Авермектин
Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Авермектин
Авермектини вперше були виділені з продуктів життєдіяльності грунтових мікроорганізмів – актиноміцетів виду Streptomyces avermitilis. В процесі досліджень було виявлено, що авермектини мають виключно високу активність і широкий спектр антипаразитарної дії. Авермектини вперше були виділені з продуктів життєдіяльності грунтових мікроорганізмів – актиноміцетів виду Streptomyces avermitilis [1] наприкінці 70-х років. Перший опис культури Streptomyces avermitilis як продуценту авермектинів з’явився у 1978 році в роботах Берга, Міллера. В працях [1, 2] відмічається, що культура продукує, як правило, чотири основних форми авермектинів – А1, А2, В1, В2, які відрізняються радикалами. В свою чергу, кожен компонент має 2 форми ізомерів : а та в. Комплекс, що містить 8 авермектинів дістав назву – аверсектин.
За хімічною структурою (рис. 1) кожен компонент авермектинового комплексу являє собою макролід з макроциклічного лактону, зв’язаного з дісахаридом діолеандрозою. Лактонна частина утворюється з тих нижчих жирних кислот, які є попередниками у біосинтезі жирних кислот у клітинах актиноміцетів [1, 2]. Авермектини мають виключно високу активність і широкий спектр антипаразитарної дії. Вони активні по відношенню до екзо- та ендопаразитів тварин (кліщів, нематод, бліх, вошей тощо), а також фітонематод та комах – шкідників рослин (крапчастий і павутинні кліщі, міль, попелиця та ін.) [1, 3, 4]. Авермектини характеризуються вибірковою направленістю дії: вони пригнічують синтез речовин, що виконують роль медіаторів при перенесенні нервового імпульсу у членистоногих та хробаків, внаслідок чого наступає параліч і смерть. У біологічному відношенні найбільш активні до фітопаразитів авермектини В1а і В1в.
Рис. 1. Загальна структура авермектинів: R1 = H в “В” компонентах; R1 = CH3 в “А” компонентах; R2 = СН2СН3 в “А” компонентах; R2 = СН3 в “В” компонентах. Х = CH = CH в “1” компонентах; Х = СН2СНОН в “2” компонентах; Препарати, що нанесені на наземні частини рослин чи внесені у грунт проникають в рослину через кореневу систему, стебло чи листя і доволі швидко розкладаються в аеробних умовах. Період піврозпаду 3-4 тижні. Особливо активний розпад проходить в лужних грунтах. В анаеробних умовах розкладання не відбувається. Тому залишки аверсектину в грунті дуже незначні, що є нешкідливим для агрокультур, а отже і екологічно безпечно [2]. Відомо, що до теперішнього часу на Україні для захисту рослинних культур використовувались переважно пестициди та гербіциди. Ефективність цих отрутохімікатів досить висока, але ж і шкідливий вплив не менше. Наприклад, пестициди хлорорганічної природи зберігаються у грунтах до десяти років, а також накопичуються в організмі рослин і тварин. Через рослини ці хімікати потрапляють до організму людини. Більшість із пестицидів мають канцерогенну, мутагенну, а також тератогенну активність, що при екологічних негараздах України, ослабленні здоров’я населення у зв’язку з Чорнобильською катастрофою, постійними стресами, побутовою невлаштованістю, спричиняє шкідливіший в десятки разів вплив.
Отже, отримання і використання препаратів біологічного походження на основі авермектинів – альтернативи використанню отрутохімікатів – необхідна справа, яка б дозволила українцям оздоровити грунти своєї країни, потурбуватися про своє здоров’я і про майбутнє своїх нащадків. В Україні біологічних препаратів на основі авермектинів не вироблялося у зв’язку з відсутністю власного штаму-продуценту. Але ще 1998 році групою дослідників на чолі з Ісаєнком В.М., у співпраці з вченими Інституту мікробіології та вірусології НАНУ ім. Заболотного та фахівцями ВАТ ВНП «Укрзооветпромпостач» було розпочато фундаментальну роботу, метою якої стала розробка та впровадження у виробництво екологічно безпечних антипаразитарних препаратів біологічного походження на основі авермектинів. Роботу було розпочато з пошуку вітчизняного штаму-продуценту авермектинів.
В результаті проведених досліджень було виділено та запатентовано вітчизняний штам- продуцент авермектинів Streptomyces avermitilis IMV Ac 2161 [5], який задепоновано в Депозитарії ІМВ НАНУ під номером Ас 5006. Але оскільки активність штаму була недостатньо високою (30-75 мкг/млсп.екстр.) для промислового використання, було проведено роботи по підвищенню біосинтетичної активності культури. В процесі дослідів використовувались такі відомі мутагени, як ультрафіолетове випромінювання та гамма-випромінювання. При обробці штаму Streptomyces avermitilis IMV Ac 2161 УФ-опроміненням було оброблено десятки моноізолятів культури, використовували різну тривалість опромінення, перевіряючи після проведення процесу як активність, так і здатність моноізоляту зберігати придбану властивість до підвищеного продукування авермектинів після декількох пасажів (пересівів). В результаті проведених дослідів було визначено, що найбільший мутагенний ефект спостерігається при експозиціях 180 і 210 с, в результаті чого активність штаму Ас 2161 підвищилася до 160 мкг/млсп.екстр., отже саме така тривалість опромінення повинна використовуватись і для подальшої селекційної роботи. Для опромінення гама-квантами використовували штам Ас 2161 з активністю 160 мкг/млсп.екстр., доза опромінення 400 Гц. В результаті вдалось підвищити біосинтетичну активність штаму ще на 62,5 %, тобто до значення 260 мкг/см3. Слід відмітити, що отримані моноізоляти за результатами ТШХ синтезували авермектин В1 в значно більшій кількості порівняно з вихідним варіантом 2161, а це надзвичайно важливо, оскільки саме компонент В1, як вже згадувалось, виявляє найвищу серед інших компонентів авермектинового комплексу антипаразитарну активнісь.
Паралельно проводились роботи по вивченню та оптимізації складу живильного середовища для культивування Streptomyces avermitilis. З літературних джерел відомо, що на продукування авермектинів значно вливає співвідношення у поживному середовищі С/N [3]. Вплив азотного джерела живлення на синтез авермектинів обумовлене не тільки його концентрацією, яка виражається співвідношенням С/N, але і якісним складом азотного субстрату. Метою проведеного дослідження було визначення найкращого джерела азотного живлення культури Streptomyces avermitilis, при використанні якого у кінцевому продукті – комплексі авермектинів – буде міститись максимальна кількість авермектину В1. Відомо, що найбільш інтенсивний біосинтез авермектинів в культурі продуценту відбувається при співвідношенні С/N = 20 – 23. В табл.1 представлені результати проведенних дослідів по заміні БВК як джерела азоту на інші джерела, які стали б рівноцінними БВК. Концентрація глюкози в середовищі була сталою і складала 6,5 – 7,0 % за технічною вагою. Концентрація азотистих речовин добиралась в межах співвідношення С/N = 20 – 25. Для досліду брали: сухий кормовий лізин (Трипільський завод); сухі кормові дріжджі (Сторонібабський спиртзавод, Львівська обл.); сухі медичні пивні дріжджі (ФС 42-654-72); вологі хлібопекарські дріжджі (W = 75 %). Концентрація цих речовин у ферментаційному середовищі складала від 0,5 до 3,5 %. Контрольне середовище мало такий склад, %: • соєве борошно – 0,9; • кукурудзяний екстракт – 0,4 (за сухими речовинами); • БВК –0,6; • К2НРО4 – 0,05; • СаСО3 – 0,4. Приведені у табл.1 результати досліджень свідчать про те, що рівноцінною заміною БВК можуть бути як сухі пивні дріжджі, так і кормовий лізин. При використанні у складі ферментаційного середовища кормового лізину розрахунок потрібно проводити на вміст чистого лізину, адже в концентрації вище 0,2 % він викликає пригнічення біосинтезу.
Важливим моментом у виробництві препаратів на основі авермектинів є стадія вилучення авермектинів з клітини шляхом екстракції, оскільки ці речовини – ендогенні метаболіти. Нами вивчався вплив органічних розчинників (у воді авермектини не розчиняються) на якість проходження екстракції, а також вплив тривалості процесу на глибину вилучення авермектинів.В результаті проведених досліджень було визначено, що для ацетону та етанолу оптимальною є 3-х годинна екстракція, так як саме за цей період вилучається максимальна кількість u1072 авермектинів. Для етилацетату та бутанолу оптимальною є добова екстракція. Висновок: Авермектини – речовини біологічного походження з антипаразитарним спектром дії, які є екологічно безпечними як для грунту, так і для рослин, тварин і людей. Актуальною є тема розробки технології отримання препаратів на основі авермектинів на Україні.
[ред.] Література
- 1. Campbell W.C., Fisher M.H., Stapley E.D., Albers – Schonberg G., Jacob T.A., Schonberg G. Ivermectin, a potent new antiparasitic agent’, Scitnce, USA, 1983, V.221, № 4613, p.823 –828.
- 2. Рославцева С.А. «Новая группа инсектоакарицидов и нематоцидов», Агрохимия, 1987, № 7, с. 130.