Сотрудники Федерального научного центра биоразнообразия наземной биоты Восточной Азии ДВО РАН получили из культуры бородатых корней кирказона маньчжурского вещества с противоопухолевой активностью. Исследователи представили метод культивирования, при котором выход полезных соединений увеличивается почти в два раза, а токсичность растения снижается в 10 раз. Результаты работы опубликованы в журнале International Journal of Molecular Sciences.

Кирказон (Aristilochia) — это род многолетних трав и деревянистых лиан, который насчитывает более 500 видов. Растения этого рода распространены в тропиках и субтропиках. Для них характерен интересный механизм опыления: цветки многих видов испускают запах, напоминающий гниющее мясо, и привлекают таким образом насекомых. Те, попав в цветок, не могут легко выбраться назад из-за направленных внутрь волосков, закрывающих цветок, и вынуждены ползать в нем в поисках выхода, тем самым способствуя опылению. Однако такая «ловушка» для насекомых — не единственная особенность кирказонов. Многие растения этого рода содержат вещества, которые обладают лечебными свойствами. Поэтому кирказоны применяются в традиционной медицине для обезболивания, борьбы с микробными инфекциями, а также при укусах змей. В то же время известно, что некоторые виды кирказонов могут повышать риск развития болезней, в том числе рака мочевыводящих путей и фиброза почек. Поэтому использование этих растений в качестве БАДов или лекарств запрещено в России, США и других странах.

Российские учёные исследовали кирказон маньчжурский (Aristilochia manshuriensis), который встречается в Китае, Корее и на юго-востоке России. Ранее биологи уже находили в нём биологически активные вещества: аристолохиевые кислоты и их производные, различные алкалоиды — магнофлорин, маньчжуриенин, тетрандрин и так далее. В новом исследовании ученые предложили получать эти полезные соединения не из деревянистых лиан кирказона, а из выведенных в лаборатории культур «бородатых корней», так как само по себе это растение редкое и растет медленно. Культуры «бородатых корней» получаются, когда органы растения (листья, стебли и другие) заражаются бактерией Agrobacterium rhizogenes (Rhizobium rhizogenes), несущей в себе гены группы rol. При заражении эти гены передаются растению в ходе горизонтального переноса, что и приводит к образованию характерных «бородатых корней», склонных к неограниченному росту. В то же время гены rol могут значительно изменять метаболизм растения, из-за чего полезные вещества вырабатываются более эффективно.

В результате авторы показали, что в полученных таким образом культурах растений активнее нарабатывались полезные вещества, такие как магнофлорин и некоторые аристолохиевые кислоты. Так, содержание магнофлорина достигало 5,72 мг/г сухой массы культуры, что в шесть раз выше по сравнению с контрольной — нетрансформированной бактериями — культурой и почти в два раза выше, чем в деревянистых лианах кирказона. Что касается аристолохиевых кислот, их количество было в семь-восемь раз выше в трансформированных культурах, чем в группе контроля, но в полтора раза ниже, чем в стеблях кирказона. Несмотря на это, учёные отметили, что в полученных ими культурах токсичность аристолохиевых кислот также снизилась в десять раз.

В дальнейших экспериментах исследователи определили антиоксидантные свойства веществ, выделенных из трансформированной культуры кирказона. Антиоксидантная активность была в три раза выше в трансформированных клетках растения по сравнению с контрольной группой, что связано, вероятно, с содержанием магнофлорина. При этом уровень активности сравним с тем, что наблюдается в стеблях кирказона.

Затем учёные оценили, насколько эффективно содержащиеся в кирказоне вещества могут убивать раковые клетки. Экстракты из культур «бородатых корней» убивали до 50% клеток глиобластомы, рака шейки матки и кишечника, однако оказались неэффективны против трижды негативного рака молочной железы. Исследователи сделали вывод о том, что дальнейшее применение экстракта кирказона маньчжурского для терапии рака требует более детальных исследований, в том числе на животных моделях.

«Растения накапливают огромный спектр лекарственных соединений, но чрезмерная эксплуатация природных ресурсов человеком наносит непоправимый вред природе. Клеточные культуры растений предлагают рациональную альтернативу в качестве источника данных лекарственных соединений. В нашей работе на примере кирказона маньчжурского мы показали, что современные методы молекулярной биотехнологии способны не только воспроизвести природный источник сырья, но и значительно улучшить его фармакологические свойства», — прокомментировал Юрий Шкрыль, кандидат биологических наук, руководитель Лаборатории бионанотехнологий и биомедицины Федерального научного центра биоразнообразия наземной биоты Восточной Азии ДВО РАН. В работе приняли участие сотрудники Национального научного центра морской биологии им. А.В. Жирмунского ДВО РАН и Дальневосточного федерального университета.

Источник: InScience.

Текст: Елизавета Перепелица.