Иркутские биологи выяснили, как мхи реагируют на изменения среды
Исследователи Научно-образовательного центра (НОЦ) «Биоорганика» Института биологических наук (ИБН) Иркутского государственного университета (ИГУ) впервые показали, что химический состав модельного растения — печеночника (мха) Marchantia polymorpha меняется в зависимости от условий среды. При неблагоприятных условиях он способен продуцировать биогенные амины — нейроактивные соединения, которые выполняют роль нейромедиаторов у человека и животных.
Ученые провели анализ растения с использованием высокоэффективной жидкостной хроматографии с масс-спектрометрией — метода, позволяющего выявлять следовые количества биологически активных соединений даже в крайне малых образцах растительной ткани.
«Мы взяли один и тот же вид — печеночник Marchantia polymorpha — и сравнили что он синтезирует в природе, а что — когда мы культивировали его in vitro. Оказалось, что тирамин, триптамин и дофамин этот вид мха продуцирует всегда, независимо от условий. А вот гистамин вырабатывает только в стрессе, только в «пробирке». Такое наблюдение говорит о том, что гистамин — не постоянный, а индуцируемый метаболит, который включается в ответ на стресс. Мы предполагаем, что он может служить чувствительным биохимическим маркером стрессовой адаптации у древнейших наземных растений», — рассказал один из авторов исследования, научный сотрудник НОЦ «Биоорганика» ИБН ИГУ Александр Белышенко.
Как отмечают биологи, из этого следуют как минимум две практические линии. Во-первых, гистамин можно использовать как маркер стресса в биотехнологических установках: если в биореакторе со мхом растет его уровень, значит что-то идет не так, и можно вовремя скорректировать режим. Во-вторых, мхи — удобная платформа для получения биологически активных веществ: они растут быстро, не требуют пахотных земель и не конкурируют с сельскохозяйственными культурами.
«Мхи — это уникальные природные «фабрики» метаболитов. Синтезируемые ими сотни соединений во многих случаях демонстрируют антимикробные, антиоксидантные и нейроактивные свойства. Интерес к ним со стороны исследователей по всему миру растет именно потому, что это возобновляемый, экологичный источник новых биологически активных молекул. Сейчас изучение вторичных метаболитов мхов — одно из актуальных направлений в биотехнологии, эти соединения до сих пор изучены слабо», — отметил Александр Белышенко.
Ранее этот научный коллектив уже показал, что водный мох Vesicularia dubyana способен синтезировать и выделять биогенные амины во внешнюю среду. Новая работа стала продолжением цикла исследований, направленных на понимание того, как древнейшие растения перестраивают свой метаболизм в ответ на абиотические стрессы. Это важно не только для фундаментальной науки, но и для биотехнологии, экологии и медицины. Биогенные амины рассматриваются как потенциальные биомаркеры стрессовых состояний и соединения с фармакологическим потенциалом.