ABSTRACT
To identify potential pharmacological compounds produced by the widespread in the coastal waters of the Japan Sea poisonous jellyfish G. vertens, 3 extracts from whole body (water, water-ethanol and ethanol) was prepared and tested. It is shown that the jellyfish G. vertens is source of insectotoxins, metastatic and immunostimulatory compounds.
Ключевые слова : медуза; Gonionemus vertens; инсектотоксины; биологически активные вещества.
Keywords : jellyfish; Gonionemus vertens; insectotoxins; biologically active compounds.
Медузы относятся к типу Стрекающие, животных этого типа отличает наличие специализированных жалящих клеток — нематоцистов, содержащих в себе ядовитый секрет и предназначенных для его доставки. Известно, что медузы являются богатым источником биологически активных соединений, проявляющих цитолитическую, цитотоксическую, ферментативную активность, обладающих кардио- и нейротоксичностью [5; 7—9; 13; 19—23]. Однако содержащиеся в нем полипептиды недостаточно полно охарактеризованы: аминокислотные последовательности установлены лишь для единичных токсинов, более того, ничего не известно о строении кодирующих их генов [11; 12]. Помимо ядовитых полипептидов в медузах обнаружены другие белковые компоненты, которые используют при лечении некоторых заболеваний или же в научных исследованиях. Так, например, из медузы Aequorea victoria, обитающей в Тихом океане, Атлантике и Средиземном море, выделен зеленый флуоресцентный белок (GFP), служащий важным маркером при идентификации экспрессии генов в клетке, а также применяющийся в молекулярной биологии [18]. Крупная медуза Желтого и Восточно-Китайского морей Nemopilema nomurai является источником гликопротеина из семейства муцинов, который рассматривают в качестве потенциального фармакологического агента для лечения остиоартритов [14; 16]. Показано, что гидролизованый коллаген медуз проявляет положительные фармакологические эффекты, такие как ингибирование активности ангиотензинпревращающего фермента [24] и подавление артериальной гипертензии [25]. Имеются данные о том, что сам по себе коллаген медуз обладает иммуностимулирующей активностью [15].
Объектом нашего исследования является ядовитая гидромедуза Gonionemus vertens, так называемый «крестовик», обитающая в прибрежных водах северной части Тихого океана (от Китая до Калифорнии) [2, c. 43]. Размер колокола этой медузы достигает 25 мм в диаметре, по его краю расположено около 80 щупалец, содержащих ядовитый секрет. Медуза G. vertens обитает на небольших глубинах, во время полового размножения она близко подходит к берегу и представляет опасность для контактирующих с ней купающихся. Клиническая картина поражения «крестовиком» характеризуется резкой болью и сыпью в местах «ожога», наблюдается выраженное падение тонуса мышц конечностей, агония распространяется также и на дыхательную мускулатуру. По мере развития отравления у некоторых развивается временная слепота, глухота, помрачение сознания. Со стороны сердечно-сосудистой системы отмечается тахикардия и незначительное повышение артериального давления [1, c. 38—39]. Такие множественные токсические эффекты могут указывать на большое количество биологически активных веществ в составе яда данной медузы, которые, несомненно, представляют значительный интерес для исследования.
Для поиска белковых компонентов, продуцируемых G. vertens, использовали свежевыловленных цельных животных, из которых готовили водные, водно-этанольные и этанольные экстракты. Образцы животных были собраны во время I полевой экспедиции на Морской экспериментальной станции ТИБОХ ДВО РАН. Концентрацию белка в экстрактах определяли методом Лоури. Наличие в них соединений, обладающих биологической активностью, устанавливали с использованием следующих моделей: личинки мясной мухи Caliphora sp. — для обнаружения инсектотоксинов, спленоциты мыши Mus musculus — острой токсичности, прибрежные крабы Paralithodes sp. — нейротоксичности, эритроциты мыши M. musculus — гемолитической, макрофаги мыши M. musculus — метастатической и яйцеклетки морского ежа Strongylocentrotys intermedius — эмбриотоксической активности. Для определения антибактериальной активности экстрактов медузы использовали пять видов бактерий: Escherichia coli, Candida albicans, Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis, Pseudomonas aeruginosa. Трипсинингибирующую активность экстрактов определяли с помощью синтетического субстрата, n-нитроанилида N-бензоил-D, L-аргинина.
Поиск селективных инсектицидов биологического происхождения всегда актуален, и медузы могут быть источником таких соединений. B последние годы появились генетические данные, свидетельствующие в пользу более тесного родства насекомых и ракообразных [3; 4]. Так как морские беспозвоночные контактируют с ракообразными, то в них могут присутствовать соединения, проявляющие инсектотоксичность. Исследование токсичности на прибрежных крабах показало, что токсичны как водный, так и этанольный экстракты медузы, однако они различаются по характеру действия. Водный экстракт оказывает на организм-мишень мгновенное паралитическое действие, сопровождающееся судорогами, после чего в течение полутора часов краб остается неподвижным, но по истечении этого времени начинает подавать признаки жизни. Данный экстракт активен как в концентрации 625 мкг/мл, так и при ее десятикратном снижении. Действие этанольного экстракта медузы начинает проявляться спустя 8 минут после его введения, первоначально потерей подвижности краба и последующей смертью. По отношению к личинкам мясной мухи наблюдается аналогичное действие: мгновенный паралич личинки и ее возвращение к нормальному состоянию спустя несколько часов при введении водного экстракта медузы в тех же концентрациях, и смерть при введении этанольного экстракта.
Тестирование водного, водно-этанольного и этанольного экстрактов медузы на наличие острой токсичности (на спленоцитах), эмбриотоксичности гемолитической, антимикробной, и трипсинингибирующей активности показало отрицательные результаты.
Однако интересными оказались результаты исследования изменения адгезии макрофагов. Согласно литературным [6] и полученным нами данным водный экстракт медузы может проявлять метастатическое действие, так как не является токсичным по отношению к клеткам крови, и изменение адгезии макрофагов не вызвано их гибелью. Водно-этанольный экстракт медузы обладает противоположным действием, он увеличивает адгезию макрофагов почти в два раза. Такой эффект указывает на возможность наличия иммуностимулирующего действия этого экстракта, что не удивительно, так как в литературных источниках имеются данные об иммуностимулирующем действии коллагена медуз [15].
Таблица 1.
Результаты тестирования биологической активности экстрактов медузы G. vertens.
В результате проделанной работы показано, что медуза G. vertens является источником метастатических и иммуностимулирующих соединений, а также инсекто- и нейротоксинов. Планируется идентифицировать природу этих соединений, установить структуру и механизм действия с целью дальнейшего создания на их основе цитопротекторов.
Список литературы:
1.Орлов Б.Н., Гелашвили Д.Б. Зоотоксинология (ядовитые животные и их яды): учеб. пособие для студентов вузов по спец. «Биология». М.: Высш. шк., 1985. — 280 с.
2.Явнов С.В. Атлас кишечнополостных дальневосточных морей России под ред. В.И. Чучукало. Владивосток: Русский Остров, 2010. — 168 с.
Нужна помощь в написании статьи?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Пишем статьи РИНЦ, ВАК, Scopus. Помогаем в публикации. Правки вносим бесплатно.
3.Baurain D., Brinkmann H., Philippe H. Lack of resolution in the animal phylogeny: closely spaced cladogeneses or undetected systematic errors? // Mol. Biol. Evol. — 2007. — V. 24 (1), — P. 6—9.
4.Boore J.L., Lavrov D.V., Brown W.M. Gene translocation links insects and crustaceans // Nature. — 1998. — V. 392. — P. 667—668.
5.Burnett J.W., Calton G.J. Venomous pelagic coelenterates — chemistry, toxicology, immunology and treatment of their stings // Toxicon. — 1987. — V. 25. — P. 581—602.
6.Glinsky G.V. Anti-adhesion cancer therapy // Cancer and metastasis reviews. — 1998. — V. 17. — P. 177—185.
7.Helmholz H. Selective toxin-lipid membrane interactions of natural, haemolytic scyphozoan toxins analyzed by surface plasmon resonance // Biochim. Biophys. Acta Biomembr. — 2010. — V. 1798. — P. 1944—1952.
8.Helmholz H., Johnston B.D., Ruhnau C., Prange A. Gill cell toxicity of northern boreal scyphomedusae Cyanea capillata and Aurelia aurita measured by an in vitro cell assay // Hydrobiologia. — 2010. — V. 645. — P. 223—234.
10.Helmholz H., Ruhnau C., Schütt C., Prange A. Comparative study on the cell toxicity and enzymatic activity of two northern scyphozoan species Cyanea capillata (L.) and Cyanea lamarckii (Peron & Leslieur) // Toxicon. — 2007. — V. 50. — P. 53—64.
11.Lassen S., Helmholz H., Ruhnau C., Prange A. A novel proteinaceous cytotoxin from the northern Scyphozoa Cyanea capillata (L.) with structural homology to cubozoan haemolysins // Toxicon. — 2011. — V. 57. — P. 721—729.
12.Lassen S., Wiebring A., Helmholz H., Ruhnau C., Prange A. Isolation of a Nav channel blocking polypeptide from Cyanea capillata medusae – A neurotoxin contained in fishing tentacle isorhizas // Toxicon. — 2012. — V. 59. — P. 610—616.
13.Long K.O., Burnett J.W. Isolation, characterization, and comparison of hemolytic peptides in nematocyst venoms of two species of jellyfish (Chrysaora quinquecirrha and Cyanea capillata) // Comp. Biochem. Physiol. — 1989. — V. 94B. — P. 641—646.
14.Masuda A., Baba T., Dohmae N., Yamamura M., Wada H., Ushida K. Mucin (Qniumucin), a glycoprotein from jellyfish, and determination of its main chain structure // J. Nat. Prod. — 2007. — V. 70. — P. 1089—1092.
15.Morishige H., Sugahara T., Nishimoto S., Muranaka A., Ohno F., Shiraishi R., Doi M. Immunostimulatory effects of collagen from jellyfish in vivo // Cytotechnology. — 2011. — V. 63. — P. 481—492.
16.Ohta N., Sato M., Ushida K., Kokubo M., Baba T., Taniguchi K., Urai M., Kihira K., Mochida J. Jellyfish mucin may have potential disease-modifying effects on osteoarthritis // BMC Biotechnol. 2009. [Электронный ресурс] — Режим доступа. — URL:http://www.biomedcentral.com.sci-hub.org/1472-6750/9/98/ (дата обращения 15.10.2014).
17.Schuchert P. World Hydrozoa database. 2014. [Электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: http://www.marinespecies.org/hydrozoa (дата обращения 2.11.2014).
18.Shimomura O. Structure of the chromophore of Aequorea green fluorescent protein// FEBS Lett. — 1979. — V. 104. — P. 220—222.
19.Walker M.J.A. Cardiac actions of a toxin-containing material from jellyfish, Cyanea capillata // Toxicon. — 1977. — V. 15. — P. 15—27.
20.Walker M.J.A. Pharmacological and biochemical properties of a toxin containing material from jellyfish, Cyanea capillata // Toxicon. — 1977. — V. 15. — P. 3—14.
21.Walker M.J.A., Martinez T.T., Godin D.V. Investigations into cardiotoxicity of a toxin from nematocysts of jellyfish, Cyanea capillata // Toxicon. — 1977. — V. 15. — P. 339—346.
22.Xiao L., Liu G.S., Wang Q.Q., He Q., Liu S.H., Li Y., Zhang J., Zhang L.M. The lethality of tentacle-only extract from jellyfish Cyanea capillata is primarily attributed to cardiotoxicity in anaesthetized SD rats // Toxicon. — 2010. — V. 55. — P. 838—845.
23.Xiao L., Zhang J., Wang Q.Q., He Q.A., Liu S.H., Li Y., Zhang L.M. In vitro and in vivo haemolytic studies of tentacle-only extract from jellyfish Cyanea capillata // Toxicol. — 2010. — V. 24. — P. 1203—1207.
24.Zhuang Y., Sun L., Li B. Production of the angiotensin-Iconverting enzyme (ACE)-inhibitory peptide from hydrolysates of jellyfish (Rhopilema esculentum) collagen // Food Bioprocess Technol. — 2010. — V. 5. — P. 1622—1629.
25. Zhuang Y., Sun L., Zhang Y., Liu G. Antihypertensive effect of long-term oral administration of jellyfish (Rhopilema esculentum) collagen peptides on renovascular hypertension // Mar. Drugs. — 2012. — V. 10. — P. 417—426.