Грибное царство: мини-ХИЩНИКИ и макси-ЛЕКАРИ

Всем знакомые представители царства грибов – ​это съедобные, в первую очередь шляпочные, грибы, которые можно увидеть на прилавке супермаркета или в лесу. Однако эти организмы отличаются поразительным разнообразием как по своему внешнему виду и размерам, так и по свой­ствам и функциям, которые они выполняют в биосфере.

Но и человек ценит грибы не только за гастрономические достоинства: их издавна используют в хлебопечении, сыроделии и виноделии, они – ​важная часть традиционной медицины. В наши дни грибы помогают бороться с вредителями сельскохозяйственных культур, служат сырьем для производства профилактических и лекарственных препаратов, применяемых для восстановления иммунной системы и терапии инфекционных и онкологических заболеваний.

Непосвященным разобраться во всех классификационных тонкостях грибного разнообразия невозможно, да и сами микологи для удобства делят все грибы, независимо от их систематической принадлежности, на две группы согласно размерам: микро- и макромицеты (к которым относят и все съедобные грибы).

Большинство микромицетов можно увидеть лишь с помощью микроскопа. Однако, разрастаясь на подходящем субстрате, они становятся видимыми нево­оруженным глазом, образуя всем известные «плесени». Но эти грибы никогда не формируют крупных плодовых тел, как те, что обычно используются в кулинарии и медицине.

Грибы выходят на охоту

Среди микромицетов выделяется экологическая группа, эволюционно связанная с обычными обитателями почвы – ​нематодами (круглыми червями). Эти грибы, которых формально можно отнести к паразитам, по повадкам – ​настоящие хищники.

Среди множества многочисленных свободно живущих видов нематод есть и такие, которые существуют за счет других живых организмов, являясь возбудителями опасных гельминтозов растений и животных. Так, внедряясь в корни огурца, томата и других растений, они вызывают образование «опухолей», нарушая обмен веществ. Пораженные растения увядают, легко поддаются болезням и погибают.

По строению и обмену веществ грибы занимают промежуточное положение между растениями и животными. С первыми их роднит способность к верхушечному росту и образованию поперечных перегородок и наличие клеточной стенки, которой нет у животных. Но грибы не способны к фотосинтезу: для питания им нужны готовые органические вещества, причем в растворенном виде. При этом одни виды могут питаться «мертвой» органикой, тогда как другие занимаются паразитизмом либо вступают в симбиотические отношения с растениями

Враги нематод – ​хищные грибы – ​обнаружены практически во всех частях мира. Это означает, что в природе они играют важную экологическую роль, утилизируя огромную массу нематод. Они также способствуют улучшению минерального питания растений, переводя фосфор в растворимое состояние: присутствие хищных грибов обеспечивает попадание фосфатов в корни напрямую.

Мицелий (вегетативное тело) хищных грибов представлен тончайшими паутинками нитей-гиф, диаметр которых в сотни раз меньше диаметра тела нематод. Однако на этих гифах формируются различные приспособления, к тому же начиненные «химическим оружием», с помощью которых они успешно отлавливают своих активно передвигающихся жертв.

Исследования хищных грибов с целью поиска штаммов, перспективных в качестве продуцентов биопрепарата против нематод, были начаты в Сибирском НИИ земледелия и химизации сельского хозяйства еще в 1971 г.

Полученные к тому времени немногочисленные и противоречивые экспериментальные данные о нематофаговой эффективности хищных грибов ставили под сомнение возможность их успешного использования в биологической защите. Требовалось изучить многие стороны жизнедеятельности этих грибов, включая особенности поведения и взаимоотношения с другими микроорганизмами в культуре и почве, больше узнать о самом механизме хищничества, обосновать методы селекции и стабилизации эффективных штаммов.

Механизм хищничества микроскопических грибов-­гифо­мицетов, независимо от типа ловушки (клейкие петли, сжимающиеся кольца, клейкие головки и т. д.), включает выброс аттрактивных и токсичных веществ, проникновение гиф гриба внутрь тела парализованной жертвы, выделение ферментов и антибиотиков для ее утилизации и предотвращения развития конкурирующих микроорганизмов

Значимым шагом в этом направлении стало открытие сибирских микологов, что для хищных грибов важнейшей и в некоторых случаях основной жизненной формой является хламидоспора – ​крупное, с толстой оболочкой клеточное образование, которое, как ранее считалось, формируется только в неблагоприятных условиях (Теплякова, 1999). Оказалось, что в почве хищные грибы не просто выживают за счет хламидоспор, но и эффективно распространяются с их помощью, поддерживая стабильную численность популяции. Поэтому лучшей основой биопрепаратов против нематод являются штаммы, способные формировать в почве и культуре большое количество хламидоспор, чьи защитные оболочки оказываются «не по зубам» клещам, амебам и другим представителям почвенной фауны, а также выдерживают длительное высушивание и действие других неблагоприятных факторов среды.

Поиск в природных популяциях позволил отобрать эффективные штаммы хищных грибов с высокой нематофаговой активностью. В первую очередь речь идет о Arthrobotrys oligospora 3062D, снижающем численность нематод в почве на 86 %. На основе этого штамма в 1990 г. был создан биопрепарат «Нематофагин-­БЛ» и разработаны технологии его производства, в том числе с использованием мицелия глубинной культуры (Теплякова, 1999). Позже к нему добавился штамм A. oligospora F‑1303, способный поражать яйца картофельной нематоды (Теплякова, 2019). В 2022 г. ООО «Микопро», работающий по лицензионному соглашению с Центром, зарегистрировал биопрепарат «Нематофагин-­Микопро» на основе этого запатентованного штамма.

На сегодня препараты хищных грибов производятся на двух предприятиях, расположенных в наукограде Кольцово (ООО «Микопро», ООО Торговый дом «БИОНИКА»). Результаты их использования свидетельствуют, что при соблюдении технологии применения хищные грибы после внесения в почву не просто продолжают свое существование, но и увеличивают численность и, соответственно, эффективность своего действия.

Испытания разных форм биопрепаратов на основе хищных грибов на различных сельскохозяйственных культурах показали, что у тепличного огурца урожайность повышалась на 2 кг и более на 1 м², а у восприимчивых к заражению сортов картофеля – ​в 1,5–2 раза. У земляники на 5–17 % увеличивалась доля крупных ягод. Биопрепараты также оказывали стимулирующее влияние на рост и развитие других растений: от рассады цветов до саженцев сосны

Но область применения хищных грибов не ограничивается растениеводством. Эти грибы не размножаются в организме теплокровных животных, не токсичны и не вызывают инфекционного процесса, к тому же быстро выводятся. Эти свой­ства в совокупности с широким спектром биологически активных веществ, которые они выделяют, указывают на потенциальную возможность разработки на их основе противопаразитарных препаратов ветеринарного и медицинского назначения.

Так, в лабораторных исследованиях была подтверждена нематофаговая активность штамма Duddingtonia flagrans F‑882 в отношении круглых червей, являющихся возбудителями стронгилоидозов овец, маралов и лошадей. К тому же, как показали эксперименты, грибные хламидоспоры не теряют жизнеспособности при прохождении через пищеварительный тракт, и хищные грибы продолжают «работать» в экскрементах, оздоравливая окружающую среду.

Что касается человека, то в этом случае особенно актуален поиск эффективного и нетоксичного препарата против описторхоза, который вызывается не круглыми, а плоскими червями рода Opisthorchis. Совместно с новосибирским Институтом цитологии и генетики СО РАН было установлено, что метаболиты хищных грибов родов Arthrobotrys и Duddingtonia способны поражать описторхов на ранних (яйцо, личинка) стадиях их развития.

Но терапевтический потенциал хищных грибов не исчерпывается их противогельминтными свой­ствами. В экспериментах экстракты из биомассы глубинной культуры гриба D. flagrans смогли нейтрализовать вирусы герпеса и осповакцины, а прямое скармливание лабораторным мышам зерновой культуры этого гриба позволило резко снизить смертность от высокопатогенного гриппа птиц, опасного и для человека.

Более того: экстракт мицелия этого гриба сдерживал развитие экспериментальных онкологических моделей рака шейки матки и увеличил продолжительность жизни подопытных животных. Все эти данные говорят за то, что уникальные создания – ​хищные грибы – ​еще не раз удивят своих исследователей.

Против опухолей

Класс высших базидиальных грибов, к которым относятся шляпочные грибы и активные разрушители древесины, включает свыше 15 тыс. видов. И более сотни из них используются в традиционной медицине Китая, Кореи, Японии и других стран Юго-­Восточной Азии.

В Европе лечебным свой­ствам грибов не придавалось такого большого значения, однако еще древнеримский ученый Диоскорид около 2 тыс. лет назад описывал медицинское применение лиственничного трутовика. На Североамериканском континенте индейские шаманы использовали этот гриб от множества недугов, считая, что он обладает сверхъестественной силой. Трутовик был популярен и в России, где его применяли как кровоостанавливающее средство и лекарство от туберкулеза. Экспорт сухих плодовых тел этого гриба в Европу в 1879 г. составил около 8 тонн!

ГРИБНОЙ ДОЖДЬ Попадая из почвы в атмосферный воздух, микроскопические грибы разносятся в разных направлениях, что наполняет реальным содержанием метафорическое понятие «грибной дождь». Многие из этих грибов могут представлять угрозу для сельскохозяйственных культур, для здоровья животных и человека.
Среди грибов, обнаруженных в рассевах проб атмосферного воздуха, взятых сотрудниками ГНЦ ВБ «Вектор» в ходе биологического мониторинга атмосферного аэрозоля юга Западной Сибири в 2008–2014 гг., были идентифицированы представители 19 родов, не считая неопознанных. В высотных пробах воздуха преобладали пигментированные формы: наличие в клеточных оболочках грибов таких пигментов, как меланин, способствует их защите от неблагоприятных внешних факторов, в первую очередь ультрафиолетового излучения (Сафатов, Теплякова, Белан и др., 2009; Воробьева, Теплякова, Сафатов и др. 2014).
Доминирующими в «грибном аэрозоле» были грибы родов Aspergillus, Penicillium, Cladosporium и Alternaria, потенциально опасные для человека; обнаружены также и фитопатогенные виды – ​возбудители опасных заболеваний сельскохозяйственных культур.
Наибольшее влияние на состав атмосферного аэрозоля Сибирского региона оказывают источники, расположенные в Средней Азии и Северо-­Западном Казахстане. Так, считается, что массовое развитие бурой ржавчины на яровой пшенице в Западной Сибири произошло путем заноса возбудителя этой болезни с озимых посевов из южных районов европейской части страны. Сейчас в мире распространяется агрессивная раса стеблевой ржавчины «Уганда 99», мигрирующая в направлении преобладающих ветров. Характерное отличие этого вида ржавчины в том, что она может практически полностью уничтожить посевы пшеницы. В ближайшее время, по мнению ученых, патоген способен достичь Средней Азии, откуда возможен его занос в Западную Сибирь.
Микроскопическое исследование колонии грибов, выросших из рассевов атмосферного воздуха, выявило частые случаи паразитирования одного вида гриба на другом. Такие микофильные грибы широко распространены в разных климатических зонах и во всех местообитаниях: они играют в природных экосистемах важную роль, способствуя разложению и минерализации грибных остатков и ограничивая численность популяций других грибов.
Микофилы – ​естественные враги фитопатогенных грибов, поэтому их используют в практике биологической защиты растений: широко известным продуцентом биопрепаратов являются грибы рода Trichoderma. С другой стороны, микофилы представляют серьезную угрозу для культивируемых съедобных грибов, таких как шампиньоны, значительно снижая урожайность.
Эти паразитические грибы могут играть отрицательную роль и в ряде других случаев, связанных с культивированием грибов: при поддержании коллекций грибных штаммов, когда колонии пересеваются на новые питательные среды; при производстве коммерческого мицелия; при культивировании штаммов, служащих продуцентами биологически активных веществ

Одни из первых научных публикаций, посвященных лекарственным соединениям из грибов, появились в конце 1960‑х гг. в Японии как «след» от ядерных взрывов в Хиросиме и Нагасаки. Эти работы представляли результаты исследований противоопухолевой активности водных экстрактов плодовых тел дереворазрушающих грибов (трутовика лакированного, шиитаке, чаги и др.), которые проводились на лабораторных животных с привитыми опухолями человека.

Оказалось, что противораковой активностью обладают полисахариды – ​высокомолекулярные органические соединения, состоящие из мономеров-­моносахаридов. Эти вещества, выделенные из природного сырья, обычно представляют собой смесь различных молекул с разной степенью полимеризации. Иногда полисахариды именуют по источнику, откуда они были впервые выделены. Так были названы и первые противоопухолевые полисахариды из грибов, например лентинан из ши­итаке, (Lentinus edodes) и шизофиллан из щелелистника обыкновенного (Schizophyllum commune) (Wasser, 2002).

Полисахариды базидиальных грибов и их комплексы с белками сейчас рассматривают как новый тип противоопухолевых соединений. В отличие от обычной химиотерапии, эти вещества не токсичны, а их действие основано на повышении иммунитета.

Так, в экспериментах «в пробирке» и в опытах на животных было показано, что грибные экстракты и полисахариды значительно повышают выработку иммунными клетками цитокинов – ​небольших информационных молекул, играющих важную роль в реализации врожденного и адаптивного иммунитета. Они также индуцируют синтез фактора некроза опухоли и увеличивают фагоцитарную активность человеческих нейтрофилов – ​самой большой группы лейкоцитов, защитных клеток крови. Предполагается, что полисахариды, в частности β-­D-глюканы, могут связываться со специфическими рецепторами поверхности лимфоцитов, что способствует увеличению активности ряда иммунных клеток (макрофагов, Т-лимфоцитов, клеток-­киллеров).

Эти биологически активные вещества можно извлекать не только из плодовых тел грибов, но и из грибного мицелия при его культивировании и даже из жидкости, в которой эти грибы выращивались. В этом смысле грибы являются доступным и неистощимым источником полисахаридов с противоопухолевыми и иммуностимулирующими свой­ствами.

При этом надо учитывать, что различные штаммы одного и того же вида гриба могут продуцировать полисахариды с различными свой­ствами. Например, протеогликан крестин был получен в Японии из штамма CM‑101 трутовика траметеса разноцветного, а полисахаридпептид PSP – ​в Китае на основе штамма Cov 1 того же вида. Оба эти соединения имеют один и тот же полисахаридный компонент, связанный с разными белковыми молекулами.

В грибах обнаружены и другие углеводно-­белковые соединения, обладающие противораковой активностью, например гликопротеины, углеводный компонент которых характеризуется нерегулярным строением. Так, в зимнем опенке образуются антиканцерогенные гликопротеины ЕА6 и бактериостатический профлавин (Wasser, 1999). Установлено, что в тех провинциях Японии, где традиционно выращивали и употребляли в пищу этот гриб, уровень риска заболеваний раком был намного ниже по сравнению со средними показателями в стране (Ikekawa, 2005). А согласно отчету американского Point Institute (2013), имеются данные о прямом противоопухолевом действии экстрактов из грибов.

В наши дни фармацевтические компании разных стран производят из грибов ряд противоопухолевых препаратов, которые используют в качестве дополнительной терапии к основному лечению – ​хирургическим операциям, химио- и радиотерапии. Доказано, что такое сочетанное применение химиопрепаратов и экстрактов лекарственных грибов может заметно повысить эффективность традиционной терапии.

Против вирусов

После установления противоопухолевой активности водных экстрактов, полисахаридов и других соединений из высших грибов в литературе стали появляться сведения о противовирусной активности тех же самых препаратов. Так, оказалось, что полисахарид лентинан из шиитаке проявлял антивирусную активность в отношении ряда вирусов, включая вирус энцефалита, вирус гриппа типа А и даже вирус иммунодефицита человека (Tochikura, 1988).

Поэтому работы по выделению в чистую культуру высших грибов в ГНЦ вирусологии и биотехнологии «Вектор» были начаты, исходя из двух предпосылок. Во-первых, лесные экосистемы Западной Сибири богаты лекарственными видами грибов, о чем свидетельствовали публикации коллег-­микологов из Центрального сибирского ботанического сада. Во-вторых, на «Векторе», располагавшем представительной коллекцией патогенных для человека вирусов, имелись все условия для работы с этими опасными агентами. Все это давало надежду на успешное проведение исследований по оценке противовирусной эффективности различных метаболитов грибов. Выбор проводился целенаправленно: в первую очередь отбирались виды, уже известные своими противоопухолевыми свой­ствами.

Так, начиная с 2008 г. в ГНЦ ВБ «Вектор» стала формироваться коллекция чистых культур сибирских высших грибов, на сегодня включающая 132 штамма 60 видов базидиальных грибов, которые были впервые выделены из природных местообитаний юга Западной Сибири.

Большинство из этих видов давно используется в народной медицине, а некоторые из них к тому же являются съедобными. К последним относятся разные виды вешенок, навозник белый или лохматый, трутовик серно-­желтый, опенок зимний и т. д. Среди лекарственных несъедобных грибов – ​разные виды трутовиков (Теплякова, Косогова, 2014).

На основе результатов скрининга противовирусной активности более полутысячи образцов (водных экстрактов и отдельных соединений) из сибирских грибов были отобраны наиболее перспективные природные штаммы, активные в отношении ВИЧ‑1, вирусов простого герпеса 2‑го типа, Западного Нила, а также гриппа разных субтипов и ортопоксвирусов (вирусов натуральной оспы и осповакцины).

Самый широкий спектр противовирусной активности продемонстрировали образцы из чаги (бесплодного нароста трутовика скошенного), которые подавляли все исследованные в работе вирусы. Терапевтическое действие чаги можно объяснить очень широким спектром биологически активных веществ, которые формируются при тесном взаимодействии березы и гриба. Среди них – ​не только высокомолекулярные водорастворимые пигменты меланины (до 30 %), образующие хромогенный полифенолоксикарбоновый комплекс с противоопухолевой активностью, но и птерины с цитостатическим действием; стероидные вещества, в том числе инотодиол, проявляющий антибластическую активность, а также полисахариды, органические кислоты, свободные фенолы, флавоноиды и др. В чаге много и микроэлементов, в первую очередь марганца, который служит активатором ферментов.

Имеющиеся в коллекции «Вектора» шесть штаммов чаги различаются по своим характеристикам и продуктивности биомассы. Подбор питательных сред и условий культивирования для штамма F 1244 позволил оптимизировать выход биомассы, которая при выращивании в ферментере может достигать 22,3 г/л в пересчете на сухое вещество. На основе этого штамма был разработан регламент получения меланина, обладающего широким спектром противовирусной активности (Teplyakova, Kosogova, 2015; Ананько и др., 2015).

Противовирусные свой­ства чаги прошли проверку во время недавней пандемии коронавирусной инфекции. В 2020 г. вирусологи «Вектора» под руководством канд. биол. наук О. В. Пьянкова изучили противовирусную активность водных экстрактов аптечной чаги в отношении коронавируса SARS-CoV‑2. В эксперименте на монослой клеток клеточной культуры наносили водные экстракты чаги (или полученный из нее меланин) в разных концентрациях, а через некоторое время – ​патогенный штамм коронавируса. Правильно приготовленные концентрированные экстракты чаги показали высокую ингибирующую активность в отношении этого возбудителя. По итогам работы был получен патент на «Ингибитор репликации коронавируса SARS-CoV‑2 на основе водного экстракта гриба Inonotus obliquus».

Результаты сибирских исследователей нашли подтверждение в работах ученых из Египта и Саудовской Аравии, которые оценили потенциальное взаимодействие компонентов чаги с рецептор-­связывающим доменом поверхностного гликопротеина SARS-CoV‑2. По мнению ученых, чага может быть эффективным природным противовирусным средством, которое способно дополнить существующие препараты против SARS-CoV‑2.

К «похвальному слову» чаге можно добавить, что в экспериментах она продемонстрировала также высокую антибиотическую активность против некоторых бактерий и дрожжей. Водный экстракт чаги и образцы меланина подавляли рост в культуре штаммов дрожжей, включая высокопатогенный штамм Candida sp. Ft‑5, выделенный от умершего больного с генерализованной кандидозной инфекцией.

Если к этому добавить известное выраженное защитное действие и низкую токсичность экстрактов и соединений из этого гриба, то можно говорить о перспективах создания на основе чаги комплексных лекарственных и профилактических препаратов не только противовирусного, но и антибактериального и антигрибкового действия.

За последние несколько десятилетий исследователям удалось проверить и документально подтвердить многие древние знания о лекарственных шляпочных грибах. Особую роль приобретает открытие новых видов и штаммов грибов с уникальными свой­ствами и введение их в культуру для медицинских целей.

Большое научное и практическое значение для разработки лечебных и лечебно-­профилактических препаратов имеют штаммы грибов-­базидиомицетов из коллекции ГНЦ ВБ «Вектор», которые были выделены из природных местообитаний Западной Сибири. Эта работа важна в связи с Международной конвенцией о сохранении биологического разнообразия, и ее нужно продолжить, делая акцент на поиске и изучении новых штаммов, которые можно будет успешно использовать в биотехнологических целях.

Данные, полученные новосибирскими учеными, свидетельствуют о возможности разработки и получения на основе биомассы мицелия грибов эффективных противовирусных и противоопухолевых препаратов. Биологически активные компоненты биомассы грибов (меланин, полисахариды, белки и др.) относятся к низкотоксичным, что делает это направление крайне перспективным. Дальнейшие исследования, включая проведение клинических испытаний, должны быть направлены на оценку эффективности «грибных» препаратов в профилактике и лечении конкретных заболеваний.

Литература

Теплякова Т. В. В третьем царстве, грибном государстве // НАУКА из первых рук. 2010. № 3 (33). С. 104–113.

Теплякова Т. В. Гриб Фарма: грибы против вирусов и опухолей // НАУКА из первых рук. 2010. № 4 (34). С. 110–119.

Теплякова Т. В. Грибы выходят на охоту // НАУКА из первых рук. 2012. № 5 (47). С. 106–119.

Теплякова Т. В., Косогова Т. А. Высшие грибы Западной Сибири – перспективные объекты для биотехнологии лекарственных препаратов. Новосибирск, 2014. 298 с.

Теплякова Т. В., Пьянков О. В., Косогова Т. А. и др. Трутовик скошенный, чага Inonotus obliquus (Ach. ex Pers.) Pilát – перспективный гриб для противовирусных препаратов // Микология сегодня. М.: Нац. акад. микологии, 2022. Т. 4. С. 107–119.

В публикации использованы фото из архива автора