Сибирские ученые изучили антибактериальные свойства хвои сосен из Восточной Азии

Сотрудники Новосибирского института органической химии им. Н. Н. Ворожцова СО РАН совместно с коллегами из ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН» и Института лесохимической промышленности (г. Нанкин, Китай) установили, что экстракты хвои двух произрастающих в Китае видов сосен активны против грамотрицательных бактерий. Результаты работы опубликованы в журнале «Chemistry & Biodiversity».

Про антибактериальный эффект эфирных масел хвои известно уже давно (именно поэтому гулять в сосновом лесу и дышать его воздухом считается чрезвычайно полезным). Однако в хвое содержится всего 0,3—0,5 % таких масел. В то же время в ней присутствуют нелетучие вещества, которые можно выделять экстракцией в гораздо большем количестве. Они не являются компонентами эфирных масел, не испускаются растениями в воздух, и в целом науке известно об их составе и свойствах гораздо меньше.

 

   Хвоя сосны Pinus armandii

«Эта работа была инициирована нашими китайскими партнерами, которые занимаются в основном технологическими аспектами переработки древесного сырья. Они обратились к нам, поскольку у нас есть хорошие возможности по изучению состава экстрактивных веществ, в частности, липофильных (жироподобных) соединений — рассказывает научный сотрудник лаборатории медицинской химии НИОХ СО РАН кандидат химических наук Александр Владимирович Шпатов. — В нашем институте тематика исследования липофильных метаболитов — продуктов жизнедеятельности — хвойных растений, ведется уже в течение нескольких десятилетий. За это время была накоплена большая база физико-химических данных об этих веществах, благодаря чему мы можем достаточно легко анализировать состав и идентифицировать до 60—80 % компонентов, входящих в подобные экстракты».

Объектами изучения в новом исследовании выступила хвоя двух видов — сосны Армана (лат. Pinus armandii), названной в честь ботаника Армана Давида, и сосны кантонской (Pinus kwangtungensis). Если первый из них довольно распространен и широко используется в промышленности, то второй — более редкий и практически не изучен в химическом аспекте.

Ученые экстрагировали из хвои липофильные вещества. Сотрудники НИОХ СО РАН исследовали их состав, а биологи из ФИЦ «ИЦиГ СО РАН» — проверяли антимикробную активность на бактериальных моделях. Бактерии были специально подобраны разные — грамположительные (сенная палочка, лат. Bacillus subtilis) и грамотрицательные (лат. Serratia marcescens). Они отличаются друг от друга строением клеточных мембран. 

Термин «грамположительные и грамотрицательные бактерии» ввел в науку датский ученый Грам. Использовав при окрашивании микроорганизмов специальный краситель генцианвиолет, биолог заметил, что одна группа микроорганизмов поддается окраске (и они получили название грамположительные), а другая — нет (грамотрицательные). Позже ученый выяснил, что причиной этому стали отличия в строении клеточной стенки. У первых ее толщина довольно высока. Патогенные грамположительные бактерии представлены стафилококками, стрептококками, а кроме того, возбудителями таких опасных недугов как газовая гангрена, столбнячная инфекция, сибирская язва. 

Патогенные грамотрицательные бактерии вызывают венерические болезни (гонорею, сифилис, хламидийные инфекции), проблемы с дыханием, менингит, нарушения пищеварения или язвенную болезнь желудка. Их более тонкая, чем у грамположительных, стенка является, тем не менее, более прочной. Грамотрицательные микроорганизмы сложнее поддаются атаке антител и более устойчивы к воздействию антибиотиков.

В эксперименте сибирских ученых действие экстрактов из хвои проверялось пока только на непатогенных и условно патогенных бактериях — тех, которые присутствуют в нашей обычной окружающей среде. Болезнетворные организмы требуют особых мер безопасности, и работать с ними на данном этапе не имело смысла (поскольку ученые не были уверены, можно ли ждать какого-либо эффекта).

«Результаты нашего исследования оказались несколько необычными: при воздействии экстрактов и их частей экстрактов на грамотрицательные бактерии, количество последних становилось меньше, и они замедляли свой рост. У грамположительных же бактерий в некоторых случаях рост даже немного ускорялся», — говорит Александр Шпатов.

Вероятно, стимулирование роста грамположительных бактерий является кратковременным эффектом: находясь в стрессовом состоянии и пытаясь выжить, они мобилизуют все свои внутренние силы на борьбу с угрозой и начинают более интенсивно размножаться. Возможно, при большей концентрации экстрактивных веществ из хвои сосен грамположительные бактерии также будут угнетены. Однако пока это лишь только гипотеза, которую необходимо подтвердить или опровергнуть в ходе будущих экспериментов. Не исключено, что у грамположительных бактерий существуют и какие-то внутриклеточные механизмы, позволяющие превращать вредные для них вещества в менее токсичные или «откачивать» их обратно в окружающую среду.

 

   Растворы частей экстрактов хвои сосен, содержащие кислотные и некислотные компоненты

Какие именно из нескольких десятков веществ, входящих в состав экстрактов сосновых игл, ответственны за антибактериальное воздействие, тоже пока непонятно. «Исследование находится на начальном этапе. Мы изучили суммарные экстракты из хвои и части экстрактов, содержащие кислотные и некислотные компоненты, но еще не дошли до индивидуальных веществ, которые обуславливают описанную биоактивность. Это предстоит сделать в дальнейшем, — комментирует ученый. — Возможно, здесь имеет место синергия — то есть сочетание разных веществ оказывает более сложное воздействие на жизнедеятельность бактерий, чем каждое из них в отдельности». 

Чтобы выявить активные антимикробные компоненты в экстрактах хвои сосен, в последующих исследованиях необходимо разделять части экстрактов на более мелкие, пока не будут обнаружены действующие вещества или группы веществ. «Хотелось бы сделать это прежде, чем переходить к испытаниям на патогенных бактериях», — рассказывает Александр Шпатов. Он подчеркивает: результаты, полученные на непатогенных микроорганизмах нельзя напрямую экстраполировать на болезнетворные. Возможно, у последних окажутся какие-то свои специфические механизмы защиты от токсичных веществ и действие обнаруженных в хвое сосен антимикробных компонентов на них будет иным. 

По словам ученого, более сильные антибактериальные эффекты демонстрируют экстракты, выделенные из хвои кедровых сосен, произрастающих в Сибири и на Дальнем Востоке — их исследование также ведется, но говорить о его результатах пока рано. «У нас есть предположение, какие из веществ экстрактов кедровых сосен наиболее активны при подавлении роста бактерий. Однако его еще нужно подтвердить», — говорит Александр Шпатов.

Диана Хомякова

Фото из свободных источников (1) и предоставлено исследователем (2)