ПРИКЛАДНАЯ БИОХИМИЯ И МИКРОБИОЛОГИЯ, 2013, том 49, № 1, с. 5-16
УДК 582.281.123.2.017.735:547.92
ГРИБЫ РОДА Pénicillium КАК ПРОДУЦЕНТЫ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ СОЕДИНЕНИЙ (ОБЗОР)
© 2013 г. А. Г. Козловский, В. П. Желифонова, Т. В. Антипова
Институт биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г.К. Скрябина РАН, Пущино, 142290;
e-mail: Kozlovski@ibpm.pushchino.ru Поступила в редакцию 6.02.2012 г.
Грибы рода Pénicillium, выделенные из малоизученных местообитаний, способны синтезировать как известные ранее, так и новые физиологически активные вещества различной структуры. К ним относятся вторичные метаболиты алкалоидной природы — эргоалкалоиды, дикетопиперазины, хино-лины, хиназолины, бензодиазепины и поликетиды. Обсуждается использование профилей вторичных метаболитов для целей таксономии. Изучение физиолого-биохимических характеристик продуцентов биоактивных соединений показало, что биосинтез алкалоидов начинается с первых суток культивирования и идет параллельно росту. Отмечен циклический характер накопления алкалоидов, связанный с процессами биосинтеза, экскреции из клеток, деградацией в культуральной жидкости и поглощением алкалоидов клетками. Синхронные изменения концентрации внутриклеточного триптофана и алкалоидов необходимы для регуляции оптимального для культуры количества триптофана.
Б01: 10.7868/80555109913010091
Микроскопические грибы рода РвтсШшт — одни из наиболее перспективных источников физиологически активных соединений, в том числе алкалоидов, антибиотиков, гормонов, микоток-синов и т.д. В настоящее время активный поиск продуцентов этих соединений ведется среди штаммов грибов, выделенных из малоизученных и практически неисследованных местообитаний. Грибы—продуценты представители рода РвтсИН-ит характеризуются особенностями роста и биосинтеза вторичных метаболитов. Транспорт и экскреция метаболитов алкалоидного характера также подчиняются определенным законам, присущим для грибов этого рода.
Грибы рода РвтсШшт считаются трудными объектами для видовой идентификации традиционными микробиологическими методами. Общепринятая идентификация пенициллов по микро-и макроморфологическим признакам часто не дает однозначных результатов. Надежность отнесения пенициллов к определенному виду представляется возможным из-за видоспецифичной продукции различных биологически активных веществ.
Цель обзора — обобщение данных о продуцентах новых биологически активных соединений среди грибов рода РвтсШшт, физиолого-биохи-мических особенностей штаммов, синтезирующих биоактивные соединения, использование
данных о метаболоме для целей таксономии пе-нициллов.
СТРУКТУРНЫЕ ТИПЫ ВТОРИЧНЫХ МЕТАБОЛИТОВ
И ИХ БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ
Грибы рода РвтсШшт известны как продуценты вторичных метаболитов, относящихся к различным классам химических соединений — эрго-алкалоидам, дикетопиперазинам, бензодиазепи-нам, хинолинам, хиназолинам и поликетидам (табл. 1).
Пенициллы продуцируют разнообразные по структуре эргоалкалоиды клавинового ряда, особенностью которых является наличие тетрацик-лического эрголинового ядра. Разнообразие кла-виновых алкалоидов обусловлено множеством структурных модификаций кольца Э. Эти соединения могут иметь двойную связь в различных положениях кольца и различаться радикалами заместителей. Для них характерно наличие нескольких асимметрических атомов углерода и соответствующих изомеров. Клавиновые алкалоиды, синтезируемые пенициллами, можно разделить на 3 группы. В первую входят производные 6-М-метилэрго-лина, такие, как фестуклавин, эпикостаклавин, костаклавин, фумигаклавины и изофумигаклави-ны А и Б с полностью насыщенным кольцом Э. Ко второй группе можно отнести эрголены с
Таблица 1. Биологическая активность вторичных метаболитов грибов рода Pénicillium
Класс соединений Метаболиты Биологическая активность, [3, 4, 6, 7, 11, 14, 15, 19, 20, 24, 26, 32]
Эргоалкалоиды Агроклавин-I Аурантиоклавин Изофумигаклавины А и Б Изоханоклавин-I Костаклавин Пироклавин Ругуловазины А и Б Циклопиазоновая кислота Ханоклавин-I Фестуклавин Фумигаклавины А и Б Ханоклавины-Ш Эпикостаклавин Эпоксиагроклавин-I Антибиотическая и противоопухолевая активность [4] Гипотензивные свойства [20] Микотоксин [20] Антибиотическая и противоопухолевая активность [6, 7] Гипотензивные свойства [3]
Дикетопиперазиновые алкалоиды Бревианамиды А и Б Веррукозин Гландиколины А и Б 3,12-дигидророкефортин Изоругулозувин Мелеагрин Оксалин Пискаринины А и Б Пролилтриптофанилдикетопиперазин Рокефортин Ругулозувины А (пуберулин А) и Б (пуберулин) Феллутанин А-Е, изофеллутанин В и С Антибиотическая и противоопухолевая активность [14] Противоопухолевая активность [10] Микотоксин [20] Противоопухолевая активность [11] Противоопухолевая активность [19]
Хинолиновые алкалоиды Виридикатин, виридикатол Хиноцитринины А и Б Противоопухолевая активность [15] Антибиотическая и противоопухолевая активность [26]
Хиназолиновые алкалоиды Фумихиназолины А и Б Противоопухолевая активность [32]
Производные аминокислот Квестиомицин Ксантоциллин Антибиотическая и противоопухолевая активность [24] Антибиотическая активность [24]
Поликетиды Гризеофульвин Охратоксины А и Б Патулин Цитринин Антибиотическая активность [20] Микотоксины [20] » »
*Знак " — " — не изучалась.
двойной связью в положении 8, 9 — агроклавин, агроклавин-I, ханоклавин-I, ханоклавин-Ш, изоханоклавин-I и в порядке исключения в число этих соединений можно включить также эпок-сиагроклавин-I. И, наконец, третья группа — кла-виновые алкалоиды с модифицированными кольцами C или D: ругуловазины А и Б, ауран-тиоклавин и а-циклопиазоновая кислота (ЦПК).
Все эргоалкалоиды в той или иной степени обладают биологической активностью, действуют на центральную нервную систему, благодаря их структурному сходству с молекулами таких ней-ромедиаторов, как адреналин, серотонин, дофамин и др. [1, 2]. Ранее проведенные исследования фармакологической активности эпоксиагрокла-вина-I показали, что соединение обладает нейро-тропной активностью, оказывает умеренное гипотензивное действие, замедляет частоту сердечных сокращений, снижает реактивность сосудистой системы на норадреналин [3]. Для некоторых эргоалкалоидов показаны антибиотическое и цитостатическое действия [4]. Так, агроклавин, фестуклавин и их алкилпроизводные проявляют бактериостатический эффект в отношении Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa и др. Наибольшей активностью обладает 1-пропил-6-норфестуклавин, подавляющий рост всех исследованных бактерий и дрожжей Сandida albicans [5, 6]. Производные фестуклавина, подавляя транспорт нуклеозидов в некоторых опухолевых клетках, ингибируют синтез ДНК и РНК [7].
К другой группе, синтезируемых пенициллами вторичных метаболитов, относятся циклические пептиды, состоящие из остатков двух аминокислот и мевалоновой кислоты. Для этих соединений алкалоидной природы характерно наличие дике-топиперазинового ядра. Конденсация триптофана, гистидина и мевалоновой кислоты приводит к биосинтезу алкалоидов группы рокефортина (ро-кефортин, 3,12-дигидророкефортин, гландико-лины А и Б, мелеагрин, оксалин) [8]. Триптофан и мевалоновая кислота являются также предшественниками дикетопиперазиновых алкалоидов феллутанинов и изофеллутанинов [9]. По такой же схеме из триптофана, пролина и одной или более молекул мевалоновой кислоты образуются бревианамиды А и Б и новые алкалоиды — писка-ринины А и Б [10]. К дикетопиразиновым алкалоидам, предшественниками которых являются триптофан и лейцин, относятся лейцилтрипто-фанилдикетопиперазин и веррукозин [8]. Соединения, образованные из остатков триптофана и фенилаланина, представлены такими алкалоидами, как ругулозувин, изоругулозувин, пуберулин (= ругулозувин А), пуберулин А (= ругулозувин Б) [11]. Наиболее распространенным и хорошо изу-
ченным с точки зрения биологической активности является рокефортин. Рокефортин известен как микотоксин, обладающий нейротоксически-ми свойствами. Показано, что в определенной степени рокефортин ингибирует ферменты желудочно-кишечного тракта [12] и активности цитохромов Р 450 [13]. Для некоторых дикетопи-перазинов, например для ругулозувинов и бре-вианамидов, показана антибиотическая и противоопухолевая активность [11, 14].
Если в начале биосинтетической цепочки вместо триптофана находится антраниловая кислота, то в результате метаболических процессов образуются бензодиазепиновые (циклопептин, цикло-пенин и циклопенол), хинолиновые (виридика-тин, виридикатол и хиноцитринины А и Б), хина-золиновые (фумихиназолины А и Б) соединения. Интерес к этим алкалоидам возрастает благодаря ценным фармакологическим и терапевтическим свойствам. Примером может служить 3-О-метил-виридикатин — сильный ингибитор фактора некроза опухоли альфа (TNF-а), вызванной вирусом иммунодефицита [15].
Самая многочисленная группа вторичных метаболитов, продуцируемая пенициллами, относится к поликетидам. Среди них наиболее изучены охратоксины А и Б, патулин, цитринин, которые по своей биологической активности относятся к микотоксинам [16].
ПОИСК ПРОДУЦЕНТОВ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
Для поиска новых биологически активных молекул перспективных лекарственных средств использованы различные подходы. Во-первых, отбор среди штаммов, относящихся к видам, у которых ранее была обнаружена способность к синтезу новых биомолекул. Во-вторых, исследование метаболома у продуцентов, выделенных из малоизученных, экстремальных местообитаний, так как именно у них с большой вероятностью можно ожидать синтез новых вторичных метаболитов, которые помогают продуценту выживать и адаптироваться в этих условиях.
Поиск продуцентов среди представителей видов, перспективных в отношении синтеза вторичных метаболитов. Ранее была установлена способность P. fellutanum (=P. sizovae) синтезировать эргоалкалоиды с необычной стереохимией у 5 и 10 атомов углерода эрголинового ядра — агроклавин-I и эпоксиагроклавин-I, а также эргоалкалоид с ди-мерной структурой с N-N сочленением индоль-ных колец — димер эпоксиагроклавина-I [17, 18]. При изучении 5 штаммов P. fellutanum было установлено, что один
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.