Фузикокцин

Фузикокцин был открыт 1964 г. итальянским ученным Alessandro Ballio как фитотоксин фитопатогенного гриба Fusicoccum amygdali Del. [108]. Этот фитотоксин обладал способ­ностью убивать молодые миндальные деревца следующим образом: выделенный грибом токсин открывал устьица листьев, которые после этого не закрывались [109]. В результате чрезмерной транспирации и ввиду слабости корневой системы молодые деревца быстро засыхали, т.е. фузикокцин является природным десикантом. В лаборатории профессора A. Ballio было установлено строение этого фитотоксина (рис. 2) [108]. Учитывая, то что фузикокцин относится к природным терпеноидам как и гиббереллин Gronevald с со­авт. [110] выдвинули гипотезу, о родственности гиббереллина и фузикокцина. Действительно, и те и дру­гие - дитерпеноиды, метаболиты фитопатогенных грибов. Со временем число изве­стных гиббереллинов быстро увеличивалось от нескольких в 1960 году до более чем восьмидесяти к концу 80-х годов. То же по фузикокцинам: уже сей­час известно более 15 близких соединений этой группы (обозначаются буквенными символами - А, В, С и т.д.) [111].

Предварительные данные о наличии в высших растениях веществ семейства фузикокцина впервые опубликовали Муромцев с сотрудниками в 1980 году [111]. В дальнейшем для обнаружения фузикокцина была использована масс-спектрометрия с предварительным фракциониро­ванием материала на жидкостном хроматографе высокого давления (ВЭЖХ). Первоначально авторы разработали способ идентификации фузикокциновых метаболитов в культуральной жидкости гриба F. amygdali комбинированным методом га­зовой хроматографии и масс-спектрометрии три-силильных производных, при котором детекти­рование осуществляется по нескольким выбран­ным характеристическим ионам. Авторы для получения фузикокцина использовали початки кукурузы и листья капусты, которые гомогенизировали в этиловом спирте. Спиртовые экстракты концентрировали. Концентрат экстрагировали хлороформом. Хлороформенный экстракт подвергали жидкостной хроматографии. Полученные пики подвергали газо-жидкостной хроматографии с последующей масс-спектрометрией. Содержание эндогенного фузи­кокцина А в растениях составляло 10^-11-10^{-12 M}, что на 2-3 порядка ниже, чем содержание эндогенных гиббереллинов. Отсюда становится ясным, что проблема выделения препаративных количеств природных фузикокцинов из высших растений является крайне сложной экспериментальной задачей.

Затем этими же авторами была предпринята еще одна попытка выделения природного фузикокцина из высших растений. На этот раз в качестве объекта выделения фузикокцина авторы использовали стерильную культуру трансформированных корней хрена, отличающиеся интенсивным ростом. Этот объект был выбран из следующих соображений. Во-первых, полностью исключалась возможность заражения микроорганизмами и грибками, которые могут быть источниками фузикокцина. Во-вторых, культуру клеток корней можно получить в очень больших количествах, благодаря их интенсивному росту.

Рисунок 2 - Формула первого фузикокцина - фитотоксина фитопатогенного гриба Fusicoccum amygdali Del.

Из культур клеток корней авторы получали спиртовые экстракты. Экстракты упаривали под вакуумом, водные остатки экстрагиро­вали хлороформом, после чего проводили опре­деление наличия фузикокцина в вод­ной и в хлороформенной фазах иммунными методами. Фузикокцин находился в хлороформе, тогда как в водной фазе были обнаружены лишь их следовые коли­чества, что исключает возможность эффектив­ного взаимодействия с рецепторами и антителами таких соединений, как белки и сахара. Фузикокциноподобные вещества обнаружива­ли во всех сроках культивиро­вания корней (начиная с 14 суток). Было установлено, что максимальное содержание фузикокцина в выращенных стерильных корнях составляет до 150 нмоль на килограмм корней.

Масс-спектрометрический анализ полученных фракций показал наличие в основном присутствие фузикокцина типа «А», а также данные анализы показывали на возможность присутствия другого не идентифицированного фузикокцина. В результате проведенных исследований, Муромцев с сотрудниками [111] делают вывод о том, что идентификация эндогенных фузикокцинов является весьма трудной задачей.

Первый и основной из идентифицированных фузикокцинов - фузикокцин А - представляет со­бой гликозид карботрициклического дитерпена с молекулярной массой 680 Да и брутто формулой С₃₆Н₅₆О₁₂ (рисунок 2). Агликоновая часть молекул фузикокцинов представлена трициклической сис­темой, включающей одно восьмичленное и два пятичленных кольца. Кроме основного соедине­ния (фузикокцин А), гриб продуцирует целый ряд близких соединений (свыше 15), которые отлича­ются степенью ацетилирования, положениями ацетильных групп, степенью окисленности агликоновой части молекулы. Так, десять фу­зикокцинов представляют собой моноацетаты, диацетаты и триацетаты. Другой ряд фузикокци­нов имеет более простую структуру: у них С₂₀-атом не окислен. Анализ литературных данных [111] показывает, что молекула фузикокцина не является уникаль­ной структурой и соединения с подобным "скеле­том", являющиеся производными ди-циклопентана, и циклооккана (система колец 5-8-5), широ­ко распространены в природе. Они обнаружены в грибах и водорослях, высших растениях (пече­ночники, цветковые растения) и даже среди жи­вотных (насекомые). По мере обнаружения и идентификации различных представителей этого класса терпеноидов им присваиваются тривиаль­ные названия организмов-про­дуцентов. Так например фузикокцин выделенный из печеночника Plagiochila acanthophylla называется - фузикоплагин С, фузикокцин выделенный из печеночника Anastrepta orcadensin – анаденсин, а фузикокцин выделенный из бурой водоросли Dictyota dichtoma – эпоксидиктимен. Соединения, обладающие ди-циклопентана и циклооккановым "скелетом", было предложено объединить в группу терпеноидов фузикокканового ряда [111]. В основу номенклату­ры таких соединений лег гипотетический транс-син-транс С₂₀-углеводород, который назвали фузикокканом.

Дальнейшее изучение фузикокцина показала, что они проявляют разнообразные физиологические и биохимические свойства [109]. Это обстоятельство позволило отнести его к природным ре­гуляторам роста растений.

Клетки многих органов и тканей высших рас­тений отвечают на обработку фузикокцином уве­личением объема, с чем могут быть связаны та­кие его эффекты, как открытие устьиц, рост и растяжение клеток [112]. Есть данные о воз­можной роли фузикокцина в качестве эндогенных регуляторов прорастания семян и корнеобразования [113].

Фузикокцин эффективно выводит семена из глубокого покоя. В лаборатории Муромцева [111] впервые установлено, что фузикокцин активно стимулирует ризогенез у ряда культур. Фузикокцин оказывал очень интересное воздействие на проростание семян гороха. Так он стимулировал рост клеток котилидона и в то же время ингибировал рост зародышевой оси, что говорит о полярности действия фузикокцина [114].

Фузикокцин активирует усвоение углекислого газа столбчатыми клетками листа [115]. Так же, фузикокцин регулирует концентрацию аскорбата в апопласте клеток колеоптилей Vigna angularis [116].

Одно из наиболее ярких гормональных свойств фузикокцина - его антистрессовая актив­ность. Муромцевым с сотрудниками [111] показано, что фузикокцин способен повышать всхожесть семян в усло­виях, неблагоприятных для прорастания, например: при по­вышенной и пониженной температурах, избы­точном увлажнении, при засолении. Сотрудниками Ин­ститута физиологии растений РАН показано, что замачивание семян (0,68 мг/л фузикокцина), а также опрыскивание растений озимых сортов пшеницы, ржи, ячменя (0,34 мг/л фузикокцина) приводит к повышению морозостойкости растений в фазах кущения и трубкования. Причем повышение мо­розостойкости хорошо коррелировало со степе­нью развития фотосинтетического аппарата и на­коплением сахаров, а также усилением развития эндоплазматического ретикулума в клетках. Показано, что фузикокцин защищает растения риса при засолении, повышает ус­тойчивость клубней картофеля к ряду заболева­ний. Положительная роль фузикокцина при адаптации к осмотическому стрессу показана в работе [117; 118].

В результате проведенного литературного обзора была поставлена цель выявить научные основы управления синтезом наноструктурированных углеродных материалов из пшеничных отрубей и рисовой шелухи, обладающих способностью эффективно очищать воду от ионов токсичных металлов (Pb, Sn, Ni, Cd, Cr, Zn) и радиоактивных изотопов (¹³⁷Cs, ⁹⁰Sr, ²¹⁰Pb), а также хроматографически разделять биологически активные соединения и селективно выделять фитогормон фузикокцин.