Спорынья и ее применение в медицине

      На  пораженных рожками растениях в  соцветиях (колосьях) хорошо заметны склероции — искривленные трехгранные рожки черно-фиолетового цвета длиной 1–3 см, шириной 3–5 мм. Это покоящаяся стадия гриба. Склероции состоят из сердцевины, покрытой корой меланизированных толстостенных клеток. Склероции зимуют в почве, куда они попадают при сборе урожая культурных злаков или из дикорастущих злаков. Прорастание склероциев активируется действием низкой температуры (от –3 до +5°С) на протяжении длительного времени. Прорастают весной при температуре +10–20°С.

      Стромы  образуются из клеток сердцевины. На поверхности  прорастающих склероциев появляются маленькие  бугорки, а потом небольшие трещинки коркового слоя. Зачатки стром  прорывают кору склероциев и вырастают  в виде бугорков, которые быстро удлиняются, и образуются шаровидные головки диаметром 1–1,5 мм. По периферии головок стром развиваются перитеции — полузамкнутые плодовые тела с узким отверстием на конце, где и созревают половые споры — аскоспоры. Из склероция обычно развивается несколько стром красноватого цвета, их количество и размеры зависят от размеров склероция. Это генеративная фаза развития гриба, которую еще называют асцигерозной стадией.

      Аскоспоры спорыньи заражают злаки в периоде  цветения. Они распространяются ветром, попадают на рыльца пестиков или в нектар и прорастают, при этом их ростковые трубки проникают в завязь. Это конидиальная стадия гриба — сфацелия. В завязи образуется плотная масса многоклеточного разветвленного мицелия, покрытая слоем конидиеносцев, которые в свою очередь образовывают огромное количество мелких конидий (неполовых спор), погруженных в капли липкой жидкости — «медовой росы». Она выделяется мицелием, имеет неприятный запах и содержит большое количество сахаров. «Медовая роса» играет значительную роль в распространении конидий гриба. Она приманивает насекомых, которые переносят конидии на здоровые растения. Конидии могут распространяться с каплями дождя, при прикосновени колосьев, а после высыхания «медовой росы» — переносятся ветром. Распространение спорыньи происходит в основном за счет вторичной инфекции конидиями. Это неполовая фаза развития растения.

      Время образования склероциев зависит  от погоды: во влажную — через  неделю, а в сухую — через  две недели после появления «медовой росы». Развиваются они медленно. Сначала склероции изжелта-коричневые, затем окрашиваются в серо-фиолетовый или черно-фиолетовый цвет. Полное их созревание совпадает с созреванием зерна. Пораженная ткань завязи полностью разрушается, и зерновки замещаются мицелием гриба. Сейчас спорынья встречается в основном по краям полей, где источником инфекции служат дикорастущие злаки. Обычно гриб поражает не более 1 % растений, что приводит к снижению урожая в пределах 0,3–5 %.

4. ГЕОГРАФИЧЕСКОЕ РАСПРОСТРАНЕНИЕ

      Маточные  рожки распространены там, где имеются условия, способствующие циклу развития как гриба, гак и растений-хозяев — в Европе, Азии, Северной Америке (за исключением крайнего Севера). Они выявлены в Северной Африке, некоторых районах Австралии и Южной Америки (Аргентина).

      В нашей стране спорынья встречается во всех географических зонах, кроме пустынь и тундры. Наиболее, благоприятны для развития спорыньи зоны с высокой относительной влажностью воздуха (70 % и выше) и умеренно теплой температурой в период цветения ржи. Оптимальная температура для роста и развития гриба 24° С. Наиболее благоприятные условия для высокой продуктивности спорыньи чаще всего возникают в Прибалтике, западных областях Украины и Беларуси, а также в некоторых районах Дальнего Востока.

5. ЛЕКАРСТВЕННОЕ СЫРЬЕ

      В медицине используют высушенные склероции маточных рожков (Secale cornutum), общее содержание алкалоидов в которых составляет не менее 0,15 % в перерасчете на эрготоксин, а количество водорастворимых алкалоидов — не менее 0,01 % в эквиваленте эргометрина.

      Спрос на маточные рожки достаточно велик. В промышленном производстве используют три основных метода получения алкалоидов рожков: из склероциев, выращенных на растениях, биосинтез алкалоидов в сапрофитной (лабораторной) культуре рожков и их частичный или полный химический синтез.

      Наиболее  экономически выгодным методом является культивирование гриба на ржи. Ранее  склероции собирали на пораженных в  естественных условиях полях. В 30 – 40-е г.г. XX в. были разработаны методы искусственного разведения рожков на ржи. С этой целью озимая рожь высеивается ленточным способом на высоком агрофоне (удобрения, нормальная густота стояния травостоя и т. п.). При этом на одном квадратном метре должно быть не менее 500 колосоносных стеблей. Для заражения используют селекционные штаммы, которые отличаются более высоким и стабильным содержанием алкалоидов (эрготамина) в склероциях — 0,4 – 0,6 % (в дикорастущих склероциях их содержание колеблется в пределах 0,027 – 0,24 %). Культуру гриба выращивают на искусственных питательных средах (сусло-агар, солод-агар, стерилизованные зерна ржи) в колбах в стерильных условиях. Для приготовления питательных сред чистую культуру спорыньи переносят в колбы. Через неделю в колбах на питательной среде появляется белый мицелий гриба. Для заражения посева мицелий вынимают из колбы, помещают на шелковое или капроновое сито и растирают с чистой водой. Потом инфицированную жидкость переносят на планшет-доску с иглами и войлоком, пропитывая его суспензией спор.

      Заражают  рожь в начале колошения, когда на посевах в 50 % растений из влагалищного листа появляется ость. В это время делают уколы планцетами верхней колосоносной части растений ржи. При этом инфицированная жидкость вместе со спорами из игл попадает на колоски ржи, где затем развивается плодовое тело маточных рожков. На тычинках злаков споры прорастают, образовывая грибницу — нитевидный мицелий. На зараженных грибом растениях через 1 – 2 недели начинают выделяться капли «медовой росы», где содержится большое количество конидиеспор. Конидиеспоры переносятся насекомыми на другие растения. В результате завязь атрофируется и образуется склероций. Для полного образования склероция необходимо 30 – 40 дней.

      Маточные  рожки собирают в период созревания, когда они приобретают буро-фиолетовую окраску. Рожки собирают ручным способом или путем прямого комбайнирования переоборудованными зерновыми комбайнами. При сборе ручным способом следует помнить об отравляющих свойствах алкалоидов и защищать лицо и руки. Урожай рожков составляет 50 – 100 кг/га, а в годы с благоприятными погодными условиями — до 150 – 200 кг/га.

      Склероции спорыньи представляют собой продолговатые, почти 3-гранные образования с  продольными бороздками, суживающиеся к обоим концам, длиной 1-3 см, толщиной 3-5 мм; снаружи они темно-фиолетовые, иногда с сероватым, легко стирающимся налетом. Рожки должны быть твердыми на ощупь и легко выниматься из колоса.

      Собранные рожки сушат в затемненном, хорошо проветриваемом помещении. Искусственную сушку проводят при 50° С. Сушка при более высокой температуре ведет к разложению алкалоидов спорыньи. Высушенные склероции должны быть сухими, ломаться, но не гнуться; запах слабый "грибной"; вкус сладковатый, неприятный. В изломе склероции должны быть желтовато-белые с узкой фиолетовой каймой по периферии.

      Предусматривается влажность не более 8 - 11 %, рожков в изломе желтых побуревших — не более 5 %, раздробленных и ломаных рожков — не более 7 %, органических примесей — не более 1,5 %, минеральных — не более 0,5 %. Рожки спорыньи хранят в плотных бумажных мешках или в ящиках в сухом прохладном помещении с постоянной влажностью около

30 %. Хранят по списку Б.

      В соответствии с требованиями Фармакопейной  статьи ФС 42-1432-80 в рожках спорыньи содержание суммы алкалоидов должно быть не менее 

0,3 %; содержание эрготамина не менее 0,2 %; потеря в массе при высушивании не более 8 %; золы общей не более 5 %; изломанных рожков не более 30 %; рожков, поврежденных насекомыми, не более 1 %.

      Лица, занятые на работах по выращиванию  инфекционного материала спорыньи, приготовлению суспензии спор для заражения ржи, на сушке и послеуборочной обработке рожков, должны быть снабжены защитными очками, респираторами, резиновыми перчатками и спецодеждой.

      Маточные  рожки культивируются в Германии, Чехии, Словакии, Венгрии, Швейцарии. Мировыми экспортерами маточных рожков является Испания (экспортируются через Португалию), Россия и Балканские страны.

      Недостатками  вышеописанного метода является получение  только одного урожая склероциев в год и значительная зависимость от погодных условий. Поэтому уже давно предпринимались попытки освоения сапрофитной (лабораторной) культуры рожков для получения алкалоидов. Основные трудности заключаются в том, что на искусственной питательной среде (в сапрофитной культуре) образуется мицелий, который продуцирует только конидиеспоры, последующие стадии развития гриба отсутствуют. А алкалоиды обычно синтезируются на стадии формирования паразитирующих склероциев. Первый патент на такой метод получен еще в 1910 г., но только в последние десятилетия в глубинной и поверхностной культуре рожков удалось получить достаточно высокий и стабильный выход алкалоидов клавиновой группы и простых производных лизергиновой кислоты. В 1960 г. итальянские ученые A. Tonolo, E. B. Chain и соавторы добились высокого уровня продукции простых производных лизергиновой кислоты, в частности метилкарбиноламида (+)-лизергиновой кислоты, в сапрофитной культуре селекционным штаммом Claviceps paspali Stevens et Hall. Выход продукта при этом составлял от 600 мг до 1 – 2 г на 1 л культуры после 7 – 10 дней культивирования, тогда как у начальных диких штаммов — только 10 – 100 мг/л. Из сапрофитной культуры этого гриба получают также паспаловую кислоту — изомер (+)-лизергиновой кислоты. Эти соединения предложено преобразовывать в лизергиновую кислоту, из которой путем полусинтеза можно получить эрготамин и эргометрин. Такой способ получения пептидных алкалоидов маточных рожков введен в фармацевтическую промышленность во многих странах — России, США, Германии, Канаде, Швеции, Японии и других. Сейчас интенсивно изучаются факторы, которые влияют на биосинтез алкалоидов в сапрофитных культурах рожков.

      Недавно (C. Arntz и P. Tudzynski, 1997) с помощью новейших технологий анализа ДНК сделаны попытки идентифицировать гены, отвечающие за синтез алкалоидов культурами маточных рожков. На основе сравнения ДНК культур-продуцентов и культур, не синтезирующих алкалоиды, подтверждены значения гена пускового фермента диметилалилтриптофан-синтетазы, а также генов, отвечающих за дифференциацию гифов склероция.

      Учитывая  фармакологическую ценность алкалоидов маточных рожков, трудность культивирования  данного сырья и получения  из него алкалоидов, в некоторых  странах разработаны синтетические  методы получения алкалоидов маточных рожков. В частности, швейцарской фармацевтической фирмой «Sandoz» запатентован метод получения пептидных алкалоидов рожков на основе L-моногидрата лизергиновой кислоты, а также способ получения пара-R-оксиэрготаминов и их солей (которые обладают адренолитической активностью и являются антагонистами серотонина) на основе лактама L-пролил-L-(о-метил)-тирозина и N-метил-морфолина.

6. БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА

      Первые  сведения о наличии алкалоидов в  рожках растения спорынья появились во второй половине XIX в. Открыли их русские профессора Г. Драгендорф и Р. Коберт.

      Склероции маточных рожков содержат более 30 индоловых  алкалоидов, которые разделяют на две основные группы: производные (+)-лизергиновой и (+)-изолизергиновой кислот и клавиновые алкалоиды.

      К классическим алкалоидам рожков относятся 7 пар стереоизомерных алкалоидов — производных (+)-лизергиновой и (+)-изолизергиновой  кислот. Левовращающие алкалоиды (производные  лизергиновой кислоты) проявляют более  сильную фармакологическую активность, чем правовращающие изомеры (производные изолизергиновой кислоты). 

      7 пар классических алкалоидов  маточных рожков относятся к  четырем группам:

      - группа эрготамина: левовращающие алкалоиды эрготамин и эргозин, правовращающие — эрготаминин и эргозинин;

      - группа эргостина: левовращающий алкалоид эргостин и правовращающий эргостинин;

      - группа эрготоксина: левовращающие алкалоиды эргокристин, эргокриптин и эргокорнин, правовращающие — эргокристинин, эргокриптинин и эргокорнинин;

      - группа эргометрина — левовращающий алкалоид эргометрин и правовращающий эргометринин.

      Алкалоиды групп эрготамина, эргостина и  эрготоксина — соединения лизергиновой кислоты с разными пептидами. Термином «эрготоксин» на протяжении многих лет обозначали смесь эргокристина, эргокриптина и эргокорнина. Пептидные алкалоиды являются наиболее ценными для медицины. К непептидным (водорастворимым) алкалоидам относится эргометрин — соединение лизергиновой кислоты с аминопропанолом. Этот алкалоид открыли в 1935 г. 5 независимых групп исследователей (H. W. Dudley и C. Moir и др.), в связи с чем ему было присвоено несколько названий. Наиболее распространенное из них — эргометрин. В США официально употребляется название эргоновин, в Швейцарии — эргобазин.