Антибиотическое действие экстракта лишайника Hypogymnia physodes

1.3.3 Чешуйчатые лишайники

Чешуйчатое  слоевище представляет собой как  бы промежуточную форму между  листоватым и накипным талломами. Обычно чешуйки такого слоевища возникают с самого начала развития лишайника в виде отстоящих небольших и плоских бугорков. Очень часто чешуйки способны образовывать лопасти по периферии. Различают три основных группы чешуйчатых талломов: чешуйчато-лопастные, тониниеобразные и субфолиатные [14].

Чешуйчато-лопастные слоевища уже на ранних стадиях своего развития теряют лучистую форму, лопасти утолщаются, становятся широко закругленными. По периферии слоевища лопасти свободные, а в центре черепитчато перекрывают друг друга. Обычно чешуйки рыхло прикреплены к субстрату, особенно если это почва, чешуйчатые виды каменистых субстратов формируют прикрепляющие гифы иногда до 2 мм длиной и более. В этом случае отделить их от субстрата бывает довольно трудно [17].

Некоторые виды прикрепляются к субстрату только одним центральным участком своей нижней поверхности – гомфом. На поперечном срезе такая чешуйка с гомфом напоминает гвоздь с большой шляпкой. Тониниеобразные слоевища состоят из цилиндрически-округлых или вздутых, прямостоячих, реже неясно лучистых чешуек. Иногда бочкообразные чешуйки слегка сужены в ножку. Примеры такого слоевища можно обнаружить у представителей рода Toninia. Субфолиатные талломы имеют лучистоватую форму, в центре иногда мелколопастное, не имеют настоящих ризин и легко отделяются от субстрата. Такие слоевища характерны для Miriquidica garovaglii и Lobothalia alphoplaca [2].

1.3.4 Кустистые лишайники

Под кустистыми лишайниками понимают ортотропные  формы в виде слабо-, сильноразветвленных или неразветвленных прямостоячих выростов. Слоевище может быть прямостоячим, реже оно простерто по субстрату или свисает со стволов и ветвей деревьев. Кустистые лишайники часто образуют либо густые дерновинки или подушечки. Прикрепление к субстрату осуществляется небольшим участком нижней части слоевища. Рост кустистых лишайников, в основном, верхушечный. Размеры кустистых талломов варьируют в широких пределах – от 2 – 50 см, известны данные о том, что длина отдельных слоевищ Usnea longissima может достигать 7 – 8 м.

В слоевище кустистых  лишайников либо все веточки одинаковой толщины, либо можно различить один или несколько более толстых стволиков с веточками первого, второго и т. д. порядков [7].

Различают радиально-кустистые формы и уплощенно-кустистые. Веточки радиально-кустистых видов имеют округло-цилиндическую форму и радиальное строение. На поперечном срезе таких ветвей заметны либо полости, как у представителей рода Cladonia, либо плотный центральный тяж из плотной плектенхимы, как у представителей Usnea. У уплощенно-кустистых лишайников веточки лентовидные или узкоремневидные, плоские, иногда желобчатые или трубчатосвернутые, но всегда дорсовентральные. На поперечном срезе сердцевина представлена рыхлой или паутинистой плектенхимой [1].

Очень своеобразная форма таллома, связывающая листоватые и кустистые лишайники наблюдается у клядоний, имеющих плагио-ортотропные слоевища. Их горизонтальные (первичные) слоевища, развивающиеся на субстрате, являются чешуйчатыми или мелколистоватыми. От них вверх поднимаются подеции, на которых расположены плодовые тела. Подеции бывают простыми, сцифовидными или разнообразно разветвленными. Губовидные подеции возникают на вершинках лопастей (долей) листоватых или кустистыхслоевищ. Эти вершинки расщепляются вдоль, обособляя верхнюю и нижнюю поверхность слоевища в виде двух губ. Верхняя губа становится выпуклой, и на ее внутренней поверхности развиваются соредии [3].

1.4 Общая характеристика лишайника Hypogymnia physodes

Hypogymnia – род лишайников семейства Parmeliaceae (Lecanorales, Lecanoromycetes, Ascomycota, Fungi). Фотобионт – водоросль рода Cystococcus [9].

Слоевище Hypogymnia physodes очень разнообразное по форме – розетковидное, полурозетковидное, неопределенной формы с беспорядочно расположенными, тесно сближенными или налегающими друг на друга лопастями, в центре довольно плотно прижатое к субстрату, по краям обычно более свободное [17].

Лопасти 1 – 5 см длиной и 1 – 6 мм шириной, слегка выпуклые, вильчато или перисто разветвленные, на концах часто расширенные, губовидно отогнутые, реже шлемовидно вздутые или трубчато свернутые, внутри полые. Верхняя поверхность серовато- или сизо-зеленоватая, желтовато-серовато-зеленоватая или слегка голубовато-зеленовато-серая, иногда с темными пятнами, или по краям буреющая, гладкая или морщинисто-складчатая, обычно без изидиев, но с соредиями; нижняя – черная или темно-коричневая, морщинисто-складчатая, матовая, по краям обычно несколько светлее, блестящая, без отверстий. Соредии мучнисто-зернистые, белые, соралии губовидные. Апотеции редко встречающиеся, обычно на коротких ножках или сидячие, блюдцевидные, около 2 – 12 мм в диаметре, с кожисто-коричневым диском, первоначально слегка блестящим, позже матовым, и тонким краем, одного цвета со слоевищем [18].

 Споры яйцевидные или эллипсоидные, 6 – 9×4.5 – 5 мкм. Пикнидии погруженные, разбросанные по всему слоевищу в виде черных точек или собранные группами. Пикноконидии прямые, 6.5 – 7.5×1.0 мкм. Кора слоевища от края желтеет, затем становится коричнево-красной. Содержит атранорин, физодовую и физодаловую кислоты. Произрастает на стволах и ветвях деревьев, валежнике, древесине и замшелых камнях в лесном поясе [9].

Произрастает на стволах и ветвях хвойных и лиственных пород деревьев, валежнике, древесине и замшелых камнях в лесном поясе, реже на других субстратах. Часто растет с другими видами гипогимний. Один из самых обычных лесных видов. Растет на всей территории республики [11].

Антибиотическое действие заключается  в торможении роста микроорганизмов благодаря высокому антибиотическому действию атранорина, хлоратранорина, физодовой, физодаловой, 3-гидроксифизодовой, 2-О-метилфизодовой и протоцетраровой кислот [17].

1.5 Вторичные метаболиты

Все химические соединения, содержащиеся в лишайниках, можно разделить на две группы – первичные (внутриклеточные) и  вторичные (внеклеточные) метаболиты. К внутриклеточным метаболитам  относят белки, полисахариды, аминокислоты, спирты, каротиноиды и витамины. Эти вещества синтезируются как грибом, так и водорослью, причем иногда трудно установить, которым из бионтов конкретное соединение было синтезировано. Первичные метаболиты не являются специфичными для лишайников веществами и могут быть обнаружены у свободноживущих грибов, водорослей и высших растений. Вторичные, или внеклеточные метаболиты синтезируются микобионтом. Они являются водонерастворимыми, откладываются на поверхности клеточных стенок гриба, и могут быть экстрагированы только органическими растворителями.

К настоящему времени вторичные  метаболиты изучены для более 5000 видов лишайников, что составляет 33 % от всего биоразнообразия. Не все  лишайниковые вещества являются специфичными: из около 700 известных вторичных  метаболитов около 60 отмечены у свободноживущих грибов и даже высших растений [18].

Например, антрахинон париетин, оранжевый пигмент, характерный для представителей порядка Teloschistales, отмечен для грибов родов Achaetomium, Alternaria, Aspergillus, Dermocybe, Penicillium, а также для высших сосудистых растений родов Rheum, Rumex и Ventilago. С другой стороны, у лишайников обнаружены вещества, типичные для высших растений, например, брассикастерол.

О путях биосинтеза лишайниковых веществ в лишайниках известно немного. Как правило, представления  об их синтезе основаны на исследованиях  аналогичных веществ, характерных для свободноживущих грибов. Считается, что большинство вторичных метаболитов образуется в процессе ацетат-полималонатного пути, некоторые – шикиматного и мевалонатного путей [19,20].

С помощью лабораторных исследований на культурах лишайников было установлено, что пара-депсиды играют ключевую роль как предшественники мета-депсидов, депсонов, дифениловых эфиров, депсидонов и дибензофуранов [21].

Среди продуктов ацетат-полималонатного пути широко представлены ароматические соединения. Большинство формируются соединением двух или трех фенольных колец орцинольного или β-орцинольного типа через эфирные, сложноэфирные и простые углеродные связи. Считается, что продукты ацетат-полималонатного пути свойственны только лишайникам, в частности, такие вещества как депсиды, депсидоны, дибензофураны, усниновая кислота и депсоны. Производные ацетат-полималонатного происхождения (хромоны, ксантоны и антрахиноны) идентичны или аналогичны продуктам нелихенизированых грибов и высших растений.

Вторичные метаболиты неравномерно распределены в слоевище лишайника. Некоторые лишайниковые вещества, например, красные и оранжевые антрахиноны и их производные, а также усниновая кислота, содержатся в верхнем коровом слое. Бесцветные депсиды и депсидоны откладываются в сердцевине лишайникового слоевища. Изучение локализации метаболитов иногда является трудной задачей. В настоящее время для ее решения применяются методы сканирующей электронной микроскопии (SEM) и лазерной микрозондовой масс-спектрометрии (LMMS). Например, с помощью SEM удалось установить, что кристаллы на поверхности корового слоя Lecanora cerebellina имеют двойственную структуру. Люминесцирующие хлорсодержащие кристаллы с помощью метода энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (EDX) были определены как ксантонвинеторин. Анализ не люминесцирующих кристаллов показал высокое содержание в них кальция. Экспериментально было установлено, что эти образования являются оксалатами кальция. Рентгеновская дифрактометрия (XRD) кристаллов с поверхности Pyxinecae siopruinosa показала, что это дигидраты оксалата кальция, а не вторичный метаболит лихексантон, известный для этого вида лишайника [22].

 Разные лишайниковые  вещества могут содержаться в  различных участках слоевища. Методами LMMS и трансмиссионной электронной микроскопии (TEM) было установлено, что лихексантон и руссулон (тетрациклический антрахинон) локализованы в разных участках плодового тела Lecidea russulaAch. [22,23]

Вторичные метаболиты, локализованные в верхнем коровом  слое лишайников, особенно произрастающих в местах с высокой инсоляцией, выполняют светопоглощающую функцию. Считается, что именно регулирование интенсивности светового потока, достигающего водорослевой зоны, являлось первичной функцией многих лишайниковых веществ. Дополнительной функцией вторичных метаболитов коры является защита таллома от чрезмерного ультрафиолетового излучения [24,25].

Интересными являются результаты исследования вторичных  метаболитов Lecanora somervellii. Образцы этого вида, произрастающие в высокогорьях Гималаев, содержали в коровом слое 2 светозащитных вещества – калицин (производное пульвиновой кислоты) и усниновую кислоту (поликетид). В более низких высотах этот вид содержал только один метаболит – усниновую кислоту [26].

 К типичным  веществам, содержащимся в коровом слое лишайников, относятся β-орцинол пара-депсидыатранорин и хлоратранорин, усниновая кислота, антрахиноны, ксантоны и производные пульвиновой кислоты.

Вторичные метаболиты корового слоя ранее недооценивались  лихенологами с точки зрения их применимости в филогенетических исследованиях. Было известно небольшое число лишайниковых веществ, общих для видов, входящих в высшие таксоны, например, вульпиновая кислота, характерная для видов рода Letharia, или антрахиноны, включая париетин, содержащиеся в коре представителей семейства Teloschistaceae. Однако учитывая высокую физиологическую важность этих веществ, кажется вероятным, что их формирование имело большое эволюционное значение. В настоящее время вторичные метаболиты коры начинают использоваться в систематике лишайников, в частности, при разграничении родов крупного семейства Parmeliaceae [27].

В отличие от корового слоя, вторичные метаболиты сердцевины широко используются при  идентификации видов лишайников. Возможность использования вторичных  метаболитов для определения лишайников подтверждается постоянным химическим составом представителей большинства видов вне зависимости от их географического распространения и субстратной приуроченности. В пределах комплекса морфологически схожих видов выделяют, как правило, три типа химических вариаций: отличия основных веществ, отличия хемосиндромов и отличия сопутствующих метаболитов.

Если популяции  морфологически идентичны, но имеют  строгие отличия химического  состава вследствие замены одних  метаболитов на другие, их считают отличающимися по содержанию основного вещества. Классическим примером является вид Pseudevernia furfuracea, имеющий три химические расы. Популяции первого типа содержат оливеторовую кислоту и распространены в Северной Европе. Популяции второго типа содержат физодовую кислоту и произрастают в Южной Европе и северной части Африки. Популяции третьей химической расы содержат леканоровую кислоту и произрастают в Северной Америке. Популяции первых двух рас биогенетически связаны, поскольку оливеторовая и физодовая кислоты могут быть получены одна из другой посредством простого химического превращения. Третья раса считается отдаленной, потому что леканоровая кислота биосинтетически не связана с предыдущими двумя веществами. На основании химической и географической разобщенности Североамериканские представители были выделены в самостоятельный вид Pseudevernia consocians. Представителей первых двух химических рас считают одним биологическим видом с двумя химическими вариациями [28].

Хемосиндромами  называют группы биосинтетически связанных метаболитов. Лишайники могут содержать определенное химическое вещество в качестве основного метаболита, а также небольшие количества других, близких по происхождению лишайниковых веществ в качестве дополнительных. В связи с этим, вещества, являющиеся основными у одних видов или популяций, могут быть дополнительными у других, и наоборот. Существование хемосиндромов сильно затрудняет определение промежуточных звеньев между разными химическими расами, поскольку необходимо учитывать не только сами метаболиты, но и их количественные показатели.

Кроме специфичных  вторичных метаболитов у лишайников имеются также особые полисахариды клеточных стенок, из которых наиболее часто встречаются лихенан, изолихенан и галактоманнан. В отличие от лишайниковых веществ, эти полисахариды используются в основном для определения высших таксонов грибов и лишайников. Примером может служить описание четырех групп полисахаров, характерных для разных видов семейства Parmeliaceae: изолихенан, лихенан Xanthoparmelia-типа, лихенан Cetraria-типа и лихенан промежуточного типа [25, 28].