Аннотация

В связи с широким применением растительных метаболитов в народной медицине, фармацевтической, пищевой и других отраслях промышленности, актуально изучение их токсичности с целью оценки безопасности для человека. Исследования in vivo большого количества образцов на токсичность с использованием животных в качестве тест-организмов являются дорогостоящими, так как требуют значительных материальных и временных ресурсов, а также одобрения этического комитета. В связи с этим востребованы альтернативные методы оценки токсичности объектов исследования, позволяющие сократить количество образцов, которые в дальнейшем будут подвергаться более углубленному изучению (например, на грызунах). Одним из альтернативных подходов оценки токсичности является использование модельных тест-организмов in vitro, например микроорганизмов. Целью данной работы являлась оценка токсичности ряда растительных метаболитов in vitro, с использованием биолюминесцентных бактерий Aliivibrio fischeri, и их влияния на ряд представителей микробиоты ЖКТ. Объектами исследования послужили растительные метаболиты: рутин, розмариновая и транс-коричная кислоты, кверцетин, кемпферол, байкалин и вогонин. Их степень чистоты составляла более 94 %. Данные метаболиты выделены в ходе ранее проведенных исследований из каллусных, суспензионных и корневых культур растений Сибирского федерального округа. Токсичность этих соединений определялась с помощью биолюминесцентных бактерий (A. fischeri): оценивалось влияние веществ на интенсивность свечения этих микроорганизмов. Анализ проводился с помощью тонкослойной хроматографии. Дополнительно оценивалось влияние исследованных растительных метаболитов на тест-штаммы: Propionibacterium jensenii (B-6085), Propionibacterium freudenreichii (B-11921), Lactobacillus freudenreichii subsp. freudenreichii (B-6561), Lactiplantibacillus plantarum (B-884), Bifidobacterium longum (AC-1257), Bifidobacterium bifidum (AC-1779). Установлено, что растворы рутина, кверцетина, вогонина и байкалина в 20 % этаноле проявляли токсичность по отношению к A. fischeri. Среди рассматриваемых объектов исследования только кемпферол стимулировал прирост биомассы лакто- и бифидобактерий. Кверцетин, рутин и транс-коричная кислота подавляли рост биомассы пропионовокислых бактерий. Остальные вещества подавляли негативное влияние 20 % этанола, не влияя на рост тест-штаммов. Результаты проведенного исследования подтвердили целесообразность предварительной оценки токсичности растительных объектов с помощью биолюминесцентных бактерий A. fischeri как промежуточного этапа перед in vivo исследованиями.

Ключевые слова

Растительные метаболиты, биологически активные вещества, биолюминесценция, токсичность, Aliivibrio fischeri, микробиота

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Vesnina AD, Milentyeva IS, Le VM, Fedorova AM, Altshuler OG, et al. Quercetin isolated from Hedysarum neglectum Ledeb. as a preventer of metabolic diseases. Foods and Raw Materials. 2025;13(1):192–201. https://doi.org/10.21603/2308-4057-2025-1-633
2. Фролова А. С., Фокина А. Д., Веснина А. Д., Милентьева И. С., Ле В. М. и др. Изучение геропротекторного потенциала in vivo метаболита Hedysarum neglectum. Бутлеровские сообщения. 2024. Т. 80. № 10. С. 59–67. https://elibrary.ru/LYMEYQ
3. Dmitrieva A, Kozlova O, Atuchin V, Milentieva I, Vesnina A, et al. Study of the effect of baicalin from Scutellaria baicalensis on the gastrointestinal tract normoflora and Helicobacter pylori. International Journal of Molecular Sciences. 2023;24(15):11906. https://doi.org/10.3390/ijms241511906
4. Милентьева И. С., Остапова Е. В., Ларичев Т. А., Веснина А. Д., Федорова А. М. Биофункциональная активность in vivo хлорогеновой кислоты и биоханина А, выделенных из экстрактов каллусной культуры Trifolium pratense L. Техника и технология пищевых производств. 2023. Т. 53. № 4. С. 754–765. https://doi.org/10.21603/2074-9414-2023-4-2475
5. Vesnina A, Milentyeva I, Minina V, Kozlova O, Asyakina L. Evaluation of the in vivo anti-atherosclerotic activity of quercetin isolated from the hairy roots of Hedysarum neglectum Ledeb. Life. 2023;13(8):1706. https://doi.org/10.3390/life13081706
6. Demirel S, Yilmaz DA. Effects of flavonoids on vascular activity. Global Translational Medicine. 2024;3(2):2458. https://doi.org/10.36922/gtm.2458
7. Qayum J, Bibi A, Preet G, Farid A. Flavonoid associated preclinical and clinical trials involved in insulin resistance/hyperglycemia, obesity, liver intoxication, aging, and cardiovascular diseases. In: Mishra N, Ashique S, Gowda JBH, Farid A, Garg A, editors. Role of flavonoids in chronic metabolic diseases: From bench to clinic. Beverly, MA: Scrivener Publishing; 2024. pp. 571–589. https://doi.org/10.1002/9781394238071.ch16
8. Ye D, Moon JH, Jung GY. Recent progress in metabolic engineering of escherichia coli for the production of various C4 and C5-dicarboxylic acids. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2023;71(29):10916–10931. https://doi.org/10.1021/acs.jafc.3c02156
9. Duda-Chodak A, Tarko T. Possible side effects of polyphenols and their interactions with medicines. Molecules. 2023;28(6):2536. https://doi.org/10.3390/molecules28062536
10. Gonzales GB, Smagghe G, Grootaert C, Zotti M, Raes K, et al. Flavonoid interactions during digestion, absorption, distribution and metabolism: A sequential structure-activity/property relationship-based approach in the study of bioavailability and bioactivity. Drug Metabolism Reviews. 2015;47(2):175–190. https://doi.org/10.3109/03602532.2014.1003649
11. Bhamre VG, Deore PD, Amrutkar RD, Patil VR. Vinod Polyphenols: The interactions with CYP 450 isoenzymes and effect on pharmacokinetics of drugs. Current Trends in Pharmacy and Pharmaceutical Chemistry. 2022;4(1):13–23. https://doi.org/10.18231/j.ctppc.2022.004
12. Miadoková E. Isoflavonoids – An overview of their biological activities and potential health benefits. Interdisciplinary Toxicology. 2009;2(4):211–218. https://doi.org/10.2478/v10102-009-0021-3
13. Eghbaliferiz S, Iranshahi M. Prooxidant activity of polyphenols, flavonoids, anthocyanins and carotenoids: Updated review of mechanisms and catalyzing metals. Phytotherapy Research. 2016;30(9):1379–1391. https://doi.org/10.1002/ptr.5643
14. Sakihama Y, Cohen MF, Grace SC, Yamasaki H. Plant phenolic antioxidant and prooxidant activities: Phenolicsinduced oxidative damage mediated by metals in plants. Toxicology. 2002;177(1):67–80. https://doi.org/10.1016/S0300-483X(02)00196-8
15. Zheng LF, Dai F, Zhou B, Yang L, Liu ZL. Prooxidant activity of hydroxycinnamic acids on DNA damage in the presence of Cu(II) ions: Mechanism and structure – activity relationship. Food and Chemical Toxicology. 2008;46(1):149–156. https://doi.org/10.1016/j.fct.2007.07.010
16. Vanhees K, de Bock L, Godschalk RWL, van Schooten FJ, van Waalwijk van Doorn-Khosrovani SB. Prenatal exposure to flavonoids: Implication for cancer risk. Toxicological sciences. 2011;120(1):59–67. https://doi.org/10.1093/toxsci/kfq388
17. Białk-Bielińska A, Grabarczyk Ł, Mulkiewicz E, Puckowski A, Stolte S, et al. Mixture toxicity of six pharmaceuticals towards Aliivibrio fischeri, Daphnia magna, and Lemna minor. Environmental Science and Pollution Research. 2022;29:26977–26991. https://doi.org/10.1007/s11356-021-17928-y
18. Хрульнова С. А., Манухов И. В., Зарубина А. П., Завильгельский Г. Б. Aliivibrio logei KCh1 (изолят камчатка): биохимические и люминесцентные характеристики, клонирование lux-оперона. Микробиология. 2010. Т. 79. № 3. С. 368–375. https://elibrary.ru/MSQKKN
19. Rodrigues S, Alves RS, Antunes SC. Impact of caffeine on aquatic ecosystems: Assessing trophic-level biological responses. Journal of Xenobiotics. 2025;15(3):86. https://doi.org/10.3390/jox15030086
20. Yao Z, Wang D, Wu X, Lin Z, Long X, et al. Hormetic mechanism of sulfonamides on Aliivibrio fischeri luminescence based on a bacterial cell-cell communication. Chemosphere. 2019;215:793–799. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2018.10.045
21. Abbas M, Adil M, Ehtisham-Ul-Haque S, Munir B, Yameen M, et al. Vibrio fischeri bioluminescence inhibition assay for ecotoxicity assessment: A review. The Science of The Total Environment. 2018;626:1295–1309. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.01.066
22. Yang Z, Zhu Y, Dong Z, Hao Y, Wang C, et al. Engineering bioluminescent bacteria to boost photodynamic therapy and systemic anti-tumor immunity for synergistic cancer treatment. Biomaterials. 2022;281:121332. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2021.121332
23. Fenyvesi É, Berkl Z, Ligethy L, Fekete-Kertész I, Csizmazia M, et al. Long-chain alkylthio cyclodextrin derivatives for modulation of quorum-sensing-based bioluminescence in Aliivibrio fischeri model system. International Journal of Molecular Sciences. 2024;25(13):7139. https://doi.org/10.3390/ijms25137139
24. Tongur S, Yıldız S. Toxicity tests using flurbiprofen, naproxen, propranolol, and carbamazepine on Lepidium sativum, Daphnia magna, and Aliivibrio fischeri. Desalination and Water Treatment. 2021;221:359–366. https://doi.org/10.5004/dwt.2021.27038
25. Vesnina A, Prosekov A, Atuchin V, Minina V, Ponasenko A. Tackling atherosclerosis via selected nutrition. International Journal of Molecular Sciences. 2022;23(15):8233. https://doi.org/10.3390/ijms23158233
26. Vesnina AD, Frolova AS, Chekushkina DYu, Milentyeva IS, Luzyanin SL, et al. Gut microbiota and its role in development of chronic disease and aging. Foods and Raw Materials. 2026;14(1):174–197. https://doi.org/10.21603/2308-4057-2026-1-668
27. Chiu HF, Venkatakrishnan K, Golovinskaia O, Wang CK. Gastroprotective effects of polyphenols against various gastro-intestinal disorders: A mini-review with special focus on clinical evidence. Molecules. 2021;26(7):2090. https://doi.org/10.3390/molecules26072090
28. Gates EJ, Bernath AK, Klegeris A. Modifying the diet and gut microbiota to prevent and manage neurodegenerative diseases. Reviews in the Neurosciences. 2022;33(7):767–787. https://doi.org/10.1515/revneuro-2021-0146
29. Shabbir U, Rubab M, Daliri EBM, Chelliah R, Javed A, et al. Curcumin, quercetin, catechins and metabolic diseases: The role of gut microbiota. Nutrients. 2021;13(1):206. https://doi.org/10.3390/nu13010206
30. Mahdi L, Graziani A, Baffy G, Mitten EK, Portincasa P. Unlocking polyphenol efficacy: The role of gut microbiota in modulating bioavailability and health effects. Nutrients. 2025;17(17):2793. https://doi.org/10.3390/nu17172793
31. Чекушкина Д. Ю., Милентьева И. С., Ле В. М., Просеков А. Ю., Проскурякова Л. А. Потенциал использования метаболита бородатых корней Scutellaria baicalensis в качестве геропротектора. Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Пищевые и биотехнологии. 2024. Т. 12. № 2. С. 87–95. https://doi.org/10.14529/food240210
32. Dyshlyuk LS, Fedorova AM, Dolganyuk VF, Prosekov AYu. Optimization of extraction of polyphenolic compounds from medicinal lungwort (Pulmonaria officinalis L.). Journal of Pharmaceutical Research International. 2020;32(24):36–45. https://doi.org/10.9734/JPRI/2020/v32i2430807
33. Дышлюк Л. С., Дроздова М. Ю., Лосева А. И. Исследование показателей безопасности экстрактов каллусных культур Pulmonaria officinalis и их фитохимического состава на наличие биологически активных веществ с потенциальными геропротекторными свойствами. Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2021. Т. 11. № 2. С. 260–271. https://doi.org/10.21285/2227-2925-2021-11-2-260-271
34. Федорова А. М., Дмитриева А. И., Дышлюк Л. С. Культивирование дикорастущих лекарственных растений СФО in vitro в целях накопления потенциальных геропротектеров. Научные труды Северо-Кавказского федерального научного центра садоводства, виноградарства, виноделия. 2020. Т. 30. С. 134–138. https://doi.org/10.30679/2587-9847-2020-30-134-138
35. Чернин В. В., Бондаренко В. М., Червинец В. М., Базлов С. Н. Helicobacter pylori как составная часть микробиоценоза мукозной микрофлоры эзофагогастродуоденальной зоны в норме и патологии. Экспериментальная и клиническая гастроэнтерология. 2011. № 8. P. 66–72. http s://elibrary.ru/TBZEHN
36. Алешина Е. С., Каримов И. Ф., Дерябин Д. Г. Методы биолюминесцентного тестирования. Оренбург: Оренбургский государственный университет, 2011. 56 с. https://elibrary.ru/XNCTGL
37. Geldert C, Abdo Z, Stewart JE, A HS. Dietary supplementation with phytochemicals improves diversity and abundance of honey bee gut microbiota. Journal of Applied Microbiology. 2021;130(5):1705–1720. https://doi.org/10.1111/jam.14897
38. Shimojo Y, Ozawa Y, Toda T, Igami K, Shimizu T. Probiotic Lactobacillus paracasei A221 improves the functionality and bioavailability of kaempferol-glucoside in kale by its glucosidase activity. Scientific reports. 2018;(8):9239. https://doi.org/10.1038/s41598-018-27532-9
39. Tkacz K, Połomska X, Turkiewicz IP, Wojdyło A. Enhancement of bioaccessibility and modulation of green tea phenolic compounds through pre-transformation by Lactobacillus and Bifidobacterium strains. Food Research International. 2025;217:116848. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2025.116848