БИОХИМИЯ, 2020, том 85, вып. 5, с. 729–735

УДК 57.013:577.11

Меланин лишайников Cetraria islandica и Pseudevernia furfuracea: особенности строения и физико-химические свойства

© 2020 А.Е. Рассабина 1, О.П. Гурьянов 1, Р.П. Бекетт 2, Ф.В. Минибаева 1,3*

Казанский институт биохимии и биофизики – обособленное структурное подразделение Федерального государственного бюджетного учреждения науки «Федеральный исследовательский центр «Казанский научный центр Российской академии наук», 420111 Казань, Россия; электронная почта: minibayeva@kibb.knc.ru

School of Life Sciences, University of KwaZulu-Natal, 3209 Scottsville, South Africa

Казанский (Приволжский) федеральный университет, 420008 Казань, Россия

Поступила в редакцию 20.02.2020
После доработки 27.03.2020
Принята к публикации 30.03.2020

DOI: 10.31857/S0320972520050115

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: меланин, лишайник, ИК-спектроскопия, фотопротекторные свойства, антиоксидантная активность.

Аннотация

Лишайники, симбиотические фотосинтезирующие организмы, таллом которых образован грибом и водорослью/цианобактерией, обладают высокой стрессовой устойчивостью. Одним из компонентов эффективной защиты лишайников от действия неблагоприятных факторов среды является наличие уникальных метаболитов, в частности высокомолекулярных темных пигментов – меланинов. Химический состав и структурная организация меланинов лишайников остаются малоизученными. В настоящей работе проанализированы элементный состав, основные функциональные группы и физико-химические свойства меланина, экстрагированного из лишайников Cetraria islandica и Pseudevernia furfuracea. По соотношению C/N установлено, что данный пигмент относится к типу алломеланина. В структуре меланина выявлены функциональные группы, обеспечивающие его фотопротекторные и антиоксидантные свойства. Предполагается, что синтез меланина является одним из ключевых защитных механизмов, обеспечивающих выживание лишайников в условиях УФ-излучения.

Сноски

* Адресат для корреспонденции.

Финансирование

Работа проводилась в рамках выполнения государственного задания ФИЦ КазНЦ РАН (экстракция, элементный анализ, антиоксидантная активность), частично при финансовой поддержке Российского научного фонда (грант № 18-14-00198, спектральный анализ) и частично Программы Повышения Конкурентоспособности КФУ (анализ химического стандарта).

Благодарности

Авторы благодарны профессору Кнут Солхаг (Университет Наук о Жизни, Ос, Норвегия) за помощь в сборе лишайников, а также В.М. Бабаеву и Д.А. Файзуллину (ФИЦ КазНЦ РАН) за методическую помощь в проведении экспериментов.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Соблюдение этических норм

Настоящая статья не содержит описания выполненных авторами исследований с участием людей или использованием животных в качестве объектов.

Список литературы

1. Бязров Л. Г. (2016) Вторичные метаболиты лихенизированных грибов как фармацевтический потенциал, Успехи медицинской микологии, 16, 249-254.

2. Nybakken, L., Solhaug, K. A., Bilger, W., and Gauslaa, Y. (2004) The lichens Xanthoria elegans and Cetraria islandica maintain a high protection against UV-B radiation in Arctic habitats, Oecologia, 140, 211-216, doi: 10.1007/s00442-004-1583-6.

3. Plonka, P. M., and Grabacka, M. (2006) Melanin synthesis in microorganisms – biotechnological and medical aspects, Acta Biochim. Pol., 53, 429-443, doi: 10.18388/abp.2006_3314.

4. Wong, H. J., Mohamad-Fauzi, N., Rizman-Idid, M., Convey, P., and Alias, S. A. (2018) Protective mechanisms and responses of micro-fungi towards ultraviolet-induced cellular damage, Polar Science, 20, 19-34, doi: 10.1016/j.polar.2018.10.001.

5. Bell, A. A., and Wheeler, M. H. (1986) Biosynthesis and functions of fungal melanins, Phytopathology, 24, 411-451, doi: 10.1146/annurev.py.24.090186.002211.

6. Beckett, R. P., Solhaug, K. A., Gauslaa, Y., and Minibayeva, F. V. (2019) Improved photoprotection in melanized lichens is a result of fungal solar radiation screening rather than photobiont acclimation, Lichenologist, 51, 483-491, doi: 10.1017/S0024282919000276.

7. Гесслер Н. Н., Егорова А. С., Белозерская Т. А. (2014) Меланиновые пигменты грибов в экстремальных условиях существования, Прикладная биохимия и микробиология, 50, 125-134.

8. Тюкавкина Н. А., Зурабян С. Э., Белобородов В. Л. (2008) Органическая химия: учебник для вузов, Дрофа, Москва.

9. Багманян И. А., Мямин В. Е., Гигиняк Ю. Г., Бородин О. И., Курченко В. П. (2004) Биохимическая фармакология грибных меланинов, Успехи медицинской микологии, 3, 156-158.

10. Purvis, O. W., Bailey, E. H., McLean, J., and Kasama, T. (2004) Uranium biosorption by the lichen Trapelia involuta at a uranium mine, Geomicrobiol. J., 21, 159-167, doi: 10.1080/01490450490275398.

11. Schroeder, R. L., Double, K. L., and Gerber, J. P. (2015) Using Sepia melanin as a PD model to describe the binding characteristics of neuromelanin, J. Chem. Neuroanat., 64-65, 20-32, doi: 10.1016/j.jchemneu.2015.02.001.

12. Wakamatsu, K., Fujikawa, K., Zucca, F. A., Zecca, L., and Ito, S. (2003) The structure of neuromelanin as studied by chemical degradative methods, J. Neurochem., 86, 1015-1023, doi: 10.1046/j.1471-4159.2003.01917.x.

13. Eisenman, H. C., and Casadevall, A. (2012) Synthesis and assembly of fungal melanin, Appl. Microbiol. Biotechnol., 93, 931-940, doi: 10.1007/s00253-011-3777-2.

14. Babitskaya, V. G., Scherba, V. V., Ikonnikova, N. V., Bisko, N. A., and Mitropolskaya, N. Y. (2002) Melanin complex from medicinal mushroom Inonotus obliquus, Int. J. Med. Mushrooms, 4, 139-145.

15. Tarangini, K., and Mishra, S. (2013) Production, characterization and analysis of melanin from isolated marine Pseudomonas sp. using vegetable waste, Res. J. Eng. Sci., 2, 40-46.

16. Таширев А. Б., Романовская В. А., Рокитко П.В., Матвеева Н. А., Шилин С. О., Таширева А. А. (2012) Синтез меланиновых пигментов антарктическими чёрными дрожжами, Микробиол. Журн., 74, 2-8.

17. Сушинская Н. В., Курченко В. П. (2006) Меланины трутовых грибов, Труды БГУ, 1, 147-158.

18. Агаджанян А. Е., Асатурян Р. А., А. Амбарцумян А., Саргисян Л. Б., Овсепян А. С., Варданян А. А., Сагиян А. С. (2011) Микробиологическое получение водорастворимого меланина и изучение его физико-химических свойств, Прикладная биохимия и микробиология, 47, 551-557.

19. Manivasagan, P., Venkatesan, J., Senthilkumar, K., Sivakumar, K., and Kim, S. K. (2013) Isolation and characterization of biologically active melanin from Actinoalloteichus sp. MA-32, Int. J. Biol. Macromol., 58, 263-274, doi: 10.1016/j.ijbiomac.2013.04.041.

20. Wang, L. F., and Rhim, J. W. (2019) Isolation and characterization of melanin from black garlic and sepia ink, LWT, 99, 17-23, doi: 10.1016/j.lwt.2018.09.033.

21. Chen, J., Wang, C., Shu, C., Zhu, M., and Zhou, E. (2015) Isolation and characterization of a melanin from Rhizoctonia solani, the causal agent of rice sheath blight, Eur. J. Plant. Pathol., 142, 281-290, doi: 10.1007/s10658-015-0612-0.

22. Сильверстейн Р., Вебстер Ф., Кимл Д. (2012) Спектрометрическая идентификация органических соединений, Бином, Москва.

23. Harki, E., Talou, T., and Dargent, R. (1997) Purification, characterization and analysis of melanin extracted from Tuber melanosporum Vitt., Food Chemistry, 58, 69-73, doi: 10.1016/S0308-8146(96)00215-4.

24. Mbonyiryivuze, A., Mwakikunga, B., Dhlamini, S. M., and Maaza, M. (2015) Fourier transform infrared spectroscopy for Sepia melanin, Phys. Mater. Chem., 3, 25-29, doi: 10.12691/pmc-3-2-2.

25. Solhaug, K. A., and Gauslaa, Y. (2001) Fungal melanins as a sun screen for symbiotic green algae in the lichen Lobaria pulmonaria, Oecologia, 126, 462-471, doi: 10.1007/s004420000541.

26. Подтероб А. П. (2008) Химический состав лишайников и их медицинское применение, Хим. Фарм. Журн., 42, 32-38.

27. Книга О. П., Тихонова Г. А., Хижан Е. И., Николаевский А. Н. (2011) Действие фенольных антиоксидантов при окислении веществ в модельных водно-липидных системах, Бутлеровские сообщения, 27, 57-62.

28. Блинова К. Ф., Борисова Н. А., Гортинский Г. Б. (1990) Ботанико-фармакогностический словарь, Высшая школа, Москва.

29. Mafole, T. C., Solhaug, K. A., and Minibayeva, F. V., and Beckett, R. P. (2019) Occurrence and possible roles of melanic pigments in lichenized ascomycetes, Fungal Biol. Rev., 33, 159-165, doi: 10.1016/j.fbr.2018.10.002.

30. Курченко В. П., Багманян И. А., Мямин В. Е., Бородин О. И., Гигиняк Ю. Г. (2016) Тяжелые металлы в кустистых лишайниках как индикатор атмосферного переноса загрязняющих веществ в Антарктиде, Труды БГУ, 11, 351-355.

31. Скрябин К. Г., Вихорева Г. А., Варламов В. П. (2002) Хитин и хитозан. Получение, свойства и применение, Наука, Москва.

32. Красногорская Н. Н., Клеттер Е. А., Сулейманова Р. Р., Журавлева С. Е. (2012) Анализ содержания тяжелых металлов и соединений серы в лишайниках Parmelia sulcata в условиях городской среды, Современные проблемы науки и образования, 2, 30-39.

33. Grossi, G. F., Durante, M., Gvalanella, G., Pugliese, M., and Mosse, I. (1998) Effects of melanin on high-LET radiation response of human epithelial cells, Radiat. Environ. Biophys., 37, 63-67, doi: 10.1007/s004110050094.