mkgtuНовые технологии / New technologiesNew Technologies2072-09202713-0029МГТУ10.47370/2072-0920-2021-17-6-35-47mkgtu-538Research ArticleТЕХНОЛОГИЯ ПРОДОВОЛЬСТВЕННЫХ ПРОДУКТОВFOOD TECHNOLOGYИсследование химического состава клеточных культур DIOSCOREA CAUCASICA в связи с получением источника БАВ с кардиопротекторным потенциаломInvestigation of the chemical composition of cell cultures of DIOSCOREA CAUCASICA in connection with the production of BAS sources with cardioprotective potentialЛосеваА. И.LosevaA. I.

Анна Ивановна Лосева, начальник Управления научно-издательской деятельности ; кандидат технических наук

ул. Красная, д. 6, г. Кемерово, 650000

Anna I. Loseva, Head of the Department of Scientific and Publishing Activities; Candidate of Technical Sciences

6 Krasnaya str., Kemerovo, 650000

losevaa@mail.ruМининаВ. И.MininaV. I.

Варвара Ивановна Минина, заведующая кафедрой генетики и фундаментальной медицины , доктор биологических наук, доцент

ул. Красная, д. 6, г. Кемерово, 650000

Varvara I. Minina, Head of the Department of Genetics and Fundamental Medicine, Doctor of Biological Sciences, Associate Professor

6 Krasnaya str., Kemerovo, 650000

ПоздняковаА. В.PozdnyakovaA. V.

Анна Владимировна Позднякова, доцент кафедры бионанотехнологии, кандидат технических наук

ул. Красная, д. 6, г. Кемерово, 650000

Anna V. Pozdnyakova, Associate Professor of the Department of Bionanotechnology, Candidate of Technical Sciences

6 Krasnaya str., Kemerovo, 650000

ОстаповаЕ. В.OstapovaE. V.

Елена Владимировна Остапова, профессор кафедры фундаментальной и прикладной химии, доктор химических наук

ул. Красная, д. 6, г. Кемерово, 650000

Elena V. Ostapova, Professor of the Department of Fundamental and Applied Chemistry, Doctor of Chemical Sciences

6 Krasnaya str., Kemerovo, 650000

ФГБОУ ВО «Кемеровский государственный университет»РоссияFSBEI HE «Kemerovo State UniversityRussian FederationФГБОУ ВО «Кемеровский государственный университет»РоссияFSBEI HE «Kemerovo State University»Russian Federation2021150220221763547Copyright © Лосева А.И., Минина В.И., Позднякова А.В., Остапова Е.В., 20222022Лосева А.И., Минина В.И., Позднякова А.В., Остапова Е.В.Loseva A.I., Minina V.I., Pozdnyakova A.V., Ostapova E.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://newtechology.mkgtu.ru/jour/article/view/538

Диоскорея кавказская является источником биологически активных веществ (БАВ): сапонинов и полифенолов, проявляющих противоатеросклеротическое действие. Но так как данный вид растения во многих регионах России занесен в Красную книгу, то изъятие растительного сырья из естественной среды обитания невозможно. Решением данной проблемы является применение биотехнологических методов in vitro – получение каллусных, суспензионных и корневых культур. Цель данной работы состояла в подборе рабочих параметров экстрагирования из клеточных культур максимального количества БАВ. Для ее реализации использовались выращенные по общепринятым методикам клеточные культуры in vitro, экстракты на основе данных культур, полученные с помощью различных органических растворителей, и при варьировании параметрами экстракции (температурой, соотношением сырье:экстрагент, временем). Максимальный выход экстракта, следовательно, БАВ из каллусов наблюдался при использовании метанола в соотношении 1:10 при 40°С в течение 60 мин. Из суспензионных культур максимальный выход БАВ – при использовании изопропанола в соотношении 1:10 при 40°С в течение 30 мин. Из корневых культур – при использовании изопропанола в соотношении 1:10 при 40°С в течение 60 мин. Из анализируемых экстрактов наибольшее содержание БАВ (кофейной кислоты, рутина, мангиферина, кверцетина, апигенина) содержалось в экстракте из корневой культуры in vitro. Например, содержание рутина выше в 13 и 22 раза, чем у каллусной и суспензионной культур. Методами ТСХ, ВЭЖХ и ЯМР установлено, что изопропанольный экстракт корневой культуры in vitro Диоскореи кавказской содержал сапонины: глюкопиранозид и рамнопиранозид, дельтозид, протодиосцин, спиростенол А и спиростенол Б – вещества, проявляющие противоатеросклеротическое действие. В перспективе клеточные культуры in vitro Диоскореи кавказской использовать как сырье в фармацевтических целях (для приготовления лекарственных препаратов) и в пищевой промышленности (как компонент функциональных продуктов питания и биологически активных добавок).

Dioscorea Caucasica is a source of various biologically active substances (BAS), e.g. saponins and polyphenols, which are known for their anti-atherosclerotic action. However, this species is in the Red List of many Russian regions. Biotechnological methods of production of callus, suspension, and root cultures in vitro can solve this problem. The research objective was to select the optimal BAS extraction parameters. The study featured in vitro cell cultures, grown according to standard methods, and extracts, obtained from these cultures using various organic solvents and extraction parameters, i.e. temperature, the ratio of raw material vs. extractant, time, etc. The best yield of the extract from callus cultures was observed when methanol was applied in a ratio of 1:10 at 40°C for 60 min. As for suspension cultures, the greatest yield was provided by isopropanol in a ratio of 1:10 at 40°C for 30 min. In case of root cultures, the most effective combination was that of isopropanol in a ratio of 1:10 at 40°C for 60 min. The root culture proved the source of the highest BAS content, namely caffeic acid, rutin, mangiferin, quercetin, and apigenin. The content of rutin was 13 and 22 times higher than that of callus and suspension cultures. TLC, HPLC, and NMR procedures demonstrated that the isopropanol extract contained such saponins as glucopyranoside, rhamnopyranoside, deltoside, protodioscin, spirosthenol A, and spirosthenol B. These substances are known for their antiatherosclerotic properties. Therefore, in vitro cell cultures of Dioscorea Caucasica can be used as raw materials for various pharmaceutical purposes, as well as in functional foods.

Диоскорея кавказскаябиотехнология in vitroкардиопротекторные свойстваатеросклерозвторичные метаболитыфенолысапониныэкстракцияDioscorea Caucasicabiotechnology in vitrocardioprotective propertiesatherosclerosissecondary metabolitesphenolssaponinsextractionReferencesРастительная биотехнология – способ рационального использования биосинтетического потенциал / Решетников В. [и др.] // Наука и инновации. 2014. № 5 (135). С. 21–25.Reshetnikov V., Spiridovich E., Fomenko T., Nosov A. Plant biotechnology – a way of rational use of biosynthetic potential. Science and innovation. 2014;5 (135):21–25. (In Russ.)ВОЗ публикует статистику о ведущих причинах смертности и инвалидности ‎во всем мире за период 2000–2019 гг.‎ [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.who.int/ru/news/item/09-12-2020-who-reveals-leading-causes-of-death-and-disability-worldwide-2000-2019 (дата обращения: 07.09.2021).WHO publishes statistics on the leading causes of death and disability worldwide for the period 2000–2019 [Electronic resource]. Access mode: https://www.who.int/ru/news/item/09-12-2020-who-reveals-leading-causes-of-death-and-disability-worldwide-2000-2019 (access date: 09/07/2021).Lordan R. [et al.] Dairy Fats and Cardiovascular Disease: Do We Really Need to be Concerned? Foods (Basel, Switzerland). 2018; (3): 9. https://doi.org/10.3390/foods7030029.Lordan R. [et al.] Dairy Fats and Cardiovascular Disease: Do We Really Need to be Concerned? Foods (Basel, Switzerland). 2018;7(3):29. https://doi.org/10.3390/foods7030029.Роль оптимального питания в профилактике сердечно-сосудистых заболеваний / Сметнева Н.С. [и др.] // Вопросы питания. 2020. Т. 89, № 3. С. 114–124.Smetneva N.S. [et al.] The role of optimal nutrition in the prevention of cardiovascular disease. Nutrition issues. 2020;89(3):114-124. (In Russ.)Инновационная технология таблеток «Диосклефит» на основе Диоскореи кавказской (Dioscorea сaucasica lypsky) / Корочинский А.В. [и др.] // Разработка и регистрация лекарственных средств. 2015. № 4 (13). С. 74–81.Korochinskiy A.V. [et al.] Innovative technology of Diosclefit tablets based on Caucasian dioscorea (Dioscorea caucasica lypsky). Development and registration of medicines. 2015;4(13):74–81. (In Russ.)Влияние регуляторов роста на морфогенетическую активность экспланотов Dioscorea nipponica Makino и образование полифенолов / Калашникова Е.А. [и др.] // Международный научно-исследовательский журнал. 2020. № 6–2 (96). С. 6–11.Kalashnikova E.A. [et al.] Influence of growth regulators on morphogenetic activity of Dioscorea nipponica Makino explants and formation of polyphenols. International research journal. 2020;6-2 (96):6–11. (In Russ.)Тания И.В., Шевчук О.М., Лейба Л.О. Редкие виды лекарственных растений Рицинского реликтового национального парка (Республика Абхазия) // Биология растений и садоводство: теория, инновации. 2021. № 1 (158). С. 38–51.Tania I.V., Shevchuk O.M., Leiba L.O. Rare species of medicinal plants of the Ritsa relict national park (Republic of Abkhazia). Plant biology and horticulture: theory, innovation. 2021;1(158):38–51. (In Russ.)Lazim A.M. [et al.] Structure, physicochemical and toxicity properties of underused malaysian native Tuber’s starch (Dioscorea Pentaphylla). Journal of King Saud University Science. 2021; 33(6): 101501. https://doi.org/10.1016/j.jksus.2021.101501.Lazim A.M. [et al.] Structure, physicochemical and toxicity properties of underused malaysian native Tuber’s starch (Dioscorea Pentaphylla). Journal of King Saud University Science. 2021;33(6):101501. https://doi.org/10.1016/j.jksus.2021.101501.Li Q. [et al.] Physicochemical properties and antioxidant activity of Maillard reaction products derived from Dioscorea opposita polysaccharides. LWT. 2021; 149: 111833. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2021.111833.Li Q. [et al.] Physicochemical properties and antioxidant activity of Maillard reaction products derived from Dioscorea opposita polysaccharides. LWT. 2021;149:111833. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2021.111833.Jiang Q. [et al.] Characterizations of starches isolated from five different Dioscorea L. species. Food Hydrocolloids. 2012;29(1):35-41. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2012.01.011.Jiang Q. [et al.] Characterizations of starches isolated from five different Dioscorea L. species [Electronic resource]. Food Hydrocolloids. 2012;29(1):35-41. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2012.01.011.Атлас ареалов и ресурсов лекарственных растений СССР / П.С. Чиков. М.: Картография, 1983. 340 с.Atlas of areas and resources of medicinal plants in the USSR / P.S Chikov. Moscow: Cartography; 1983. (In Russ.)Кравцова Л.П. Оценка перспективности редких лекарственных растений при интродукции в Хакасии // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2019. № 5. С. 35–39.Kravtsova L.P. Assessment of the prospects of rare medicinal plants for introduction in Khakassia. International Journal of Applied and Basic Research. 2019;5:35–39. (In Russ.)Доан Т.Т., Калашникова Е.А., Молканова О.И. Клональное микроразмножение редких и исчезающих видов растений // Известия Тимирязевской сельскохозяйственной академии. 2012. № 5. С. 48–52.Doan T.T., Kalashnikova E.A., Molkanova O.I. Clonal micropropagation of rare and endangered plant species. News of the Timiryazev Agricultural Academy. 2012;5:48–52. (In Russ.)Цитотоксичность и биологическая активность экстрактов редких лекарственных растений (Dioscorea Caucasica Lypsky, Astragalus dasyanthus Pall, Withania somnifera L.) в условиях in vitro / Калашникова Е.А. [и др.] // Norwegian Journal of Development of the International Science. 2020. № 42-2. С. 8–12.Kalashnikova E.A. [et al.] Cytotoxicity and biological activity of extracts of rare medicinal plants (Dioscorea Caucasica Lypsky, Astragalus dasyanthus Pall, Withania somnifera L.) in vitro. Norwegian Journal of Development of the International Science. 2020;42-2:8–12. (In Russ.)Особенности микроклонального размножения лекарственных растений рода Dioscorea с высоким содержанием биофлавоноидов в условиях in vitro / Калашникова Е.А. [и др.] // Norwegian Journal of Development of the International Science. 2019. № 11–2 (36). С. 3–8.Kalashnikova E.A. [et al.] Features of micropropagation of medicinal plants of the genus Dioscorea with a high content of bioflavonoids in vitro. Norwegian Journal of Development of the International Science. 2019;11-2(36):3–8. (In Russ.)Sonibare M.A., Adeniran A.A. Comparative micromorphological study of wild and micropropagated Dioscorea bulbifera Linn. Asian Pacific journal of tropical biomedicine. 2014;4(3):176-183. URL:https://doi.org/10.1016/S2221-1691(14)60228-8.Sonibare M.A., Adeniran A.A. Comparative micromorphological study of wild and micropropagated Dioscorea bulbifera Linn. Asian Pacific journal of tropical biomedicine. 2014;4(3):176–183. https://doi.org/10.1016/S2221-1691(14)60228-8.Murashige T., Scoog F.A Revised Medium for Rapid Growth and Bio Assays with Tobacco Tissue Culture. Physiology Plantarum, 1962;15:473-49.Murashige T., Scoog F. A Revised Medium for Rapid Growth and Bio Assays with Tobacco Tissue Culture. Physiology Plantarum. 1962;15:473–497.Novikova T. [et al.] Agrobacterium rhizogenes-transformed roots of Astragalus membranaceus (Fisch. Ex Link) Bunge as a source of valuable secondary metabolites. BIO Web of Conferences. 2020;24:6.Novikova T. [et al.] Agrobacterium rhizogenes-transformed roots of Astragalus membranaceus (Fisch. Ex Link) Bunge as a source of valuable secondary metabolites. BIO Web of Conferences. 2020; 24:6. (In Russ.)Gamborg O.L., Miller R.A., Ojima O. Nutrient requirements of suspension cultures of soybean root cells. Exp. Cell Res. 1968;50(1):151–158.Gamborg O.L., Miller R.A., Ojima O. Nutrient requirements of suspension cultures of soybean root cells. Exp. Cell Res. 1968;50(1):151–158.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.