) Karst. // Appl. Biochem. Microbiol. 2012. Vol. 48. Pp. 65-70.
6. Gugliandolo C., Spano A., Maugeri T.L., Poli A., Arena A., Nicolaus B. Role of bacterial exopolysaccharides as agents in counteracting immune disorders induced by herpes virus // Microorganisms. 2015. Vol. 3. Pp. 464^183.
7. Kiyoshima A., Kudo K., Nishida N., Ikeda N. HPLC simultaneous determination of glycerol and mannitol in human tissues for forensic analysis // Forensic Sci. Int. 2002. Vol. 125. Pp. 127-133.
8. Usov A.I., Bilan M.I., Klochkova N.G. Polysaccharides of algae. 48. Polysaccharide composition of several calcareous red algae: Isolation of alginate from Corallina pilulifera P. et R. (Rhodophyta, Corallinaceae) // Bot. Mar. 1995. Vol. 38. Pp. 43-51.
9. Jackson S.G., McCandless E.L. Simple, rapid, turbidometric determination of inorganic sulfate and/or protein // Anal. Biochem. 1978. Vol. 19. Pp. 802-808.
10. Максимов В.И., Родоман В.Е., Максимова Е.В. Метод определения гексозаминов в хитиновых гидролизатах // Прикладная биохимия и микробиология. 1999. Т. 35. С. 227-230.
11. Bradford М.М. A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding // Anal. Biochem. 1976. Vol. 76. Pp. 248-254.
12. Olennikov D.N., Kashchenko N.I., Chirikova N.K., Koryakina L.P., Vladimirov L.N. Bitter gentian teas: Nutritional and phytochemical profiles, polysaccharide characterisation andbioactivity //Molecules. 2015. Vol. 20. Pp. 20014-20030.
13. Olennikov D.N., Rokhin A.V. Water-soluble glucans from true cardamom (Elettaria cardamomum White at Maton) seeds// Appl. Biochem. Microbiol. 2013. Vol. 49. Pp. 182-187.
14. Olennikov D.N., Tankhaeva L.M., Agafonova S.V. Antioxidant components of Laetiporus sulphureus (Bull.: Fr.) Murr. fruit bodies//Appl. Biochem. Microbiol. 2011. Vol. 47. Pp. 419^125.
15. Olennikov D.N., Chirikova N.K., Okhlopkova Z.M., Zullugarov I.S. Chemical composition and antioxidant activity of Tanara Oto (Dracocephalum palmatum Stephan), a medicinal plant used by the North-Yakutian nomads // Molecules. 2013. Vol. 18. Pp. 14105-14121.
16. Olennikov D.N., Kashchenko N.I., Chirikova N.K. A novel HPLC-assisted method for investigation of the Fe2+-chelating activity of flavonoids and plant extracts //Molecules. 2014. Vol. 19. Pp. 18296-18316.
17. Olennikov D.N., Tankhaeva L.M. Lamiaceae carbohydrates. I. Pectinic substances and hemicelluloses from Mentha x piperita И Chem. Nat. Сотр. 2007. Vol. 43. Pp. 501-507.
18. Saso L., Valentini G., Casini M.L., Grippa E., Gatto M.T., Leone M.G., Silvestrini B. Inhibition of heat-induced de-naturation of albumin by nonsteroidal antiinflammatory drugs (NSAIDs): Pharmacological implications // Arch. Pharm. Res. 2001. Vol. 24. Pp. 150-158.
19. Nicolaus В., Moriello V.S., Lama L., Poli F., Gambacorta A. Polysaccharides from extremophilic m icroorganisms // Orig. Life Evol. Biosph. 2004. Vol. 34. Pp. 159-169.
20. Шаргаева О.В., Калашников A.M., Цыренова Д. Д. Содержание хлорофилла а и разнообразие цианобактерий в микробных матах гидротерм Бурятии//Вестник БГУ. 2013. №4. С. 158-161.
21. Bar-Or Y., Shilo М. Characterization of macromolecular flocculants produced by Phormidium sp. strain J-l and by Anabaenopsis circularisVCC 6720 // Appl. Environ. Microbiol. 1987. Vol. 53. Pp. 2226-2230.
22. Nicolaus В., Panico A., Lama L., Romano I., Manca M.C., De Giulio A., Gambacorta A. Chemical composition and production of exopolysaccharides from representative members of heterocystous and non-heterocystous cyanobacte-ria // Phytochemistry. 1999. Vol. 52. Pp. 639-647.
23. Pereira S., Zille A., Micheletti E., Moradas-Ferreira P., De Filippis R., Tamagnini P. Complexity of cyanobacterial exopolysaccharides: composition, structures, inducing factors and putative genes involved in their biosynthesis and assembly // FEMS Microbiol. Rev. 2009. Vol. 33. Pp. 917-941.
24. Mishima Т., Murata J., Toyoshima M., Fujii H., Nakajima M., Hayashi Т., Kato Т., Saiki I. Inhibition of tumor invasion and metastasisby calcium spirulan (Ca-SP), a novel sulfated polysaccharide derived from a blue-green alga, Spirulinaplatensis II Clin. Exp. Metastas. 1998. Vol. 16. Pp. 541-550.
25. Hayashi K., Hayashi Т., Kojima I.A. A natural sulphated polysaccharide, calcium spirulan, isolated from Spirulina platensis: in vitro and ex vivo evaluation of anti-herpes simplex virus and anti-human immunodeficiency virus // AIDS Res. Hum. Retrovituses. 1996. Vol. 12. Pp. 1463-1471.
26. Raposo M.F.J., Morais A.M.M.B., Morais R.M.S.C. Bioactivity and Application of polysaccharides from marine mi-croalgae/ in Polysaccharides. Eds. K.G. Ramawat, J.-M. Merillon. Springer, Switzerland, 2015. Pp. 1683-1727.
Поступило в редакцию 11 мая 2017 г.
После переработки 13 октября 2017 г.
Budagaeva V.G.1, Radnagurueva A.A.1, Lavrent'eva E.V.1-2, Barkhutova D.D.1, Olennikov D.N.1* CARBOHYDRATES OF MICROBIAL MATHS OF ALKALINE HYDROTHERMS OF BAIKAL REGION
1 Institute of General and Experimental Biology, Siberian Branch, Russian Academy of Science, ul. Sakh 'yanovoy, 6,
Ulan-Ude, 670047 (Russia), e-mail: olennikovdn@mail.ru
2 Buryat State University, ul. Smolina, 24A, Ulan-Ude, 670000 (Russia)
Alkaline hydrotherms of the Baikal region are extreme aquatic ecosystems characterized by the presence of the specific microbial communities, mats. A study of the carbohydrate composition of the biomass of microbial maths from four hydrothermal waters of the Baikal region (Alia, Garga, Seya, Umkhei) showed the presence of mannitol (1,93-7,25 mg/g, from the dry weight), uronic acids (1,15-15,85 mg/g) and neutral monosaccharides. The latter were galactose (2,02-56,56 mg/g), glucose (2,00^15,96 mg/g), mannose (4,83-78,86 mg/g), xylose (1,18-10,53 mg/g), iucose (0,23-2,40 mg/g), and arabinose and rhamnose as a trace. It is shown that the mats from the studied hydrothermal waters of the Baikal region characterized by the different ratio of carbohydrate groups and a specific monosaccharide composition. A fraction of water-soluble polysaccharides was isolated from the biomass of the microbial mat of Seya hydrotherm. It was a mixture of seven components with molecular masses from 122 to 1700 kDa. The dominant polymer Se-WSPS-07 with a molecular weight 122 kDa was isolated and preliminarily characterized as a heteropolysaccharide containing galactose, glucose, mannose as dominant monosaccharides, and protein (5,92%). It was found that Se-WSPS-07 possesses biological activity demonstrating its perspectiveness for the further study as a therapeutic agent. The chemical characteristics of the carbohydrate components of microbial maths from the alkaline hydrotherms of the Baikal region were realized for the first time.
Keywords: microbial maths, alkaline hydrotherms, polysaccharides, cyanobacteria, biological activity.
References
1. Solomin G.A., Krainov S.R. Geokhimiia, 1998, no. 2, pp.183-201. (inRuss.).
2. Namsaraev Z.B., Gorlenko V.M., Namsaraev B.B., Barkhutova D.D. Mikrobnye soobshchestva shchelochnykh gidroterm. [Microbial communities of alkaline fluids], Novosibirsk, 2006, 111 p. (in Russ.).
3. Chi Z., Fang Y. J. Ocean Univ. China, 2005, vol. 4, pp. 67-74.
4. Nicolaus B., Kambourova M., Oner E.T. Environ. Technol., 2010, vol. 31, pp. 1145-1158.
5. Olennikov D.N., Agafonova S.V., Rokhin A.V., Penzina T.A., Borovskii G.B. Appl. Biochem. Microbiol., 2012, vol. 48, pp. 65-70.
6. Gugliandolo C., Spano A., Maugeri T.L., Poli A., Arena A., Nicolaus B. Microorganisms, 2015, vol. 3, pp. 464^183.
7. Kiyoshima A., Kudo K., Nishida N., Ikeda N. Forensic Sci. Int., 2002, vol. 125, pp. 127-133.
8. Usov A.I., Bilan M.I., Klochkova N.G. Bot. Mar., 1995, vol. 38, pp. 43-51.
9. Jackson S.G., McCandless E.L. Anal. Biochem., 1978, vol. 19, pp. 802-808.
10. Maksimov V.I., Rodoman V.E., Maksimova E.V. Prikladnaia biokhimiia i mikrobiologiia, 1999, vol. 35, pp. 227230. (inRuss.).
11. Bradford M.M. Anal. Biochem., 1976, vol. 76, pp. 248-254.
12. Olennikov D.N., Kashchenko N.I., Chirikova N.K., Koryakina L.P., Vladimirov L.N. Molecules, 2015, vol. 20, pp. 20014-20030.
13. Olennikov D.N., Rokhin A. V. Appl. Biochem. Microbiol., 2013, vol. 49, pp. 182-187.
14. Olennikov D.N., Tankhaeva L.M., Agafonova S.V. Appl. Biochem. Microbiol., 2011, vol. 47, pp. 419^125.
15. Olennikov D.N., Chirikova N.K., Okhlopkova Z.M., Zulfugarov I.S. Molecules, 2013, vol. 18, pp. 14105-14121.
16. Olennikov D.N., Kashchenko N.I., Chirikova N.K. Molecules, 2014, vol. 19, pp. 18296-18316.
17. Olennikov D.N., Tankhaeva L.M. Chem. Nat. Comp., 2007, vol. 43, pp. 501-507.
18. Saso L., Valentini G., Casini M.L., Grippa E., Gatto M.T., Leone M.G., Silvestrini B. Arch. Pharm. Res., 2001, vol. 24, pp. 150-158.
19. Nicolaus B., Moriello V.S., Lama L., Poli F., Gambacorta A. Orig. Life Evol. Biosph., 2004, vol. 34, pp. 159-169.
20. Shargaeva O.V., Kalashnikov A.M., Tsyrenova D.D. VestnikBGU, 2013, no. 4, pp. 158-161. (in Russ.).
21. Bar-Or Y., Shilo M. Appl. Environ. Microbiol., 1987, vol. 53, pp. 2226-2230.
22. Nicolaus B., Panico A., Lama L., Romano I., Manca M.C., De Giulio A., Gambacorta A. Phytochemistry, 1999, vol. 52, pp. 639-647.
23. Pereira S., Zille A., Micheletti E., Moradas-Ferreira P., De Filippis R., Tamagnini P. FEMS Microbiol. Rev., 2009, vol. 33, pp. 917-941.
24. Mishima T., Murata J., Toyoshima M., Fujii H., Nakajima M., Hayashi T., Kato T., Saiki I. Clin. Exp. Metastas., 1998, vol. 16, pp. 541-550.
25. Hayashi K., Hayashi T., Kojima I.A. AIDS Res. Hum. Retrovituses., 1996, vol. 12, pp. 1463-1471.
26. Raposo M.F.J., Morais A.M.M.B., Morais R.M.S.C. Bioactivity and Application ofpolysaccharides from marine mi-croalgae / in Polysaccharides, eds. K.G. Ramawat, J.-M. Merillon. Springer, Switzerland, 2015, pp. 1683-1727.
Received May 11, 2017 Revised October 13, 2017
Corresponding author.
