Клетки растений способны вырабатывать и накапливать биологически активные вещества различной химической природы. Таких веществ идентифицировано уже свыше 200 тыс., и список постоянно пополняется. Понятно, что часть из них обладает лекарственными свойствами.
Фото: Мария Вильданова
Фото: Мария Вильданова
Фото: Мария Вильданова
Фото: Мария Вильданова
Фото: Мария Вильданова
Лекарственные и ядовитые свойства многих видов растений, связанные преимущественно с синтезом уникальных видоспецифичных компонентов, были известны еще до нашей эры, и сведения о них (например, о безвременнике великолепном — Colchicum speciosum Stev.) зафиксированы в древнейших письменных источниках Индии, Китая, Египта, Греции.
В средние века знания о лекарственных растениях были обобщены и классифицированы выдающимися учеными. Например, в фундаментальном труде «Канон врачебной науки» Абу Али ибн Сины (известного в Европе под именем Авиценны) упоминается свыше 1 тыс. названий лекарственных растений и различные способы их применения. Вещества, не являющиеся обязательными для каждой растительной клетки, в научной литературе принято называть вторичными метаболитами. Их разнообразие исключительно высоко: к ним относят алкалоиды (например, широко известные кофеин, морфин, никотин, хинин, атропин, колхицин), сердечные гликозиды (например, дигоксин), компоненты эфирных масел и др. Основная их функция — защита от растительноядных организмов, однако от ряда вторичных метаболитов зависят также окраска и запах цветов, привлекающие опылителей.
Фото: Мария Вильданова
Помимо разработанных синтетических препаратов, биологически активные соединения растительного происхождения находят широкое применение в современной медицине, и на их основе создаются новые медицинские препараты, которые используются как в профилактических, так и в терапевтических целях. Растения — важнейший пищевой ресурс человека и животных, и вещества, продуцируемые клетками растений на постоянной основе, стабильно попадают в организмы теплокровных и могут оказывать на него определенное воздействие. Такими веществами являются в том числе и растительные гормоны.
В отличие от упомянутых выше вторичных метаболитов, фитогормоны в низких концентрациях могут быть синтезированы любой растительной клеткой (что отличает их от гормонов животных, производимых только лишь специализированными эндокринными клетками). Единичные молекулы фитогормонов способны выполнять сигнальные функции, то есть участвовать в обмене информацией между клетками, поддерживая функционирование растения как целостной сложной системы и регулируя программы роста и развития. К таким программам относится, например, прорастание семян, цветение, плодоношение, переживание неблагоприятных условий (холод, засуха), восстановление после механического повреждения или повреждения, вызванного патогенами. В отличие от животных, растения не способны убежать от опасности или переждать неблагоприятные условия в укрытии. Кроме того, растения — ресурс для поддержания жизнедеятельности практически всех живых организмов, а также вирусов. Чтобы успешно существовать и развиваться в этих весьма непростых условиях, растения создали в ходе эволюции эффективную молекулярную систему тонкой регулировки существования и адаптации к внешним условиям, важную роль в которой играют фитогормоны.
Предположение, что есть вещества, регулирующие рост растения на свету, сделал еще в конце XIX века Чарльз Дарвин. Впоследствии это вещество было выделено, и им оказалась индолилуксусная кислота — гормон—стимулятор роста, наиболее значимый представитель семейства ауксинов. На протяжение XX века были открыты и выделены другие фитогормоны. По химической структуре и функциям (формально это стимуляция или подавление роста) их разделяют на группы: уже известные ауксины, цитокинины, гиббереллины, абсцизины, этилен, брассиностероиды, салицилаты, жасмонаты, стриголактоны и др.
Краткие сведения о функциях основных фитогормонов
|
Известно, что некоторые растительные гормоны имеют сходство с гормонами животных. Так, брассиностероиды похожи на половые стероидные гормоны позвоночных и влияют, в частности, и на репродуктивное развитие растений. Ауксин близок по строению к серотонину и мелатонину, а жасмоновая кислота по структуре и синтезу имеет сходство с простагландинами человека. Некоторые растительные гормоны могут вырабатываться не только у растений, но и у водорослей, и грибов, и низших многоклеточных, простейших, бактерий. Уникальна абсцизовая кислота, к синтезу которой способны в том числе и клетки млекопитающих, включая человека, что свидетельствует об эволюционной консервативности этой молекулы и тех сигнальных путей, в которые она вовлечена.
Фитогормоны вырабатываются клетками растений в микроколичествах, поэтому до сих пор отсутствуют объективные критерии оценки влияния фитогормонов, поступающих вместе с растительными пищевыми продуктами, на организм в целом. И для подавляющего большинства известных растительных гормонов до сих пор не выяснены механизмы проникновения в клетку животного происхождения, возможные рецепторы (места, с которыми молекула фитогормона может связаться, вызвав этим последующий сигнальный каскад, способный в конечном итоге привести к изменениям внутри клетки) и фармакокинетика.
Исследования последних лет демонстрируют, что выделенные растительные гормоны в определенных концентрациях не являются биологически нейтральными по отношению к клеткам человека и реакция на них может носить как положительный, так и отрицательный характер. Например, вещества семейства жасмонатов способны избирательно активировать гибель некоторых типов опухолевых клеток; абсцизовая кислота участвует в регуляции метаболизма глюкозы и протекании воспалительных процессов, может подавлять деление и нормализовать фенотип патологически измененных клеток (то есть вызывать их дифференцировку); в зависимости от концентрации и используемого модельного объекта гиббереллиновая кислота может оказывать провоспалительный, токсический и канцерогенный эффекты на нормальные клетки, а может, наоборот, проявлять противовоспалительную и противоопухолевую активность.
Известны растения, содержащие помимо других веществ повышенный уровень жасмонатов. Согласно исследованиям, экстракты этих растений обладают противоопухолевыми свойствами. Среди них плоды оливы, цветки жасмина крупноцветного (Jasminum grandiflorum L.), корень имбиря лекарственного (Zingiber officinale Rosc.), листья розмарина (Rosmarinus officinalis L.).
Несколько препаратов на основе гиббереллинов запатентованы как средство лечения диабета, псориаза и простатита. Широко известен препарат аспирин (ацетилсалициловая кислота), применяющийся в том числе при лечении воспалений, лихорадки, сердечно-сосудистых заболеваний. Аспирин является производным фитогормона салициловой кислоты, содержание которого повышено у некоторых растений, например в коре ивы, отвар которой с древних времен использовался как жаропонижающее средство.
Научной группой кафедры клеточной биологии и гистологии МГУ имени М. В. Ломоносова было показано, что в культивируемых иммортализованных нетуморогенных кератиноцитах человека (модель нормальных клеток верхнего слоя кожи) и клетках эпидермоидной карциномы человека абсцизовая и гиббереллиновая кислота вызывали появление морфологических признаков стресса компонентов секреторно-синтетической системы (эндоплазматической сети и комплекса Гольджи). Метод Click-It показал селективность действия абсцизовой кислоты: усиление общего белкового синтеза наблюдается только в опухолевых клетках. Эти данные позволяют предположить, что эти растительные гормоны могут вызывать нормализацию (дифференцировку) опухолевых клеток. В настоящее время проводится сравнение уровня белковых маркеров дифференцировки в нормальных и опухолевых клетках различного тканевого происхождения до и после обработки растительными гормонами. Полученные результаты будут иметь практическое значение в связи с возможным использованием в биомедицинских исследованиях, направленных на изучение влияния растительных гормонов на клетки животных и человека, включая разработку подходов в противоопухолевой терапии, связанных с дифференцировкой опухолей.
Действие абсцизовой кислоты на комплекс Гольджи в клетках эпидермоидной карциномы человека.
а, в, д — контроль; б, г, е — действие абсцизовой кислоты.
а, б — фазовый контраст; в, г — флуоресцентная микроскопия; ядра клеток выделены синим цветом, комплекс Гольджи — зеленым; масштабный отрезок — 10 мкм. Площадь комплекса Гольджи увеличивается после инкубации с абсцизовой кислотой.
д, е — трансмиссионная электронная микроскопия; ядра клеток выделены синим цветом, комплекс Гольджи — зеленым; масштабный отрезок — 1 мкм. Трансчасть комплекса Гольджи после инкубации с абсцизовой кислотой расширена (отмечено стрелками)
Фото: Мария Вильданова