Российские ученые из Лаборатории химии морских природных соединений Тихоокеанского института биоорганической химии Дальневосточного отделения РАН совместно с Национальным научным центром морской биологии им. А. В. Жирмунского ДВО РАН собрали информацию об углеводсодержащих низкомолекулярных соединениях, которые вырабатываются микроводорослями. Некоторые из них могут быть опасны для человека, а другие обладают иммуномодулирующими свойствами и поэтому могут использоваться при производстве лекарств. Обзорная статья опубликована в журнале Marine Drugs.
Микроводоросли — это морские или пресноводные одноклеточные водоросли, фитопланктон. Всего насчитывается более 50 тысяч видов микроводорослей. Среди них биологи выделяют более крупные таксоны, например: диатомовые водоросли, динофлагелляты, кокколитофториды и так далее. Некоторые микроводоросли — свободноживущие организмы, другие находятся в симбиозе, например, с кораллами. Микроводоросли способны к фотосинтезу и производят около половины всего атмосферного кислорода, а также вырабатывают более 60% всех органических веществ в морских экосистемах. Одноклеточные водоросли имеют большое экономическое значение: промышленность получает с их помощью биотопливо, а некоторые из вырабатываемых ими соединений могут использоваться при производстве лекарств или БАД. В то же время микроводоросли могут нести и негативные для человека последствия — они ответственны за цветение водоемов, которое может быть губительно для других их обитателей, в частности, рыб и морских млекопитающих.
Российские ученые составили обзор о вырабатываемых микроводорослями низкомолекулярных гликоконъюгатах — соединениях, в которых углеводы связаны с другими молекулами, такими как липиды, белки и так далее. В обзоре значительное внимание биологи уделили структуре, свойствам, биологическим функциям и методам выделения гликоконъюгатов, а также подходам к поиску новых биологически активных веществ. Гликоконъюгаты важны для микроводорослей, так как участвуют в процессе фотосинтеза или входят в состав их клеточной стенки. Вместе с тем некоторые углеводсодержащие метаболиты микроводорослей заслуживают особого внимания, так как имеют значение для человека. Так, гликоконъюгаты могут стимулировать человеческий иммунитет, то есть они обладают иммуномодулирующими свойствами. Например, фосфогликолипиды специфично активируют Т-клетки, играющие главную роль в приобретенном иммунитете. А сульфогликолипиды помогают активировать дендритные клетки, которые, в свою очередь, презентируют антиген Т-клеткам (то есть «знакомят» иммунные клетки с патогеном). Такие соединения могут использоваться как адъюванты — молекулы, усиливающие иммунный ответ.
Авторы обзорной статьи также описали гликоконъюгаты микроводорослей, которые содержат мышьяк. В морской воде содержится около 1-2 микрограмм мышьяка на литр, и микроводоросли способны его потреблять и преобразовывать в новые соединения, растворимые в воде или в жирах. При этом микроводоросли — пища для многих животных. Следовательно, соединения мышьяка способны перемещаться вверх по пищевой цепочке и доходить до человека, вызывая острые и хронические отравления. Более подробное изучение таких веществ поможет оценить риски для человека, связанные с их случайным потреблением.
Также ученые рассмотрели, как гликоконъюгаты могут влиять на цветение водоемов, которое может вызываться микроводорослями. Цветение часто сопровождается заражением этих микроорганизмов вирусами, которые, по последним данным, широко распространены в морских экосистемах: в одном литре морской воды может содержаться до 10 миллиардов вирусных частиц. При этом цветение водоемов нередко завершается тем, что клетки микроводорослей просто погибают в результате вирусной инфекции. Исследователи привели данные о том, что гликосфинголипиды, входящие в клеточную мембрану микроводорослей, помогают вирусам проникать в их клетки и заражать их. При этом во время заражения может происходить горизонтальный обмен генами: вирусы способны передавать микроводорослям гены, связанные с биосинтезом сфинголипидов и гликосфинголипидов. Эти данные помогут лучше понять, как регулируется цветение водоемов и предотвратить это явление.
«Открытие большого разнообразия новых углеводсодержащих метаболитов, их участие в регуляции цветения микроводорослей при вирусных инфекциях, а также обнаружение мощной иммуномодулирующей активности, проявляемой метаболитами этого типа, можно отнести к наиболее интересным достижениям последнего времени. Структуры, свойства и биологическая роль гликоконъюгатов из микроводорослей привлекают большое внимание, которое растет из года в год», — прокомментировала Инна Стоник, одна из авторов статьи, ст.н.с. Лаборатории морской микробиоты ННЦМБ ДВО РАН.
Материал подготовлен при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках федерального проекта «Популяризация науки и технологий».
