АНАЛИЗ МЕХАНИЗМОВ АНТИБАКТЕРИАЛЬНОГО ДЕЙСТВИЯ ЭКСТРАКТОВ ЛЕКАРСТВЕННЫХ РАСТЕНИЙ НА ПЛАТФОРМЕ ВЫСОКОВОСПРОИЗВОДИТЕЛЬНОГО СКРИНИНГА
|
СПИСОК СОКРАЩЕННЫХ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ 3
Актуальность исследования 4-5
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 6
1.1 Значение антибиотиков 6-10
1.2 Механизмы действия антибиотиков на бактериальную клетку 10-12
1.3 Значение лекарственных растений 13-17
1.4 Краткая фармакологическая характеристика лекарственных растений
используемых в исследование 17-32
1.5 Устойчивость микроорганизмов к антибактериальным препаратам.. .32-35
1.6 Поиск новых антибиотиков 35-38
ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ 38
2.1 Объекты исследования 39-40
2.2 Приготовление водных экстрактов лекарственных растений 40
2.3 Приготовление спиртовых экстрактов лекарственных растений 41
2.4 Схема используемой репортерной системы 41-42
2.5 Приготовление твердой питательной сред для культуры ATolC E.Coli.42-43
2. 6 Приготовление жидкой питательной среды для культуры ATolC
E.Coli....43
2.7 Приготовление дисков с экстрактами лекарственных растений 43-44
2.8 Метод высокопроизводительного скрининга 44-45
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ 45
3.1 Антибактериальная активность экстрактов растений приготовленных из
свежего сырья.4-62
3.2 Антибактериальная активность экстрактов растений приготовленных из высушенного сырья. 63-79
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 80-82
ВЫВОДЫ 83
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 84-104
Актуальность исследования 4-5
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 6
1.1 Значение антибиотиков 6-10
1.2 Механизмы действия антибиотиков на бактериальную клетку 10-12
1.3 Значение лекарственных растений 13-17
1.4 Краткая фармакологическая характеристика лекарственных растений
используемых в исследование 17-32
1.5 Устойчивость микроорганизмов к антибактериальным препаратам.. .32-35
1.6 Поиск новых антибиотиков 35-38
ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ 38
2.1 Объекты исследования 39-40
2.2 Приготовление водных экстрактов лекарственных растений 40
2.3 Приготовление спиртовых экстрактов лекарственных растений 41
2.4 Схема используемой репортерной системы 41-42
2.5 Приготовление твердой питательной сред для культуры ATolC E.Coli.42-43
2. 6 Приготовление жидкой питательной среды для культуры ATolC
E.Coli....43
2.7 Приготовление дисков с экстрактами лекарственных растений 43-44
2.8 Метод высокопроизводительного скрининга 44-45
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ 45
3.1 Антибактериальная активность экстрактов растений приготовленных из
свежего сырья.4-62
3.2 Антибактериальная активность экстрактов растений приготовленных из высушенного сырья. 63-79
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 80-82
ВЫВОДЫ 83
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 84-104
Актуальность исследования
На протяжении тысячелетий люди были беспомощны в борьбе с различного рода инфекциями, которые часто достигали, эпидемических масштабов и стоило жизни миллионам людей [1]. Открытие пенициллина в первой половине двадцатого века, привело к беспрецедентному в истории медицины прорыву в области лекарственной терапии инфекционных заболеваний [2].
На сегодняшний момент антибиотики занимают ведущие место в мире по объему производства и потребления среди всех других лекарственных препаратов [3]. Антибиотики призваны противостоять микроорганизмам и инфекционным заболеваниям, но любое лекарство обладает набором побочных эффектов [4]. Неразумное использование людьми антибактериальных препаратов, привело к быстрому возникновению у микроорганизмов стойкости и распространению устойчивости к антибиотикам [5]. Возникновение у бактерий устойчивости к антибактериальным средствам, представляет собой серьезную проблему для общественного здравоохранения во всем мире, поскольку развитие резистентности угрожает способности контролировать распространение инфекционных заболеваний, приводящие больных к длительному и тяжелому течению болезни, а порой и к летальному исходу [6].
Поиск новых источников биологически активных веществ, является актуальным направлением в фармацевтической промышленности [7]. В процессе роста и развития растения формируют и накапливают вещества первичного и вторичного синтеза. Веществами первичного синтеза являются: белки, углеводы и липиды, они привлекаются к процессах жизнедеятельности растения. Химические соединения, обладающие биоактивными свойствами являются веществами вторичного обмена. К компонентам вторичного синтеза принадлежат алкалоиды, фенольные соединения, дубильные вещества, эфирные масла, органические кислоты и многие другие соединения. Продуктам вторичного метаболизма характерна фармакологическая активность и терапевтический эффект [8].
Препараты на основе растительного сырья оказывают мягкое и бережное воздействие на организм, обладают постепенным, но стойко развивающимся лечебным эффектом. Фитопрепараты почти не имеют противопоказаний, нежелательные реакции встречаются крайне редко, в связи с этим они обладают низкой токсичностью. Кроме того, многие растения содержат химические вещества, действие которых может быть направленно на лечение хронических форм патологий.
Таким образом, уникальность лекарственных средств органического происхождения заключается в наличии многокомпонентных комплексов биологически активных веществ, которые благоприятно воздействуют на живой организм [9].
В связи с этим, исследования механизмов антибактериального действия экстрактов лекарственных растений, являются актуальными.
Цель исследования. Исследование антибактериальных свойств экстрактов лекарственных растений и первичный анализ противомикробных механизмов на платформе высоковоспроизводительного скрининга.
Задачи исследования.
1. Сбор лекарственных растений на территории Республики Башкортостан.
2. Приготовление экстрактов лекарственных растений из корней, стеблей, листьев и соцветий.
3. Приготовление дисков с экстрактами растений.
4. Исследование антибактериального действия экстрактов растений дисковым методом.
5. Анализ механизмов антибактериального действия экстрактов растений путем визуализации флуоресцентного сигнала, нарабатываемого рекомбинантными бактериями на границе зоны ингибирования.
На протяжении тысячелетий люди были беспомощны в борьбе с различного рода инфекциями, которые часто достигали, эпидемических масштабов и стоило жизни миллионам людей [1]. Открытие пенициллина в первой половине двадцатого века, привело к беспрецедентному в истории медицины прорыву в области лекарственной терапии инфекционных заболеваний [2].
На сегодняшний момент антибиотики занимают ведущие место в мире по объему производства и потребления среди всех других лекарственных препаратов [3]. Антибиотики призваны противостоять микроорганизмам и инфекционным заболеваниям, но любое лекарство обладает набором побочных эффектов [4]. Неразумное использование людьми антибактериальных препаратов, привело к быстрому возникновению у микроорганизмов стойкости и распространению устойчивости к антибиотикам [5]. Возникновение у бактерий устойчивости к антибактериальным средствам, представляет собой серьезную проблему для общественного здравоохранения во всем мире, поскольку развитие резистентности угрожает способности контролировать распространение инфекционных заболеваний, приводящие больных к длительному и тяжелому течению болезни, а порой и к летальному исходу [6].
Поиск новых источников биологически активных веществ, является актуальным направлением в фармацевтической промышленности [7]. В процессе роста и развития растения формируют и накапливают вещества первичного и вторичного синтеза. Веществами первичного синтеза являются: белки, углеводы и липиды, они привлекаются к процессах жизнедеятельности растения. Химические соединения, обладающие биоактивными свойствами являются веществами вторичного обмена. К компонентам вторичного синтеза принадлежат алкалоиды, фенольные соединения, дубильные вещества, эфирные масла, органические кислоты и многие другие соединения. Продуктам вторичного метаболизма характерна фармакологическая активность и терапевтический эффект [8].
Препараты на основе растительного сырья оказывают мягкое и бережное воздействие на организм, обладают постепенным, но стойко развивающимся лечебным эффектом. Фитопрепараты почти не имеют противопоказаний, нежелательные реакции встречаются крайне редко, в связи с этим они обладают низкой токсичностью. Кроме того, многие растения содержат химические вещества, действие которых может быть направленно на лечение хронических форм патологий.
Таким образом, уникальность лекарственных средств органического происхождения заключается в наличии многокомпонентных комплексов биологически активных веществ, которые благоприятно воздействуют на живой организм [9].
В связи с этим, исследования механизмов антибактериального действия экстрактов лекарственных растений, являются актуальными.
Цель исследования. Исследование антибактериальных свойств экстрактов лекарственных растений и первичный анализ противомикробных механизмов на платформе высоковоспроизводительного скрининга.
Задачи исследования.
1. Сбор лекарственных растений на территории Республики Башкортостан.
2. Приготовление экстрактов лекарственных растений из корней, стеблей, листьев и соцветий.
3. Приготовление дисков с экстрактами растений.
4. Исследование антибактериального действия экстрактов растений дисковым методом.
5. Анализ механизмов антибактериального действия экстрактов растений путем визуализации флуоресцентного сигнала, нарабатываемого рекомбинантными бактериями на границе зоны ингибирования.
Антибиотики, созданные в свое время для лечения инфекционных заболеваний, справляются с такими бактериальными инфекциями, как например ангина, пневмония или менингит. Их на постоянной основе назначают после хирургических вмешательств для предотвращения развития воспалительных процессов на месте оперируемой поверхности или органа. Но следует понимать, что, как и все лекарственные средства, они имеют не только положительное действие, но и ряд противопоказаний и побочных эффектов. Антибактериальные препараты вызывают аллергическую реакцию, которая сопровождается сыпью, лихорадкой, нарушением метаболизма особенно свойственно людям с наследственной предрасположенностью и сопутствующими заболеваниями. Они нарушают микрофлору кишечника, так как антибактериальные вещества повышают уровень кислотности в желудке, способны поражать деятельность не только патогенных микроорганизмов, но и тех, кто выполняет основную работу в кишечнике [159]. Нужно также отметить быстрый рост развития устойчивости микроорганизмов к противомикробным препаратам. Лекарственно-устойчивые микроорганизмы все чаще не реагируют на большинство широко используемых антибиотиков, оставляя всего лишь не большое количество вариантов лечения [160].
Растения являются первоисточниками большинства биоактивных веществ, которые обладают антисептическими, регенеративными и противовоспалительными действиями [161]. Большое количество лекарственных растений содержат потенциальные антимикробные компоненты [162]. В связи с этим растет интерес к практическому использованию экстрактов лекарственных растений, а также к скринингу биологически активных соединений и антибактериальных механизмов растительного происхождения [163].
С одной стороны, исследование антибактериальных механизмов лекарственных растений, собранных на территории Республики Башкортостан могут дать важные зацепки в поиске новых антибиотиков на основе растительного сырья. В ходе проделанного исследования удалось получить данные об антибактериальных механизмах таких растений как Чистотела большого, Кровохлебки лекарственной, Девясила высокого, Березы повислой, Лиственницы сибирской, Сосны обыкновенной, Бадана толстолистного, Лапчатки гусиной, Дуба обыкновенного, Клевера лугового, Зверобоя обыкновенного, Ежевики сизой, Липы сердцевидной и Тысячелистника обыкновенного.
Но основным результатом работы является не просто определение антибактериальных свойств экстрактов растений, а поиск новых антимикробных компонентов растительного происхождения. На сегодняшний день поиск новых антибактериальных препаратов осуществляется с помощью химического моделирования, где используются уже известные молекулы и путем их различных модификаций создаются новые препараты, к которым пока у бактерий не сформировалась устойчивость. Но для этого нужны сведения о таких молекулах. Все на сегодняшний день известные компоненты и молекулы уже давно перепробованы в различных модификациях. И для дальнейшего поиска новых препаратов нужны новые идеи, новые молекулы, новые химические группы. Для этого нужен поиск антибиотических веществ с новых источников, пусть они будут не настолько сильнодействующие как современные препараты, дело не в этом, необходимо найти новые группы веществ, нужны новые идеи, в котором могут помочь природные источники биологически активных компонентов.
Нами в данной работе было обнаружено 35 экстракта с антибактериальным эффектом. Из них у 17-ти мы не можем предсказать механизм их действия. Но мы выявили, что 12 из них имеют влияние на синтез белка бактерий, 6 - на синтез нуклеиновых кислот. И не важно, что только 6 из всех анализируемых образцов показали значительные зоны подавления. Зато мы обнаружили, что в 12-ти образцах, например, содержится компонент, влияющий на синтез белка, и не важно, что из этих одиннадцати только у один образец показывает более или менее значительное подавление бактерий. Зато эти компоненты могут стать источниками новых идей, новых химических соединений, активных групп, на основе которых будет в дальнейшем создать новые антибактериальные препараты. Полученные нами результаты будут использованы в дальнейшем для более тщательного анализа, и данная квалификационная выпускная работа является только первым этапом в сложной многостадийной работе.
Растения являются первоисточниками большинства биоактивных веществ, которые обладают антисептическими, регенеративными и противовоспалительными действиями [161]. Большое количество лекарственных растений содержат потенциальные антимикробные компоненты [162]. В связи с этим растет интерес к практическому использованию экстрактов лекарственных растений, а также к скринингу биологически активных соединений и антибактериальных механизмов растительного происхождения [163].
С одной стороны, исследование антибактериальных механизмов лекарственных растений, собранных на территории Республики Башкортостан могут дать важные зацепки в поиске новых антибиотиков на основе растительного сырья. В ходе проделанного исследования удалось получить данные об антибактериальных механизмах таких растений как Чистотела большого, Кровохлебки лекарственной, Девясила высокого, Березы повислой, Лиственницы сибирской, Сосны обыкновенной, Бадана толстолистного, Лапчатки гусиной, Дуба обыкновенного, Клевера лугового, Зверобоя обыкновенного, Ежевики сизой, Липы сердцевидной и Тысячелистника обыкновенного.
Но основным результатом работы является не просто определение антибактериальных свойств экстрактов растений, а поиск новых антимикробных компонентов растительного происхождения. На сегодняшний день поиск новых антибактериальных препаратов осуществляется с помощью химического моделирования, где используются уже известные молекулы и путем их различных модификаций создаются новые препараты, к которым пока у бактерий не сформировалась устойчивость. Но для этого нужны сведения о таких молекулах. Все на сегодняшний день известные компоненты и молекулы уже давно перепробованы в различных модификациях. И для дальнейшего поиска новых препаратов нужны новые идеи, новые молекулы, новые химические группы. Для этого нужен поиск антибиотических веществ с новых источников, пусть они будут не настолько сильнодействующие как современные препараты, дело не в этом, необходимо найти новые группы веществ, нужны новые идеи, в котором могут помочь природные источники биологически активных компонентов.
Нами в данной работе было обнаружено 35 экстракта с антибактериальным эффектом. Из них у 17-ти мы не можем предсказать механизм их действия. Но мы выявили, что 12 из них имеют влияние на синтез белка бактерий, 6 - на синтез нуклеиновых кислот. И не важно, что только 6 из всех анализируемых образцов показали значительные зоны подавления. Зато мы обнаружили, что в 12-ти образцах, например, содержится компонент, влияющий на синтез белка, и не важно, что из этих одиннадцати только у один образец показывает более или менее значительное подавление бактерий. Зато эти компоненты могут стать источниками новых идей, новых химических соединений, активных групп, на основе которых будет в дальнейшем создать новые антибактериальные препараты. Полученные нами результаты будут использованы в дальнейшем для более тщательного анализа, и данная квалификационная выпускная работа является только первым этапом в сложной многостадийной работе.
