Грибы занимают особое положение в системе органического мира, представляя особое царство наряду с царствами животных и растений. Последние научные данные позволяют считать, что грибы по своему строению и характеру обмена занимают промежуточное положение между представителями животного и растительного мира и имеют признаки как тех, так и других. Отсюда предполагается, что грибы выделились в самостоятельную ветвь жизни ещё до разделения организмов на животных и растения, и это обстоятельство обусловливает их огромное метаболическое разнообразие.
Грибы — обширная группа организмов, насчитывающая, по разным оценкам, от 100 до 250 тыс. и даже 1,5 млн. видов.
Грибы очень разнообразны и по внешнему виду, и местам обитания, и физиолого-биохимическим свойствам. Однако у них есть и общие черты. Так, основой вегетативного тела гриба является мицелий, или грибница. Через неё осмотическим путём происходит всасывание пищи. Параллельное соединение гиф образует мицелиальные тяжи и ризоморфы (мощные тяжи до нескольких миллиметров толщиной). По ним протекают вода и питательные вещества.
При образовании органов спороношения и в вегетативных органах грибные нити плотно переплетаются, образуя особую ткань — плектенхиму, из которой состоят мясистые плодовые тела высших базидиальных (шляпочных) грибов. Особый тип видоизменения мицелия представляют склероции — плотные переплетения гиф. Склероции богаты запасными веществами и помогают грибу переносить неблагоприятные условия. Структуры и механизмы, обеспечивающие размножение, исключительно многообразны и служат основой для классификации грибов [13].
Грибы — уникальный источник природных биологически активных соединений. Быстрое накопление биомассы и продуцирование различных биологически активных веществ сделали грибы важными продуктами питания и объектами микробиологической промышленности. Метаболиты грибов составляют сегодня более половины от вновь открываемых физиологически активных соединений. Ожидается, что именно в производстве биологически активных веществ грибные культуры особенно перспективны, поскольку, являясь эукариотами, они обладают системами регуляции, более близкими к системам регуляции человека, чем, например, бактерии. Именно у них можно ожидать синтеза веществ, существенных для модификации функционирования важнейших систем организма человека.
Значительный прогресс в области экспериментальной микологии, накопление знаний в области химического состава клеток грибов и их субклеточных фракций на различных стадиях онтогенеза позволили создать новое направление — использование грибов в медицине, приобретающее всё большее значение в лекарственной промышленности. Разнообразные грибные метаболиты, включая антибиотики, полисахариды и ферменты, уже давно применяются в качестве лекарственных средств [18].
Полисахариды — наиболее хорошо изученные сильнодействующие вещества, извлеченные из грибов, обладающих противоопухолевыми и иммуномодулирующими свойствами. Высшие базидиальные грибы представляют собой бесконечный источник этих противоопухолевых и иммуностимулирующих полисахаридов.
В странах Востока уже созданы и используются лечебные средства на основе грибных гликанов, гликанпептидов, как нативных, так и модифицированных, в том числе содержащих различные минеральные добавки. В качестве сырья для получения грибных препаратов используются виды базидиомицетов из родов Flammulina, Lentinula, Ganoderma, Pleurotus, Trametes и др. В то же время спектр биологического действия этих базидиомицетов не ограничивается только отмеченным эффектом. Они могут быть использованы в качестве гепатопротекторных, иммуномодулирующих и других лечебных средств.
В последние годы наблюдается заметный всплеск внимания к созданию на основе высших грибов и продуктов их метаболизма пищевых и кормовых добавок и лекарственных препаратов. Объектами большинства таких разработок являются базидиомицеты из родов Coprinus, Ganoderma, Lcntinula, Grifola, Laetiporus, Panus, Pleurotus, Trametes, широко исследуемые в различных странах мира. Mнoгиe базидиомицеты названных таксонов являются хорошо известными съедобными грибами, которые в последнее время отнесены также и к медицинским грибам. Как показал многолетний опыт народной медицины юго-восточных стран — Китая, Японии, Кореи и др., плодовые тела многих макромицетов характеризуются рядом достоинств не только вкусового и пищевого, но и лечебного характера. Только для Китая отмечено свыше 270 видов грибов, имеющих медицинскую значимость, при этом макромицеты более чем 100 видов обычно используются в традиционной медицине [20].
Царство грибов представляют собой большой, но ещё почти совершенно неиспользуемый источник новых мощных фармацевтических продуктов. В современной биотехнологии используется едва ли 5% известных грибов. Их вклад в мировую экономику точно не подсчитан, но исчисляется тем не менее в миллиардах долларов. Особую значимость практическому использованию грибов придаёт тот факт, что эти организмы являются продуцентами тех веществ, которые ранее получали из прокариот, растений и животных. Поэтому в развитых странах более 80% необходимых биологически активных веществ планируется получать именно из грибов [18].
Антибиотики. Грибные культуры исторически явились основой для создания глобального направления в антимикробной химиотерапии и в настоящее время остаются важнейшим источником антибиотиков. С микроскопическими грибами связаны две революции в медицине и фармакологии нового времени. Первая — открытие пенициллина (продуценты Penicillium chrysogenium, Р. notatum, Р. crusosum). Этот первый нашедший клиническое применение антибиотик спас от смерти больше людей, чем все остальные лекарства, вместе взятые. С его открытием стало возможно лечить болезни, считавшиеся ранее абсолютно летальными, такие, как перитонит, сепсис И хотя затем было найдено огромное количество антибиотиков из бактерий, главным образом из актиномицетов, грибные антибиотики из группы бета-лактамов — пенициллины и цефалоспорины — остаются по сей день вне конкуренции.
Вторая фармакологическая революция произошла недавно. Благодаря открытию грибных антибиотиков из группы циклоспоринов (продуцент — Tolypocladium inflatum), которые оказались высокоактивными иммунодепрессантами, была решена проблема иммунной некомпетенции пересаженных органов и их отторжения. Операции по трансплантации органов стали обычным клиническим приёмом, больные перестали умирать[7].
В связи с распространением штаммов патогенных бактерий, устойчивых к лекарственным препаратам, поиск новых антибиотиков остаётся постоянно актуальной задачей. Недавно получены данные, что штаммы е высокой антибиотической активностью обнаружены среди энтомопатогенных грибов. Наибольшее число активных штаммов выявлено в родах Metarhizium, Tolypocladium, Simplicillum Экстракты из биомассы штамма Simplicillium lamellicola F-852 обладают высокой активностью в отношении Staphylococcus aureus.
Липиды. Низшие мицелиальные грибы (в частности, представители определенных таксонов зигомицетов и оомицетов) и некоторые дрожжи рассматриваются в качестве потенциальных продуцентов липидов, которые могут быть использованы для производства лекарственных препаратов, содержащих биоактивные липиды (полиеновые жирные кислоты, фосфолипиды, жирорастворимые витамины и др.). Липидные препараты, содержащие эссенциальные жирные кислоты, такие, как линолевая, гамма-линоленовая и др., обладают биологической и фармакологической активностью широкого спектра действия: понижают уровень холестерина и триацилглицеридов в плазме, препятствуют развитию атеросклеротических процессов и других кардиоваскулярных заболеваний, понижают коллагениндуцируемую агрегацию тромбоцитов и др. Ранее полиненасыщенные жирные кислоты получали из жиров рыб, что представляло многосупенчатый и неэкономичный процесс.
Представители Phycomycetes синтезируют линоленовую кислоту (предшественник арахидоновой кислоты). Имеется два коммерческих процесса её получения: в Японии продуцентом являются грибы Mortierella, в Англии продуцентом служит Mucor javanicus. В Японии с помощью М. ramanniana получают коммерческий продукт — масло, обладающее высокой гипохо- лестериновой активностью[9].
В полярных липидах Hyphochytrium catenoides, Phizidiomyces apophysatus, Catenaria aquillulae и Allomyces macrogynus обнаружена арахидоновая кислота. Грибы рода Mortierella также синтезируют эйкозапентаеновую кислоту (ЭПК). Арахидоновая кислота является основной жирной кислотой и в липидах ряда патогенных грибов, в частности Pythium и Entomophthora. Арахидоновая кислота играет важную роль в предотвращении инфарктов, особенно при так называемом кислородном голодании сердечной мышцы. Эйкозапентаеновая кислота является предшественником ряда эйкозаноидов (простагландины ЕЗ и F36, тромбоксан A3, простациклин J3), которые в свою очередь повышают антиагрегантные свойства крови, оказывают лечебный эффект при гипертонии, тромбозах и других патологиях.
Список продуцентов арахидоновой кислоты был в последнее время расширен, в частности за счёт вида Trichothecium roseum, В Институте микробиологии РАН получен штамм Mucor lusitanicus ИНМИ, способный синтезировать липиды с высоким содержанием гамма-линоленовой кислоты. В качестве продуцента эйкозаполиеновых липидов предложено использовать от- селекционированную культуру оомицета Pythium debaryanum. Около одной трети от всех жирных кислот в составе индивидуальных жирных кислот липидов оомицета приходится на долю арахидоновой и эйкозапентаеновой кислот [11].
Фармакологические препараты на основе липидов эффективны при лечении и профилактике сердечно-сосудистых заболеваний, гепатитов, язвенной болезни, обладают высокой репаративной активностью при лечении ран, ожогов, аллергических заболеваний; ингибируют карциногенез, стимулируют иммунную систему [2].
Каротиноиды. В последние годы в научной литературе появился новый термин «антиоксидантные витамины». В первую очередь к ним относятся каротиноиды — природные ярко окрашенные пигменты, образуемые высшими растениями, водорослями, прокариотами (бактериями) и низшими эукариотами (грибами). Провитаминная активность отмечена у α- и β-каротина, β-криптоксантина. Каратиноиды без активности провитамина А (ликопин, лютеин, ксантаксантин, астаксантин) усиливают клеточный и гуморальный иммунный ответ. Гидрофобная природа и наличие делокализованной ω-электронной структуры с низким уровнем триплетного возбужденного состояния определяют биологические функции каротиноидов, связанные с антиоксидантной активностью и гашением свободнорадикальных процессов в фосфолипидах и белковых системах, торможением перекисного окисления липидов, а также ингибированием промоторной фазы канцерогенеза. Эти функции, как полагают, и лежат в основе антимутагенных, радиопротекторных, гиполипидемических, антисклеротических и др. свойств каротиноидов.
Среди каротиноидов, представляющих собой С10-полиены, наибольшее внимание в настоящее время привлекает ликопин, имеющий тёмно-розово-фиолетовое окрашивание. Ликопин в виде различных лекарственных форм используют как профилактическое радиопротекторное средство, антиканцерогенный препарат, который применяют в комплексной профилактике ряда раковых заболеваний (рак простаты, лёгких, желудка), антисклеротическое средство при лечении атеросклероза, катаракты, ишемической болезни сердца Благоприятный эффект ликопина показан при использовании его как адаптогена при действии неблагоприятных климатических условий и смене часовых поясов. Известны несколько способов получения ликопина с использованием в качестве продуцентов микроскопических грибов, в частности, мукоровых гетероталличных штаммов Blakeslea trispora[5].
Комплексный препарат биологически активных липидов, источником которых является гриб Mucor circinelloides var. lusitanicus, содержит эссенциальные линолевую и гамма-линоленовую кислоты, которые входят в состав ацилсодержащих липидов, и каротиноиды, представленные главным образом β -каротином, который является сильнейшим природным антиоксидантом.
Промышленное производство β-каротина на основе мицелиальных грибов считается в настоящее время более рентабельным, чем химический синтез и использование новых технологий с рекомбинантными ДНК.
Заметим, что интенсификация биотехнологии получения каротиноидов, в частности β -каротина, приобретает особый интерес в связи с новыми данными о биологической функции этого соединения в оксидативном стрессе и новыми представлениями о механизме противоопухолевого действия β-каротина Установлено, что этот каротиноид, кроме антиоксидантного действия, интенсифицирует образование межклеточных каналов и тем самым благодаря усилению системы метаболических сигналов ингибирует превращение инициированных клеток в канцерогенные.
Полисахариды из микроскопических грибов обладают высокой иммуностимулирующей и антиопухолевой активностью. Из биомассы морского гриба Phoma glomerata выделен гетерополисахарид с высокой иммуностимулирующей активностью. Водорастворимый глюкоманногалактан в концентрациях 10 мкг/мл и ниже способен стимулировать более чем в 2 раза фагоцитарную активность, в 10-50 раз — синтез фактора некроза опухоли, в 2,5-3 раза — NO-синтазную активность мо- нонуклеарных клеток периферической крови человека и клеток мышиной меиломоноцитарной линии, что в некоторых случаях выше стимула стандартного иммуностимулятора — липополи- сахарида Escherichia coli в тех же концентрациях.
Из сока тропического растения Taxus выделен ряд грибов, синтезирующих ценный противораковый препарат. Наиболее распространённым среди них является микромицет Pestalotiopsis sp.
Полиаминосахариды обладают не только противораковым, но и мощным заживляющим действием Репаративный эффект хитина и хитозана объясняется их способностью влиять на цитоморфологию фибробластов, на их размножение. Они способствуют росту фибробластов и представляют собой матрикс, способный их удерживать, что приводит к более активному отложению нового коллагена и, следовательно, к грануляции ткани [12].
Хитин и хитозан. Особое строение клеточной стенки низших мукоровых грибов, а именно наличие хитина с низкой степенью кристалличности, но обладающего высокой сорбционной активностью, а также присутствие специфического полисахарида — мукорана — содействовало созданию ранозаживляющих препаратов.
В настоящее время на базе хитина грибов создан ряд препаратов, обладающих высоким репаративным эффектом. Ценность этих препаратов в том, что они не токсичны, биодегра- дабельны, не вызывают эффекта отторжения и биосовместимы с тканями человека Среди последних особого внимания заслуживает препарат «Микоран», созданный в Институте микробиологии РАН, способный интенсифицировать заживление ран различной этиологии. Препарат получают биотехнологическим способом, используя для этих целей продуцент — мицелиальный мукоровый гриб Blakeslea trispora. Он представляет собой порошок для наружного применения, оказывает дерматопрогетерополисахарид с высокой иммуностимулирующей активностью. Водорастворимый глюкоманногалактан в концентрациях 10 мкг/мл и ниже способен стимулировать более чем в 2 раза фагоцитарную активность, в 10-50 раз — синтез фактора некроза опухоли, в 2,5-3 раза — NO-синтазную активность мо- нонуклеарных клеток периферической крови человека и клеток мышиной меиломоноцитарной линии, что в некоторых случаях выше стимула стандартного иммуностимулятора — липополи- сахарида Escherichia coli в тех же концентрациях [3].
Из сока тропического растения Taxus выделен ряд грибов, синтезирующих ценный противораковый препарат. Наиболее распространённым среди них является микромицет Pestalotiopsis sp.
Полиаминосахариды обладают не только противораковым, но и мощным заживляющим действием Репаративный эффект хитина и хитозана объясняется их способностью влиять на цитоморфологию фибробластов, на их размножение. Они способствуют росту фибробластов и представляют собой матрикс, способный их удерживать, что приводит к более активному отложению нового коллагена и, следовательно, к грануляции ткани [8].
Хитин и хитозан. Особое строение клеточной стенки низших мукоровых грибов, а именно наличие хитина с низкой степенью кристалличности, но обладающего высокой сорбционной активностью, а также присутствие специфического полисахарида — мукорана — содействовало созданию ранозаживляющих препаратов.
В настоящее время на базе хитина грибов создан ряд препаратов, обладающих высоким репаративным эффектом. Ценность этих препаратов в том, что они не токсичны, биодеградабельны, не вызывают эффекта отторжения и биосовместимы с тканями человека. Среди последних особого внимания заслуживает препарат «Микоран», созданный в Институте микробиологии РАН, способный интенсифицировать заживление ран различной этиологии. Препарат получают биотехнологическим способом, используя для этих целей продуцент — мицелиальный мукоровый гриб Blakeslea trispora. Он представляет собой порошок для наружного применения, оказывает дерматопротекторное, дренирующее, абсорбирующее, противоожоговое, иммуностимулирующее и гемостатическое действие, стимулирует регенерацию. Полиаминосахариды в комплексе с липидами обеспечивают высокую сорбционную, гемостатическую и иммуностимулирующую активность, что обусловливает ранозаживляющую способность. Способствуют снижению бактериальной обсемененности ран, что связано с хорошим очищением ран за счет выраженного сорбционного эффекта [15].
Мысль учёных из Манчестера пошла ещё дальше — они предложили из мицелия делать повязки для ран. Причём процесс заживления происходил наиболее быстро, если использовали мицелий Phycomyces blakesleeanus. Применение таких повязок имело ещё одно преимущество — не требовалось обрабатывать раны антибиотиками.
Ферменты. Тромболитические ферменты — естественные патогенетические препараты лечения тромбозов, сопровождающих тяжелые сердечно-сосудистые заболевания и их осложнения: инфаркт миокарда, инсульт, атеросклероз, тромбоэмболия легочной артерии. Тромболитической активностью, т. е. способностью гидролизовать фибрин (основа тромба) обладают многие протеолитические ферменты, однако интерес представляют те из них, которые, являясь компонентами живых организмов, имеют в качестве субстрата фибрин или аналогичные фибриллярные белки крови.