Определение алломеланинов в лузге подсолнечника весовым методом

Актуальность. Меланины – группа пигментов со сложной кристаллической структурой и большой молекулярной массой, имеющие широкое применение в современном медицинском, парфюмерном, пищевом, полимерном производстве. Обладают выраженным противовирусным, антибактериальным, антигрибковым, противолучевым действием и антиоксидантной активностью. Различают меланины животного (меланины), микробного (микомеланины) и растительного (фитомеланины) происхождения. В настоящий момент актуальным является поиск новых источников растительных меланинов и простых методов их определения, позволяющих в дальнейшем выявлять образцы с повышенным содержанием этих веществ для различного использования. Важным значением меланина, накапливающегося в плодовой оболочке семянок подсолнечника, является его роль в обеспечении устойчивости этой культуры к подсолнечной огнёвке (Homoeosoma nebulella Hb.). Задача исследования – разработка метода определения меланинов и демонстрация его возможностей на примере коллекции подсолнечника ВИР. Материалы и методы. В работе представлен модифицированный метод определения алломеланинов (фитомеланинов) в лузге и семенах подсолнечника из коллекции ВИР: отработаны оптимальные режимы экстракции, фильтрования, осаждения и промывания алломеланинов от примесей. Результаты. Содержание алломеланинов в лузге подсолнечника в среднем составило 5,7%, при этом минимальное количество – 1,5%, максимальное – 8,7%. Доля этих пигментов в исследуемых семенах подсолнечника находилась в диапазоне 0,4%-2,7% при среднем значении 1,7%. Выделены образцы с повышенным содержанием пигментов в лузге: к-2776, к-3511, к-3892, к-3901, к-641884 и с пониженным – к-3568, к-3647, к-3649, к-3760, к-3762. Между содержанием алломеланинов в лузге и в семенах обнаружена высокая положительная корреляция (r=0,83). Заключение. Разработан простой метод выделения алломеланинов, который дает хорошо воспроизводимые результаты и может быть использован для скрининга коллекции генетических ресурсов растений, направленного на выявление образцов, характеризующихся высоким содержанием меланина. Метод позволяет выявлять наиболее перспективные образцы для селекции по признаку устойчивости к повреждающему действию гусениц подсолнечной огневки.

1. Алексеева Т.Н., Оганесянц Л.А., Красникова Е.В., Рудометова Н.В. Исследование растительного меланина как пищевого красителя для безалкогольных напитков. Хранение и переработка сельхозсырья. 2008;7:40-43.

2. Алексеева Т.Н., Орещенко А.В., Кулакова А.В., Дурнев А.Д., Самусенок Л.В., Огарков Б.Н. Влияние растительного меланинового пигмента на кластогенные эффекты химических мутагенов у мышей. Экспериментальная и клиническая фармакология. 2001;6:56-59.

3. Барабой В.А. Структура, биосинтез меланинов, их биологическая роль и перспективы применения. Успехи современной биологии. 2001;12:1-12.

4. Butterfield D.A. Spin labeling in disease. In: Biological Magnetic Resonance. L.J. Berliner, J. Reuben (eds.). New York: Springer Science and Business Media; 1982. Vol. 4. p.1-78. DOI: 10.1007/978-1-4615-6540-6_1

5. Chu M., Hai W., Zhang Z., Wo F., Wu Q., Zhang Z., Shao Y., Zhang D.Sh.-zi, Jin L., Shi D. Melanin nanoparticles derived from a homology of medicine and food for sentinel lymph node mapping and photothermal in vivo cancer therapy. Biomaterials. 2016;91:182-199. DOI: 10.1016/j.biomaterials.2016.03.018

6. Duran J.M., Retamal N. Coat structure and regulation of dormancy in Sinapis arvensis L. seeds. Plant Physiology. 1989;135:218-222.

7. Фоменко И.А., Иванова Л.А., Чурмасова Л.А., Дегтярев И.А. Получение водорастворимых фитомеланинов с использованием различных минеральных кислот. Вестник биотехнологии и физико-химической биологии им. Ю.А. Овчинникова. 2021;17(2):64-68.

8. Гашникова Н.М., Балахнин С.М., Теплякова Т.В., Ананько Г.Г., Косогова Т.А., Сухих А.С. Антиретровирусная активность меланинов из природной и культивируемой чаги (Inonotus obliquus). Успехи медицинской микологии. 2014;12:299-301.

9. Gerdemann C., Eicken C., Krebs B. The crystal structure of catechol oxidase: new insight into the function of type-3 copper proteins. Accounts of Chemical Research. 2002;35:183-191.

10. Грачева Н.В., Желтобрюхов В.Ф. Способ получения меланина из лузги подсолнечника и исследование его антиоксидантной активности. Вестник Технологического университета. 2016;19(15):154-157.

11. Grossi G.F., Durante M., Gvalanella G. Effects of melanin on high-LET radiation response of human epithelial cells. Radiation and Environmental Biophysics. 1998;37:63-67.

12. Hill H. The function of melanin or six blind people examine an elephant. BioEssays. 1992;14(1):49-56. DOI: 10.1002/bies.950140111

13. Юасифов Э.Ю. Влияние меланина на свободно-радикальное состояние гамма-облученных белков и липидов. Радиобиология. 1987;27(1):8-11.

14. Иванова Л.А., Фоменко И.А., Сергеева Д.А., Чурмасова Л.А., Кабаржан Ж.К. Разработка технологии получения фитомеланинов на отходах масличного производства. Health, Food and Biotechnology. 2019;1(2):136-146. DOI: 10.36107/hfb.2019.i2.s245

15. Jana B., Mukherjee S. Notes on the distribution of phytomelanin layer in higher plants – a short communication. Journal of Pharmaceutical Biology. 2004;4(3):131-132.

16. Kablov V.F., Novopoltseva O.M., Gracheva N.V., Zheltobryukho V.F., Dao Ph.K. Prospects of application of melanins as antiaging agents in elastomer compositions. Vietnam Journal of Chemistry. 2019.57(2):255-260. DOI: 10.1002/vjch.201960024

17. Картушина Ю.Н., Кириченко М.А., Севрюкова Г.А. Получение меланина на основе отходов маслоэкстракционного производства. Вестник Технологического университета. 2016;19(16):124-126.

18. Korytowski W., Sarna T. Bleaching of melanin pigments. Role of copper ions and hydrogen peroxide in autooxidation and photooxidation of synthetic dopa-melanin. Biological Chemistry. 1990;265(21):12410-12416.

19. Лях С.П., Булгак М.Л., Исаев А.Г. Астромеланин: лечебное средство для меланотерапии: книга посвящена 40-летию изучения антарктических черных дрожжей Nadsoniella nigra var. hesuelica и их меланопигмента АстроМеланина. Москва; 2007.

20. Łopusiewicz Ł., Drozłowska E., Trocer P., Kostek M., Śliwiński M., Henriques M.H.F., Bartkowiak A., Sobolewski P. Whey protein concentrate/ isolate biofunctional films modified with melanin from watermelon (Citrullus lanatus) seeds. Materials. 2020;13(17):3876. DOI: 10.3390/ma13173876

21. Новиков Д.А., Курченко В.П., Азарко И.И. Фотопротективные свойства меланинов из винограда (Vitis vinifera) и черного грузинского чая (Thea sinensis). Радиационная биология. Радиоэкология. 2001;41(6):664-670.

22. Özdemir Ö., Keleş Y. Extraction, purification, antioxidant properties and stability conditions of phytomelanin pigment on the sunflower seeds. International Journal of Secondary Metabolite. 2018;5(2):140-148 DOI: 10.21448/ijsm.377470

23. Park K.I., Ishikawa N., Morita Y. Choi J.D., Hoshino A., Iida S. A bHLH regulatory gene in the common morning glory, Ipomoea purpurea, controls anthocyanin biosynthesis in flowers, proanthocyanidin and phytomelanin pigmentation in seeds, and seed trichome formation. The Plant Journal. 2007;49(4):641-654. DOI: 10.1111/j.1365-313X.2006.02988.x

24. Перестова Т.А. Способ ранней диагностики панцирности семянок подсолнечника: методические указания. Краснодар: ВНИИМК; 1988.

25. Pralea I.E., Moldovan R.C., Petrache A.M., Ilieș M., Hegheș S.C., Ielciu I., Nicoară R., Moldovan M., Ene M., Radu M., Uifălean A., Iuga C.-A. From extraction to advanced analytical methods: the challenges of melanin analysis. International Journal of Molecular Sciences. 2019;20(16):3943. DOI: 10.3390/ijms20163943

26. Прутенская Е.А., Васильев А.С., Лебедева Е.Ю., Ущаповский И.В. Сильченко В.А. Сравнительная характеристика структуры меланинов различного происхождения. Международный научный журнал. Символ науки. 2016;11(3):11-13.

27. Rogers C.E., Kreitner G.L. Phytomelanin of sunflower achenes: a mechanism for pericarp resistance to abrasion by larvae of the sunflower moth (Lepidoptera: Pyralidae). Environmental Entomology. 1983;12(2):277-285. DOI: 10.1093/ee/12.2.277

28. Saha L., Tiwari J., Bauddh K., Ma Y. Recent developments in microbe-plant-based bioremediation for tackling heavy metal-polluted soils. Frontiers in Microbiology. 2021;12:731723. DOI: 10.3389/fmicb.2021.731723.

29. Sava V.M., Yang S.-M., Hong M.-Y., Yang P.-C., Huang G.S. Isolation and characterization of melanic pigments derived from tea and tea polyphenols. Food Chemistry. 2001;73:177-184. DOI: 10.1016/S0308-8146(00)00258-2

30. Школьникова М.Н., Кадрицкая Е.А. Обоснование использования лузги гречихи для получения функциональных пищевых красителей. Научный журнал НИУ ИТМО. Серия: Процессы и аппараты пищевых производств. 2020;4:22-28. DOI: 10.17586/2310-1164-2020-10-4-22-28

31. Shoeva O.Y., Mursalimov S.R., Gracheva N.V., Glagoleva A.Y., Börner A., Khlestkina E.K.. Melanin formation in barley grain occurs within plastids of pericarp and husk cells. Scientific Reports. 2020;10(1):179. DOI: 10.1038/s41598-019-56982-y

32. Solano F. Melanins: Skin Pigments and Much More – Types, Structural Models, Biological Functions, and Formation Routes. New Journal of Science. 2014(5):1-28. DOI: 10.1155/2014/498276

33. Varga M., Berkesi O., Darula Z., May N.V., Palágyi A. Structural characterization of allomelanin from black oat. Phytochemistry. 2016;130:313-320. DOI: 10.1016/j.phytochem.2016.07.002

34. Воронцова З.А., Иванов А.А., Никитюк Д.Б., Аванесова А.А. Некоторые морфоклинические доказательства радиопротективного характера меланинов (обзор литературы). Вестник новых медицинских технологий. 2016;4:295-302. DOI: 10.12737/22219