Исследования лигнина ученые Коми научного центра вели вместе с коллегами из Архангельской области на протяжении трех лет при поддержке гранта Российского научного фонда. Это уникальный, единственный в своем роде биополимер. Он есть во всех наземных растениях. Благодаря лигнину и целлюлозе клеточные стенки растений очень прочные, но первый полимер малоизучен.

Фото Константина Стратиенко

Заразил интересом к лигнину коллектив отдела радиоэкологии Института биологии КНЦ ведущий научный сотрудник Анатолий Карманов:

— Главная особенность лигнина в том, что он имеет изменчивую, очень сложную структуру. Несмотря на то, что лигнин открыт полтора века назад, до сих пор нет, так сказать, однозначных сведений о строении этого полимера. Это связано с тем, что лигнин постоянно эволюционирует. Это связано с выходом растений на сушу. Он впервые появился, чтобы придать механическую прочность растениям. Поскольку с выходом на сушу на растения навалилось много экзогенных факторов — и радиация, и температурные стрессы, и прочее — лигнин начал совершенствовать свою структуру.

Так, лигнин в каменноугольном периоде был проще, чем в последующих. Полимер активно реагирует на внешние воздействия и меняет свою структуру, адаптируя растительные организмы к факторам окружающей среды. Лигнин обладает, помимо механической функции, целым рядом полезных свойств: антиоксидантными, противогрибковыми, антибактериальными и многими другими.

В каждом растении содержание лигнина разное, оно зависит от условий произрастания. Например, стресс из-за холода приводит к утолщению клеточных стенок, в них больше откладывается полимера.

Ученые провели серию экспериментов на различных биологических объектах. Так, на лабораторной культуре ряски малой они доказали, что лигнин багульника защищает растения от радиации и повышенного содержания тяжелых металлов.

А эксперименты in vitro (в стекле) показали, что при больших концентрациях лигнин различного растительного происхождения, например, выделенный из родиолы розовой, багульника, овса и борщевика, уменьшает выживаемость раковых клеток шейки матки и аденокарциномы легкого.

Уже на мышах в отделе радиоэкологии изучили действие лигнина, полученного из стеблей овса. Полимер химически извлекли и растворили его в воде по авторской методике, чтобы сделать доступным для животных.

— Мы провели хронические токсикологические эксперименты. Мыши ежедневно в течение одного-восьми месяцев употребляли раствор этого полимера. Обнаружили, что длительное применение раствора лигнина было безопасным для органов и тканей животных и при этом проявлялась его биологическая эффективность, например, он оказал выраженный положительный эффект на половые органы грызунов. У самцов уменьшилось количество «дефектных» сперматозоидов, а у самок удлинялась благоприятная для зачатия стадия эстрального цикла. Результаты, поведенческих тестов позволили установить, что лигнин стимулирует исследовательское поведение у животных и снижает их тревожность, — подвела итог заведующая отделом радиоэкологии Оксана Раскоша.

Радиобиологические эксперименты с острым гамма-облучением животных показали, что водорастворимый лигнин овса обладает противолучевыми свойствами при разных режимах его введения. Его давали животным до облучения (профилактический режим) или после (терапевтический режим). Таким образом, природные лигнины могут лечь в основу биомедицинских препаратов широкого назначения, в частности как противолучевые средства.

— Нам главное было определить — обладает ли он радиопротекторной активностью. То есть может ли лигнин защитить от действия радиации. Тема очень актуальная: и аварии радиационные, и проживание населения на радиоактивных территориях, и использование в медицине. Мы определили, что может помочь как при остром облучении в больших дозах, так и при хроническом воздействии ионизирующего излучения в малых дозах. А именно эти дозы встречаются в повседневной жизни. Лигнин может защитить организм, во всяком случае мелких млекопитающих, — отметила в беседе с БНК Оксана Раскоша.

Полезные свойства лигнина можно использовать в сельском хозяйстве для повышения устойчивости растений и животных к неблагоприятным условиям окружающей среды, например, действию химикатов и паразитов. В медицинских целях лигнин можно использовать в качестве средств сопроводительной терапии онкологических пациентов для ускорения естественных процессов восстановления повреждений, а также при доставке лекарств в процессе лечения ряда заболеваний, которые генерируют активные формы кислорода.

Результаты работы опубликованы и переданы в Российский научный фонд. Дальше любой ученый, который захочет продолжить исследования, может ими воспользоваться.

БНК