Биоколлекция фармацевтических паразитарных штаммов спорыньи пурпурной – основа для селекции новых линий, продуцирующих эргоалкалоиды in vitro

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Актуальность. Спорынья пурпурная Claviceps purpurea является важным источником лекарственного сырья (эргоалкалоидов).

Цель работы – воспроизводство двух коллекционных паразитарных штаммов спорыньи Claviceps purpurea в условиях культивирования in planta на посевах озимой ржи, а также отбор в аксенической культуре, изоляция и субкультивирование пигментированного мицелия с устойчивой способностью к биосинтезу алкалоидов in vitro.

Материал и методы. Определение общего содержания алкалоидов проводили спектрофотометрическим методом с реактивом ван Урка. Для качественного и количественного определения алкалоидов использовали тонкослойную хроматографию (ТСХ)
с денситометрическим сканированием хроматограмм.

Результаты. В рамках поддержания биоколлекции воспроизведено два паразитарных штамма C. purpurea в условиях in planta культивирования на озимой ржи: эрготоксиновый А-6, эрготоксиновый ВКМ-F-2450-D с получением инфекционного конидиального материала в аксенической культуре. Склероции исходного маточного материала содержали от 0,6 до 1 г алкалоидов на 100 г образца для ВКМ-F-2450-D, от 0,5 до 0,7 г на 100 г образца – для А-6; ВКМ-F-2450-D и А-6 содержали от 30 до 40% суммы α-эргокриптина и эргокорнина и приблизительно 20% β-эргокриптина. Склероции новой генерации содержали от 0,31 до 0,76 г алкалоидов на 100 г образца для ВКМ-F-2450-D, от 0,21 до 0,62 г на 100 г образца для А-6, ВКМ- F-2450-D и А-6 содержали от 40 до 62% и от 21 до 66% суммы α-эргокриптина и эргокорнина, от 13 до 22% и от 13 до 36% β-эргокриптина соответственно.

Выводы. С помощью отбора в аксенической культуре по признакам пурпурной пигментации и наличия синтеза алкалоидов выделены, изолированы, и субкультивированы две устойчивые линии (эрготоксиновая А-6-С, эрготоксиновая ВКМ-F-2450-D-С), способные продуцировать эргоалкалоиды в условиях in vitro культивирования на агаризованной питательной среде. Накопление и сохранение генетических ресурсов C. purpurea является актуальным, поскольку биоколлекция паразитарных штаммов представляет собой ценный резерв для селекции новых сапрофитных линий.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. А. Волнин

ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт лекарственных и ароматических растений»

Автор, ответственный за переписку.
Email: volnin.a@mail.ru

к.б.н., вед. науч. сотрудник, лаборатория биотехнологии

Россия, Москва

Н. С. Цыбулько

ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт лекарственных и ароматических растений»

Email: volnin.a@mail.ru

к.фарм.н., инженер, лаборатория биотехнологии

Россия, Москва

П. С. Савин

ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт лекарственных и ароматических растений»

Email: volnin.a@mail.ru

к.б.н., вед. науч. сотрудник, лаборатория биотехнологии

Россия, Москва

С. Б. Мясникова

ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт лекарственных и ароматических растений»

Email: volnin.a@mail.ru

науч. сотрудник, лаборатория биотехнологии

Россия, Москва

Р. И. Бобылева

Email: volnin.a@mail.ru
Россия

Список литературы

  1. Волнин А.А., Савин П.С. Разнообразие алкалоидов и вирулентность спорыньи Claviceps purpurea (Fries) Tulasne: эволюция, генетическая диверсификация, метаболическая инженерия (обзор). Сельскохозяйственная биология. 2022; 57(5): 852–881. doi: 10.15389/agrobiology.2022.5.852rus.
  2. Smakosz A., Kurzyna W., Rudko M., Dąsal M. The usage of ergot (Claviceps purpurea (Fr.) Tul.) in obstetrics and gynecology: a historical perspective. Toxins, 2021; 13(7): 492. doi: 10.3390/toxins13070492.
  3. Králová M., Bergougnoux V., Frébort I. CRISPR/Cas9 genome editing in ergot fungus Claviceps purpurea. Journal of Biotechnology. 2021; 325: 341–354. doi: 10.1016/j.jbio-tec.2020.09.028.
  4. Králová M., Frébortová J., Pěnčík A., Frébort I. Overexpression of Trp-related genes in Claviceps purpurea leading to increased ergot alkaloid production. New Biotechnology. 2021; 61: 69–79. doi: 10.1016/j.nbt.2020.11.003.
  5. Wong G., Lim L.R., Tan Y.Q., Go M.K., Bell D.J., Freemont P.S., Yew W.S. Reconstituting the complete biosynthesis of D-lysergic acid in yeast. Nature Communication. 2022; 13(1): 712. doi: 10.1038/s41467-022-28386-6.
  6. Lieberman A., Kupersmith M., Estey E., Goldstein M. Treatment of Parkinson’s disease with bromocriptine. New England Journal of Medicine. 1976; 295(25): 1400–1404. doi: 10.1056/NEJM197612162952504.
  7. Winblad B., Fioravanti M., Dolezal T., Logina I., Milanov I.G., Popescu D.C., Solomon A. Therapeutic use of nicergoline. Clinical Drug Investigation. 2008; 28(9): 533–552. doi: 10.2165/00044011-200828090-00001.
  8. Tandowsky R.M. Clinical evaluation of combined hydrogenated ergot alkaloids (hydergine) in arterial hypertension: with special reference to their action in central manifestations. Circulation. 1954; 9(1): 48–56. doi: 10.1161/01.cir.9.1.48.
  9. Johnson J.W., Ellis M.J., Piquette Z.A., MacNair C., Carfrae L., Bhando T., Ritchie N.E., Saliba P., Brown E.D., Magolan J. Antibacterial activity of metergoline analogues: revisiting the ergot alkaloid scaffold for antibiotic discovery. ACS Medicinal Chemistry Letters. 2022; 13(2): 284–291. doi: 10.1021/acsmedchemlett.1c00648.
  10. Halliwell B., Cheah I. Ergothioneine, where are we now? FEBS Letters. 2022; 596(10): 1227–1230. doi: 10.1002/1873-3468.14350.
  11. Xiong L., Xie Z., Ke J., Wang L., Gao B., Tao X., Zhao M., Shen Y., Wei D., Wang F. Engineering Mycolicibacterium neoaurum for the production of antioxidant ergothioneine. Food Bioengineering. 2022; 1(1): 26–36. doi: 10.1002/fbe2.12004.
  12. van der Hoek S. A., Rusnák M., Wang G., Dimitrov Stanchev L., Alves L.F., Jessop-Fabre M.M., Paramasivan K., Hjorth Jacobsen I., Sonnenschein N., Martínez J.L., Darbani B., Kell D.B., Borodina I. Engineering precursor supply for the high-level production of ergothioneine in Saccharomyces cerevisiae. Metabolic Engineering. 2022; 70: 129–142. doi: 10.1016/j.ym-ben.2022.01.012.
  13. van der Hoek S.A., Rusnák M., Jacobsen I.H., Martínez J.L., Kell D.B., Borodina I. Engineering ergothioneine production in Yarrowia lipolytica. FEBS Letters. 2022; 596(10): 1356–1364. doi: 10.1002/1873-3468.14239.
  14. Фитопрепараты ВИЛАР: научно-справочное издание / под общ. ред. Т.А. Сокольской. М.: Борус-Пресс. 2009. 255 с.
  15. Бобылева Р.И., Савин П.С. Изучение морфологических и физиолого-биохимических особенностей штамма Claviceps purpurea (Fries) Tulasne BKMF-2641d в сапрофитной культуре. Вопросы биологической, медицинской и фармацевтической химии. 2021; 24(12): 57–62. doi: 10.29296/25877313-2021-12-09.
  16. Савина Т.А., Савин П.С., Бобылева Р.И. Экзогенная био-регуляция развития Сlaviceps purpurea (FR.) TUL. (Обзор). Вопросы биологической, медицинской и фармацевтической химии. 2018; 21(12): 28–34. doi: 10.29296/25877313-2018-12-06).
  17. Бобылева Р.И., Савин П.С. Физиологические и тех-нологические аспекты биосинтеза эргоалкалоидов в сапрофитной культуре Сlaviceps purpurea (Fr.) Tulasne (обзор). Вопросы биологической, медицинской и фармацевтической химии. 2019; 22(10): 30–36. doi: 10.29296/25877313-2019-10-05.
  18. Wong G., Lim L.R., Tan Y.Q., Go M.K., Bell D.J., Freemont P.S., Yew W.S. Reconstituting the complete biosynthesis of D-lysergic acid in yeast. Nature Communication. 2022; 13(1): 712.
  19. doi: 10.1038/s41467-022-28386-6.
  20. Chen J., Han M., Gong T., Yang J., Zhu P. Recent progress in ergot alkaloid research. RSC Advances. 2017; 7(44): 27384–27396. doi: 10.1039/C7RA03152A.
  21. Hulvová H., Galuszka P., Frébortová J., Frébort I. Parasitic fungus Claviceps as a source for biotechnological production of ergot alkaloids. Biotechnology Advances. 2013; 31(1):
  22. 79–89. doi: 10.1016/j.biotechadv.2012.01.005.
  23. Yao Y., Wang W., Shi W., Yan R., Zhang J., Wei G., Liu L., Che Y., An C., Gao S. Overproduction of medicinal ergot alkaloids based on a fungal platform. Metabolic Engineering. 2022; 69: 198–208. doi: 10.1016/j.ymben.2021.12.002.
  24. Mantle P. Comparative Ergot Alkaloid Elaboration by Selected Plectenchymatic Mycelia of Claviceps purpurea through Sequential Cycles of Axenic Culture and Plant Parasitism. Biology (Basel). 2020; 9(3): 41. doi: 10.3390/biology9030041.
  25. Шаин С.С. Биологические основы производства сырья спорыньи (Claviceps Purpurea (Fr.) Tul.) в биотехнологической системе гриб-растение (Обзор). Прикладная биохимия и микробиология. 1996; 32(3): 275–279.
  26. Фонин В.С., Сидякина Т.М., Шаин С.С., Озерская С.М., Павлова Е.Ф. Изучение условий хранения промышленных штаммов паразитарной культуры спорыньи. Прикладная биохимия и микробиология. 1996; 32(4): 406–410.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схема получения инфекционного конидиального материала поверхностным способом (на зерне ржи): 1 – зрелый склероций; 2 – суперэлитный инфекционный материал в пробирках на скошенной агаризованной среде; 3 – клонированный инфекционный материал в пробирках на скошенной агаризованной среде; 4 – инфекционный материал в колбах-матрацах на зерне ржи

Скачать (28KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Паразитарная культура спорыньи: 1 – конидиальный инфекционный материал, конидиоспоры показаны стрелкой; 2 – инфекционный материал на вареном зерне ржи; 3 – капли «медвяной росы» на соцветиях ржи; 4 – зрелые склероции на соцветиях ржи

Скачать (160KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Результаты качественного ТСХ-анализа мицелия двух линий-продуцентов эргоалкалоидов на 30-й день культивирования и склероциев паразитарной культуры: слева – in vitro культуры; справа – склероции паразитарных культур; А – эрготоксиновый А-6; Б – эрготоксиновый ВКМ-F-2450-D; В – стандартный образец; 1 – сумма эргокорнина и α-эргокриптина (в случае in vitro культивирования, предположительно); 2 – β-эргокриптин (в случае in vitro культивирования, предположительно)

Скачать (57KB)
Метаданные

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах