КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 23-24-00310
НазваниеВозможности использования современных методов метаболомного анализа в систематике и филогении растений и при поиске источников активных молекул с определенными терапевтическими свойствами
Руководитель Костикова Вера Андреевна, Кандидат биологических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Центральный сибирский ботанический сад Сибирского отделения Российской академии наук , Новосибирская обл
Конкурс №78 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»
Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-102 - Ботаника
Ключевые слова Растения, водно-этанольные экстракты, метаболомный профиль, хемотаксономия, хемофенетика, биологическая активность, биологически активные вещества
Код ГРНТИ34.29.00
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Хромато-масс-спектрометрический анализ паттернов метаболитов и их динамики (так называемое метаболическое прифилирование от англ. metabolic profiling) представляет собой сравнительно новый метод, позволяющий адекватно оценить статус метаболизма растений или его отдельных органов. На основе полученных данных может быть построена виртуальная модель паттерна метаболитов, которая может рассматриваться как статический «снимок» (англ. snapshot) метаболизма. В отношении специфических для объекта соединений метаболические профили могут служить объективной молекулярной характеристикой таксономического положения растения, на основе которой можно формализовать связи таксономического и фитохимического биоразнообразия. Для этого, в рамках традиционного подхода ненаправленного (англ. untargeted) метаболомного анализа, предполагается получение серийных данных на группе объектов, построение метаболомной матрицы и анализ ее средствами хемометрики с целью учета не только характера метаболических профилей разных растений, но и корреляционных связей между ними. С другой стороны ненаправленный метаболомный анализ даст возможность сделать первичную сравнительную фармацевтическую оценку экстрактов из растений и осуществить целенаправленный поиск биологически активных молекул с заданными терапевтическими свойствами. Метаболомный анализ, проведенный с помощью высокоточной аналитической техники, с успехом применяется в сравнительной фитохимической характеристике растений по всему миру и является новым в современной фитохимии.
Предыдущие исследования морфологии, таксономии, фитохимии и фенольных соединений отдельных представителей растений рода Spiraea L. (Rosaceae Juss.), произрастающих на территории России, показали перспективность изучения вторичных метаболитов и проведения скрининговых исследований на проявление различной фармакологической активности этих растений. Полного сравнительного метаболомного анализа для представителей рода Spiraea на сегодняшнее время не проводилось. Компонентный состав фенольных соединений исследован у ограниченного круга видов, связь особенностей содержания отдельных веществ с таксономией и филогенией видов до сих пор четко не установлена. Настоящий проект направлен на решение фундаментальной проблемы биологии – изучение, сохранение и рациональное использование фиторазнообразия России. В рамках проекта запланировано сравнительное изучение паттернов метаболитов растений рода Spiraea России с целью оценки таксономического и филогенетического (хемофенетического) значения вторичных метаболитов для данного рода, а также исследования возможности использования экстрактов их этих растений в качестве источника биологически активных веществ с различной терапевтической направленностью (противоопухолевой, антивирусной и/или антиоксидантной).
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Публикации
1.
Костикова В.А., Петрова Н.В., Шалдаева Т.М., Коваль В.В., Черноносов А.А.
Non-Targeted Screening of Metabolites in Aqueous-Ethanol Extract from Spiraea hypericifolia (Rosaceae) Using LC-HRMS
International Journal of Molecular Sciences, Т. 24, N 18, 13872 (год публикации - 2023)
10.3390/ijms241813872
2.
Есаулкова Я.Л., Шурупова М.Н., Костикова В.А., Зарубаев В.В
ОЦЕНКА ПРОТИВОГРИППОЗНЫХ СВОЙСТВ ЭКСТРАКТОВ P. FRUTICOSA И S. ALTAIENSIS IN VITRO
Достижения и перспективы создания новых лекарственных растительных препаратов: cборник научных трудов Международной научно-практической конференции, с. 80-84 (год публикации - 2023)
10.52101/9785870191102_80
3.
Костикова В.А., Иметхенова О.В., Петрова Н.В.
Межпопуляционная изменчивость содержания полифенолов в листьях Spiraea aquilegifolia (Rosaceae) в Республике Бурятия
Растительные ресурсы, том 59, вып. 4, с. 439–449 (год публикации - 2023)
10.31857/S0033994623040064
4. Костикова В.А., Иметхенова О.В., Шалдаева Т.М., Кукушкина Т. А. Содержание вторичных метаболитов и антиоксидантная активность экстрактов из надземных органов Spiraea aquilegiifolia, произрастающей в Республике Бурятия Устойчивость растений и микроорганизмов к неблагоприятным факторам среды: тезисы докладов VI Всероссийской научной конференции с международным участием, С. 94 (год публикации - 2023)
Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Во второй год реализации проекта завершен биоинформатический анализ роли вторичных метаболитов в таксономии и филогении растений исследуемых видов рода Spiraea. В результате изучения роли вклада вторичных метаболитов в таксономию и филогению 22 видов растений рода спирея (Spiraea), произрастающих в России, было выявлено, что исследуемые виды растений на основании сходства паттернов вторичных метаболитов можно разделить на два независимых таксономических кластера. На данном этапе исследования было аннотировано 25 метаболитов, вносящих наибольший вклад в формирование различий в паттернах вторичных метаболитов представителей первого кластера от представителей второго. Для второго таксономического кластера также было выявлено 25 характеристических метаболитов и проведена аннотация данных метаболитов методами ненаправленного МС/МС-анализа с использованием алгоритма последовательного получения всех возможных фрагментных спектров. В результате исследования для каждого таксономического кластера выявлены наборы характеристических метаболитов, которые могут быть использованы для последующей скрининговой оценки принадлежности других представителей рода к данным таксономическим кластерам.
Закончена аннотация неидентифицированных мажорных соединений в метанольных экстрактах 15 видов рода Spiraea, выбранных для установления профиля биологической активности, с использованием метода направленной тандемной масс-спектрометрии. На данном этапе исследования была проведена аннотация 14 неидентифицированных на предыдущем этапе исследования вторичных метаболитов побегов первого года с использованием подхода таргетной тандемной хромато-масс-спектрометрии. Предсказание структуры осуществлялось с опорой на предсказанный элементный состав аналитов (с точностью массы, соответствующей спецификации прибора) на основании базы данных Reaxys и подтверждалось ручной интерпретацией МС/МС-спектров.
Получены фракции различной полярности (гексановые, дихлорметановые и спиртовые) из экстракта растений Spiraea trilobata, проявляющей максимальный цитотоксический эффект к клеткам Hela и высокий антирадикальный потенциал в тесте DPPH, а также из экстракта Spiraea ussuriensis, обладающей высоким противовирусным эффектом в отношении вируса гриппа A (H1N1) и высокими показателями в тестах TEAC и NBT. На высокоточной аналитической технике впервые в мировой науке проведена аннотация мажорных соединений эффективных фракций из годичных побегов растений исследуемых видов рода Spiraea. Проведен скрининг изучаемых фракций на проявление токсичности, антипролиферативного (клетки Hela), антивирусного (A/Puerto Rico/8/34 (H1N1)) и антиоксидантного действия. Отобраны две фракции S. trilobata с наиболее высокой биологической активностью для дальнейшего изучения. Из этих фракций выделено 9 мажорных метаболитов в индивидуальном виде, определена их биологическая активность и токсичность. Выявленные мажорные метаболиты были отнесены к классу полифенольных соединений, а именно к производным кверцетина, лютеолина и производным гидроксикоричных кислот, к классу высших карбоновых кислот и к классу тритерпеновых сапонинов. Структура выделенных соединений определялась методом тандемной хромато-масс-спектрометрии с ионизацией электрораспылением (ЭР-ОФ-УВЭЖХ-КВП-МС/МС).
Проведена оценка выбранных образцов сухих экстрактов, фракций и/или индивидуальных соединений на проявление биологической активности и токсичности на грызунах. Исследование противовирусного эффекта фракции S. trilobata на лабораторных грызунах показало ее умеренную противовирусную активность. Учитывая комплексный состав фракции для повышения протективной активности целесообразно более длительное ее применение при гриппозной пневмонии у животных.
Выявлены и описаны совокупности микроскопических признаков для точной идентификации сырья побегов первого года растений рода Spiraea – S. trilobata и S. ussuriensis, отобранных в результате фитохимического и фармакологического скрининга.
Публикации
1.
Kostikovaa V. A., Imetkhenova O. V., Petrova N. V.
Interpopulation Variation of Leaf Polyphenol Content in Spiraea aquilegifolia (Rosaceae) from the Republic of Buryatia
Doklady Biological Sciences, Vol. 59, No. 4, pp. 439–449 (год публикации - 2024)
DOI: 10.1134/S0012496624701138
2.
Костикова В. А. , Петрук А. А. , Веклич Т. Н. , Петрова Н. В.
Биологически активные вещества и антиоксидантная активность Spiraea humilis (Rosaceae) в условиях in vitro
Растительные ресурсы, Том 60, вып. 3, с. 98–109. (год публикации - 2024)
10.31857/S0033994624030073
3.
Орлова А. А., Соболева А. В., Силинская С. А., Казантаева М., Фролов А. А., Костикова В. А.
Перспективы использования растений рода Spiraea в фитофармацевтической практике
Биосистемы: организация, поведение, управление: Тезисы докладов 77-й Международной школы-конференции молодых ученых (Н. Новгород, 15–19 апреля 2024 г.). Н. Новгород, Университет Лобачевского. , С. 263 (год публикации - 2024)
нет
4.
Костикова В.А., Есаулкова Я.Л., Ильина П.А., Зарубаев В.В., Шейкин В.В., Петрук А.А., Рубцова Е.Д., Веклич Т.Н.
Antiviral potential of Spiraea extracts (prepared by repercolation) against influenza A (H1N1) virus
Foods, T. 13, N 24, 4008 (год публикации - 2024)
https://doi.org/10.3390/foods13244008
Возможность практического использования результатов
Полученные сведения по биологической активности и действующим веществам видов растений родов Spiraea позволят внедрить в практику применение вытяжек из перспективных растений в виде сухих/густых экстрактов или индивидуальных соединений для производства фитопрепаратов с определённой фармацевтической направленностью. Результаты выполнения работ по проекту опубликованы в ведущих международных и отечественных научных журналах, индексируемых в базах данных Web of Science Core Collection, Scopus, RSCI, РИНЦ. В дальнейшем будет подана патентная заявка для регистрации разработанного экстракта растения или растительного препарата с выраженной противовирусной и/или антиоксидантной активностью. Кроме этого полученные данные по фитохимии растений войдут в докторскую диссертационную работу.