АНТИМИКРОБНАЯ, ЦИТОТОКСИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ И ФИТОХИМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЧЕТЫРЁХ ВИДОВ РОДА POLYGONUM В КАЗАХСТАНЕ

ANTIMICROBIAL, CYTOTOXIC ACTIVITY AND PHYTOCHEMICAL CHARACTERIZATION OF FOUR SPECIES OF THE GENUS POLYGONUM IN KAZAKHSTAN

Suleimen Yerlan Melsuly

Candidate of Chemical Sciences, PhD, professor, Kazakh University of Technology and Business named after K. Kulzhanov,

 Kazakhstan, Astana

Mamytbekova Gulnur Kurbanalievna

PhD, Kazakh University of Technology and Business named after K. Kulzhanov,

Kazakhstan, Astana

Kenzhebolat Aidana Kaidarkyzy

Junior Researcher, Kazakh University of Technology and Business named after K. Kulzhanov,

Kazakhstan, Astana

Nurlykhanova Zhasmin Yerkinkyzy

Master's student, Kazakh University of Technology and Business named after K. Kulzhanov,

Kazakhstan, Astana

Исследование выполнено при поддержке Комитета науки Министерства науки и высшего образования Республики Казахстан (Грант № BR 24992761).

АННОТАЦИЯ

Антимикробная, цитотоксическая активность и фитохимическая характеристика четырёх видов рода Polygonum в Казахстане.

Изучена антимикробная и цитотоксическая активность CHCl₃:EtOH-экстрактов четырёх видов рода Polygonum, широко распространённых в Казахстане, два из которых (P. argyrocoleon и P. acerosum) исследованы по данным свойствам впервые в мире. Антимикробную активность оценивали методом диффузии в агар против Escherichia coli, Staphylococcus aureus и Candida albicans; цитотоксичность - с помощью биотеста на науплиях Artemia salina. Установлено, что P. acerosum проявляет наибольшую антифунгальную активность против C. albicans (зона подавления 27-28 мм), а P. arenastrum - наибольшую цитотоксичность (гибель науплиев 40-60%). Полученные данные свидетельствуют о фармацевтической перспективности исследованных видов.

ABSTRACT

Antimicrobial, cytotoxic activity and phytochemical characterization of four species of the genus Polygonum in Kazakhstan.

The antimicrobial and cytotoxic activities of CHCl₃:EtOH extracts of four Polygonum species widely distributed in Kazakhstan were studied; two of them (P. argyrocoleon and P. acerosum) were investigated for these properties for the first time globally. Antimicrobial activity was assessed by the agar diffusion method against Escherichia coli, Staphylococcus aureus and Candida albicans; cytotoxicity was evaluated using the Artemia salina nauplii bioassay. It was found that P. acerosum exhibits the highest antifungal activity against C. albicans (inhibition zone 27-28 mm), and P. arenastrum - the highest cytotoxicity (nauplii mortality 40-60%). The data obtained indicate the pharmaceutical potential of the studied species.

Ключевые слова: Polygonum aviculare; Polygonum argyrocoleon; Polygonum acerosum; Polygonum arenastrum; антимикробная активность; цитотоксическая активность; диффузия в агар; Artemia salina; биотест летальности на рачках.

Keywords: Polygonum aviculare; Polygonum argyrocoleon; Polygonum acerosum; Polygonum arenastrum; antimicrobial activity; cytotoxic activity; agar diffusion; Artemia salina; brine shrimp lethality assay.

Введение

Лекарственные растения являются богатым источником биологически активных веществ (БАВ), значимых с фармакологической точки зрения: флавоноидов, фенольных кислот, дубильных веществ, антрахинонов и стильбенов. По данным Всемирной организации здравоохранения, около 85% населения мира использует препараты на основе лекарственных растений. В связи с этим поиск новых видов растений с недостаточно изученной биологической активностью является актуальным направлением современной фармацевтической науки [1].

Polygonum L. (Polygonaceae) - космополитный род, объединяющий более 300 видов одно- и многолетних травянистых растений и полукустарников, распространённых на всех континентах - от арктической тундры до засолённых пустынь. Его представители занимают особое место в фармацевтической науке благодаря высокому содержанию флавоноидов, стильбенов (ресвератрол, полидатин), фенольных кислот и дубильных веществ [1, 2]. В группу флавоноидов входят такие соединения, как рутин, кверцетин, кемпферол, мирицетин, авикулярин, апигенин и лютеолин, они характеризуются антиоксидантной, противовоспалительной, антимикробной и антиканцерогенной активностью [3].

Флора Казахстана насчитывает более 22 видов рода Polygonum [4]. Однако часть из них - в частности, P. argyrocoleon, P. acerosum, P. arenastrum - изучена недостаточно. Цель настоящей работы - комплексная первичная оценка антимикробной и цитотоксической активности CHCl₃:EtOH-экстрактов указанных видов, а также P. aviculare.

Введение

Род Polygonum уже несколько десятилетий находится в центре внимания фармакогнозии и фитохимии как наглядный пример концентрации биологически активных соединений. Из представителей рода выделены флавоноиды, стильбены (ресвератрол и полидатин), антрахиноны, фенольные кислоты, дубильные вещества, сапонины и алкалоиды [1, 2, 5]. Совокупность этих соединений обеспечивает комплекс антиоксидантной, антимикробной, противовоспалительной, цитотоксической и нейропротекторной активностей.

Polygonum aviculare - фармакопейный источник рутина и кверцетина; по данным ВЭЖХ, содержание рутина достигает 0,70%, кверцетина - 0,04% [6]. Доказано, что гидроэтанольный экстракт этого вида подавляет воспаление в макрофагах RAW 264.7 посредством индукции гемоксигеназы-1 (HO-1) и ингибирования индуцибельной NO-синтазы (iNOS) [7]. Корневище P. cuspidatum является традиционным промышленным источником ресвератрола и полидатина; его антиоксидантные, противовоспалительные (ингибирование NF-κB) и антиканцерогенные механизмы охарактеризованы на молекулярном уровне [5, 8].

Polygonum argyrocoleon Steud. ex Kunze - однолетнее травянистое растение высотой 15-80 см с характерным серебристым раструбом. Ареал включает Сибирь, Западный Китай, Центральную Азию и Ближний Восток. Произрастает на засолённых почвах, обочинах дорог, залежах; широко распространено в степных и полупустынных зонах Казахстана [4]. Известно, что аридные условия способствуют накоплению флавоноидов в растении [9].

По результатам ВЭЖХ-профилирования, проведённого Сүлеймен Е.М. и соавт. [10], содержание рутина в P. argyrocoleon составило 0,97%, кверцетина - 0,03%. Методами колоночной хроматографии и MPLC из этого вида впервые выделен β-ситостерин, обладающий доказанными противопростатическими, противовоспалительными и иммуномодулирующими свойствами. По данным ВЭЖХ, содержание кверцетина в P. acerosum достигает 0,93%.

В плане антимикробной активности экстракты P. arenastrum, собранного в Турции, характеризовались выраженной антифунгальной активностью (15-250 мкг/мл) [11]. Для хлороформных экстрактов P. aviculare доказана антимикробная активность против E. coli, Salmonella typhi, Pseudomonas aeruginosa, S. aureus, Aspergillus flavus и A. niger [12]. Антимикробная эффективность представителей рода напрямую связана с содержанием флавоноидов, дубильных веществ и сесквитерпенов [13].

Для оценки цитотоксичности широко применяется биотест на науплиях Artemia salina (BSLA) - распространённый скрининговый метод. Полярные этанольные/метанольные экстракты, как правило, демонстрируют более низкую цитотоксичность по сравнению с неполярными [14].

Материалы и методы исследования

Надземные части растений Polygonum aviculare, P. argyrocoleon, P. acerosum и P. arenastrum были собраны осенью 2025 года в Бурабайском районе Акмолинской области. Сырьё заготавливалось в соответствии с принципами GACP: воздушно-теневая сушка (14 суток), стандартизированное измельчение.

Высушенное сырьё трёхкратно экстрагировали системой растворителей CHCl₃:EtOH (1:1) при 40 °C. Растворитель упаривали на роторном испарителе (BIOBASE RE-201D) при 40 °C и пониженном давлении. Всего получено 290 г (6,44%) тёмно-коричневого сырого экстракта.

Антимикробную активность оценивали методом диффузии в агар (лунки) против тест-штаммов E. coli ATCC 25922 (грамотрицательная), S. aureus ATCC 6538 (грамположительная) и C. albicans ATCC 10231 (гриб) при концентрациях 20 и 30 мг/мл. Микроорганизмы получены из Республиканской коллекции микроорганизмов (РКМ). Бактерии инкубировали на мясо-пептонном агаре при 37 °C в течение 24 часов, дрожжи на среде Чапека-Докса при 30 °C в течение 48 часов. В качестве контрольных препаратов использовали гентамицин (для бактерий, 10 мкг/диск) и нитрофурантоин (для дрожжей, 100 мкг/диск). Интерпретация зон подавления: <15 мм - слабая активность; 15-20 мм - умеренная; ≥ 20 мм - выраженная.

Яйца Artemia salina инкубировали в течение 2 суток в искусственной морской воде с аэрацией для получения науплиев. В каждую лунку 24-луночного планшета помещали по 10 науплиев в 990 мкл морской воды. Экстракты добавляли в объёме 10 мкл при концентрациях 20 и 30 мг/мл. После инкубации при 25 °C в течение 24 часов подсчитывали количество погибших науплиев при 10-кратном увеличении. Процент гибели рассчитывали по формуле:

P = (A - N - B) / Z × 100%,

где A - количество погибших науплиев через 24 часа; N - количество погибших до начала опыта; B - среднее количество погибших в отрицательном контроле; Z - общее количество науплиев.

Результаты представлены в виде M ± SEM. Данные анализировали однофакторным тестом ANOVA с последующим пост-хок тестом Тьюки. Различия считались статистически значимыми при p < 0,05. Диаметры зон подавления измеряли с помощью программного обеспечения ImageJ. Все экспериментальные процедуры одобрены Институциональным комитетом по уходу и использованию животных (IACUC).

Результаты исследования и обсуждение

Антимикробная активность. Результаты теста диффузии в агар представлены в таблице 1. Экстракты всех четырёх видов при концентрациях 20 и 30 мг/мл проявили определённый уровень антимикробной активности против S. aureus, E. coli и C. albicans.

Таблица 1.

Антимикробная активность видов Polygonum, диаметры зон подавления (мм)

P. arenastrum при концентрации 20 мг/мл вызвал зоны подавления 19±0,48 мм против E. coli и 19±0,37 мм против S. aureus, проявив широкоспектральную антимикробную активность. При 30 мг/мл эти значения возросли до 22±0,37 мм и 23±0,84 мм соответственно (выраженная активность). Полученные результаты расходятся с опубликованными данными по P. arenastrum, собранному в Турции [11], где антифунгальная активность значительно превышала антибактериальную. Подобные расхождения могут быть обусловлены различиями в концентрации и профиле биологически активных соединений.

Экстракт P. acerosum не проявил активности против E. coli (0 мм), однако показал активность против S. aureus (18-23 мм) и особо выраженную антифунгальную активность против C. albicans - 27±1,28 мм (20 мг/мл) и 28±0,48 мм (30 мг/мл). Это наилучший антифунгальный результат среди всех изученных видов.

P. argyrocoleon при концентрации 30 мг/мл показал зону подавления 23±0,66 мм против S. aureus; при 20 мг/мл наблюдалась умеренная активность против E. coli (16±0,32 мм). P. aviculare продемонстрировал наименьшую антибактериальную активность (13 мм против E. coli), однако при 30 мг/мл достиг выраженной антифунгальной активности против C. albicans (21±0,37 мм), что согласуется с опубликованными данными [12].

Опубликованные данные о биологической активности видов рода Polygonum обобщены в таблице 2.

Таблица 2.

Биологическая активность некоторых видов рода Polygonum (по опубликованным данным)

Примечание: «++» - выраженная; «+» - умеренная; «±» - слабая; «-» - данных нет.

Цитотоксическая активность. Результаты BSLA представлены в таблице 3.

Таблица 3.

Цитотоксическая активность видов Polygonum в отношении науплиев Artemia salina

P. arenastrum продемонстрировал наибольший уровень цитотоксичности: гибель науплиев при концентрации 20 мг/мл составила 40%, при 30 мг/мл - 60%. Значение LC₅₀ оценивается как ниже 20 мг/мл, что соответствует умеренно-высокой цитотоксичности среди изученных видов рода Polygonum. Данный результат может объясняться совокупным цитотоксическим действием флавоноидов и дубильных веществ.

Экстракт P. argyrocoleon при концентрации 20 мг/мл не проявлял цитотоксичности (выживаемость науплиев 100%), однако при 30 мг/мл гибель резко возросла до 40%. P. acerosum показал одинаковый уровень гибели - 30% - при обеих концентрациях, что соответствует дозонезависимому плато-ответу (LC₅₀>> 30 мг/мл). P. aviculare при обеих концентрациях вызвал лишь 10% гибели - общий профиль безопасности, что согласуется с опубликованными данными [2].

Общая низкая и умеренная цитотоксичность полярных экстрактов соответствует более широким исследованиям BSLA: значения LC₅₀ полярных этанольных/метанольных экстрактов варьируют от десятков мг/мл до сотен мкг/мл [14]. Содержание антрахинонов и стильбенов в представителях рода является одним из ключевых факторов, определяющих уровень цитотоксичности.

Заключение

По результатам исследования по четырём видам рода Polygonum в Казахстане сделаны следующие выводы:

1. P. arenastrum сочетает широкоспектральную антибактериальную активность с наибольшей цитотоксичностью (LC₅₀ <20 мг/мл), что позволяет рассматривать его в качестве приоритетного объекта для дальнейшего выделения и изучения биологически активных веществ.

2. P. acerosum проявил особую антифунгальную селективность в отношении Candida albicans (зона подавления 28 мм) при ограниченной антибактериальной активности, что характеризует его как перспективный объект для разработки антифунгальных фитопрепаратов.

3. P. argyrocoleon отличается умеренной антибактериальной активностью в сочетании с цитотоксичностью, проявляющейся при концентрации 30 мг/мл; безопасный профиль при низких концентрациях делает целесообразным его дальнейшее фракционирование для идентификации активных соединений.

4. P. aviculare продемонстрировал наименьшую общую активность, однако при высокой концентрации проявил антифунгальную активность против C. albicans, что согласуется с его безопасным применением в традиционной медицине.

5. Поскольку P. argyrocoleon и P. acerosum были исследованы по данным биологическим свойствам впервые в мире, полученные результаты представляют собой новые первичные данные. Рекомендуется углублённое изучение фитохимических профилей этих видов методами ВЭЖХ-МС, биоактивно-направленного фракционирования и исследований in vivo.

Список литературы:

1. Narasimhulu G., Reddy K.K., Mohamed J. The genus Polygonum (Polygonaceae): an ethnopharmacological and phytochemical perspectives-review // International Journal of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences. - 2014. - Vol. 6(2). - P. 21-45.
2. Idoudi S. et al. The genus Polygonum: An updated comprehensive review // Heliyon. - 2024. - Vol. 10. - № 8.
3. Zhao X., Wu Y., Chen Y. Analysis of the Phytochemistry and Bioactivity of the Genus Polygonum // Bioactive Compounds in Health and Disease. - 2019. - Vol. 2(1). - P. 1-17.
4. Байтенов М.С. Флора Казахстана. Т. 2. - Алматы: Ғылым, 2001. - 280 с.
5. Meng T., Xiao D., Muhammed A. Anti-Inflammatory Action and Mechanisms of Resveratrol // Molecules. - 2021. - Vol. 26(1). - 229.
6. Su D., He C. Determination of quercetin and kaempferol in Polygonum aviculare by HPLC // Zhong Yao Cai. - 2008. - Vol. 31(6). - P. 859-861.
7. Jang C.H. et al. Hydroethanolic Extract of Polygonum aviculare L. Mediates Anti-Inflammatory Activity // Plants. - 2024. - Vol. 13(23). - 3314.
8. Zhang Q., Zhao X., Wang Z. Ultrasonic-Assisted Extraction of Resveratrol from Polygonum cuspidatum // Journal of Natural Products. - 2012. - Vol. 75(11). - P. 2022-2028.
9. Курбатова Н.В., Музычкина Р.А., Корулькин Д.Ю. Анатомо-диагностические и фитохимические особенности перспективных видов горцев // Experimental Biology. - 2016. - Т. 68(3). - С. 72-82.
10. Сүлеймен Е.М., Кожанова К.К., Кадырбаева Г.М. и др. Фармацевтико-технологические параметры рода Polygonum и Achillea // Вестник КазНМУ. - 2026. - № 1 (76). - С. 62-79.
11. Ceylan S. Antibacterial and antioxidant activities of traditional medicinal plants from Erzurum region of Turkey // Irish Journal of Medical Science. - 2019. - Vol. 188. - P. 1303-1309.
12. Salama H.M.H., Marraiki N. Antimicrobial activity and phytochemical analyses of Polygonum aviculare L. // Saudi Journal of Biological Sciences. - 2010. - Vol. 17. - P. 57-63.
13. Khan H. Phytochemical analysis, antibacterial and antifungal assessment of Polygonatum verticillatum // Toxicology and Industrial Health. - 2016. - Vol. 32(5). - P. 841-847.
14. Hussain F. Cytotoxicity and phytotoxicity of some selected medicinal plants of the family Polygonaceae // African Journal of Biotechnology. - 2010. - Vol. 9(5).
15. Мамытбекова Г.К. и др. Исследование цитотоксического действия экстракта Mortierella turficola // Москва. - 2024. - Т. 5. - С. 343-347.