FITOECDYSTEROIDY - BIOSTYMULATORY PRZYSZŁOŚCI

Fitostar

Molekuły ecdysteroidów (EC), przedstawiają sobą  grupy lipofilnych polihydroksylowych steroidów, realizując różnorodne funkcje, uczestniczą w procesach życiowych praktycznie wszystkich rodzajów organizmów.

W stosunku do człowieka i innych ssaków pełnią uniwersalną, podobną rolę jak hormony, lecz nimi nie są. Ecdysteroidy (EC) regulują równowagę hormonów i zajmują wyższy poziom w hierarchii substancji biologicznie aktywnych niż hormony.

Pojawiając się  bardzo dawno, kilkaset milionów lat temu EC wzięły udział w złożonej koewolucyjnej drodze rozwoju ekosystemów i ich adaptacji do otaczającego środowiska. Obecność (EC) jest charakterystyczna dla roślin kwitnących, występują także w bardzo starych organizmach takich jak; paprotniki, grzyby, mchy, wodorosty i nago nasienne rośliny. Źródeł niezwykle wysokiej aktywności biologicznej Leuzei - Rhaponticum carthamoides (Willd.) Jljin należy szukać w specyfice wtórnej wymiany substancji, związanej z ewolucyjną adaptacją do niezwykle surowych warunków wegetacji tej rośliny (góry Ałtaju na Syberii, Mongolii i Średniej Azji). Leuzea - relikt plejstocenu jest posiadaczem specjalnej formy metabolizmu, która w ekstremalnych warunkach wegetacji (anormalnie niskie i wysokie temperatury, szerokie wahania oświetlenia, zakwaszenie gleby, niedostatek wilgoci, nadmiar jonów metali, owady szkodniki itd.) została zabezpieczona produkcją fitoecdysteroidów, rozpuszczalnych w wodzie stresowych białek i innych towarzyszących im substancji.

Wśród związków chemicznych Leuzei najbardziej znaczące są fitoecdysteroidy, podstawowy udział w ich masie przypada na 20-hydroxyecdysone (20-E, ecdysterone, ß-ecdysone, polypodine A, crustecdysone). Występuje mnóstwo form ecdysteroidów tworzących zespolenie ich z innymi produktami wtórnego metabolizmu; nieorganicznymi (siarczany i fosforany) i organicznymi kwasami (octowy, benzoesanowy, sól kwasu cynamonowego), cukrami itd. Także zawsze towarzyszą odstępstwa od standartowych struktur w rodzaju przestrzennych izomerów uzupełnionych podwójnym związkiem oksy - grup i hydro kwaśnych grupek w różnych pozycjach steroidnego jądra i w bocznych łańcuchach (Lafon, 1998; Galbraith A i inni, 1996).

Dotychczasowe badania składu chemicznego Leuzei wykazały istnienie 43 ecdysteroidów. Do podstawowych zalicza się; 20-E, polypodine B, a-ecdysone, 2-deoxyecdysterone, inokosterone oraz ich pochodne.

Roślina zawiera cały komplet tak zwanych mniejszościowych ecdysteroidów, w tym wiele specyficznych (leuzeasterone, carthamosterone A i B, lesterone, rapisterone A,B,C,D, rapisterone D 20-acetate). Syntetyzują się także ecdysteroidy, które nie są charakterystyczne dla większości innych kwitnących roślin, ale syntetyzowanych taksonomicznie oddzielnymi grupami: paprotniki i iglaste - taxisterone, makisterone A; kosmowate - 24(28)dehydromakisterone A; amarantowe - (z)-24(28)dehydroamarasterone B, rubrosterone; jasnowate - ajugasterone C; wiankowe - 5-deoxy-5a-kaladasterone; wierzbowe i goździkowe - ecdysterone 25 acetate (viticosterone), integristerone A i B, poststerone. Inne związki powstające w procesie fermentacji i fotochemicznej transformacji są jeszcze nie zidentyfikowane i czekają na opracowanie.

Preparat RAPONTIK jest naturalnym surowcem z suszonych liści leuzei. Zawiera około 0,3% EC w tym 0,257% podstawowego 20-hydroxyecdysone (molekularna masa M=480 jednostek).

Jednym ze znaczących osiągnięć nauki ostatnich lat jest opracowanie technologii wykorzystania EC, syntetyzowanych przez rośliny, przede wszystkim Leuzei w sterowaniu procesami wzrostu i rozwoju rozlicznych organizmów. W organizmie człowieka drzemią bezwładne ecdysteroidy, stanowiące niewykorzystany rezerwuar substancji niezbędnej dla zdrowia. Mogą być uruchomione poprzez EC roślinnego pochodzenia. 
Wyjaśnijmy sposób działania EC na organizm człowieka. Partnerem dla nich w organizmie są białka - receptory (chwytniki), przygotowane do współpracy z jedną konkretną substancją np. ecdysteroidami lub witaminami czy aminokwasami. Kiedy EC wchodzi w receptor, obrazowo porównajmy, jak kluczyk do stacyjki samochodu, silnik zaczyna pracować. Od tego momentu zaczyna przejawiać się biologiczna aktywność EC zgromadzonych w organizmie. W przypadku EC klucz jest bardzo skomplikowany, potrzebnych jest kilku partnerów. Dlatego najbardziej efektywne są nie oczyszczone związki chemiczne preparatu RAPONTIK. Wyizolowany czysty 20E nie ma takiej siły, jak złożony, chemiczny skład Leuzei, posiadający kompleksową aktywność biologiczną EC z innymi metabolitami.

Dzisiaj jest znana budowa około 300 molekuł ecdysteroidów.

Największą różnorodność obserwuje się wśród okryto nasiennych roślin. Wśród owadów odkryto około 50 strukturalnych odpowiedników roślinnych EC. Z całej różnorodności ecdysteroidnych molekuł w organizmach ssaków najbardziej aktywne są trzy - ponasterone A, muristerone A, oraz ecdysterone (20E).

Pierwsze prace nad ecdysteroidami, mające za zadanie wydzielenie hormonów owadów, były prowadzone przez niemieckich uczonych w latach 30 XX wieku. W 1954r udało się wyizolować 25mg słabo oczyszczonej substancji z 500kg kokonów gąsienicy jedwabnika (Bombix mori) oraz ją skrystalizować (Butendant i Karlson, 1954). W 1963r ustalono ogólną strukturę, która pozwoliła odnieść a-ecdysone (ecdyson) do steroidów (z molekularną masą M=464). 
W 1965r rozszyfrowano budowę molekuły metodą rentgeno - strukturalną gdzie w porównaniu z ß-ecdysterone nieobecna jest OH-grupa przy atomie węgla C20 (Huber i Hoppe, 1965; Karlson i inni, 1965). Powyższe prace były znane, tylko dla wąskiego kręgu specjalistów i możliwe jest, że pozostałyby nieznanymi przez długie lata, gdyby nie zbieg okoliczności spowodowany ogromnym zainteresowaniem i dużymi kapitałowymi inwestycjami w prace związane z naukowymi poszukiwaniami ecdysteroidów w światowej florze oraz badaniami właściwości nowych molekuł.

Ponasterone A (ponasteron) był pierwszym fitoecdysteroidem wydzielonym z choinkowego drzewka Podocarpus nakaii i scharakteryzowanym przez uczonych japońskich w 1966r (Nakanishi i inni, 1966). Na przełomie lat 70 i 80 XX w, odkryto obecność ponasterone wśród skorupiaków (McCarthy, 1979; Lachaise, 1981) w 1995r w grzybach z rodziny Paxillaceae (świnuszka tłusta) (Vokac i inni, 1995).

Ecdysterone (ß-ecdysone, 20-hydroxyecdysone, 20-E) w 1966 najpierw był wyizolowany ze skorupiaka Jasus calandei i dlatego nazwany crustecdysone (Hampshire i Horn, 1966). Następnie znaleziono go wśród owadów gąsienicy - Bombix mori i Athaerea pernyj (Hocks i Wiechert, 1966). Po określeniu struktury molekularnej w tym samym roku wydzielono z gatunku roślin choinkowych i paprotników Podocarpus elatus, następnie z korzeni Polipodium vulgare (Heinrich i Hoffmeister, 1967). W latach następnych ustalono, że ecdysterone znajduje się w absolutnej większości roślin (Dinan i inni, 2001).

Głównym źródłem pozyskania ecdysterone na skalę przemysłową jest wieloletnia roślina Leuzea - szczodrak krokoszowy Rhaponticum carthamoides (Willd.) Jlijn.

Muristerone A (muristeron), najbardziej aktywny, rzadki i nadzwyczajnie drogi ecdysteroid z obecnie znanych, odkryty w 1972r przez badaczy niemieckich w nasionach roślin endemicznych z rodzaju Ipomoea (Canonica i inni, 1972), rosnących na południowych stokach Himalajów. Ipomoea – jest równie zagadkowym, okrytym tajemnicą źródłem pozyskiwania ecdysteroidów. Nomenklatura rodzaju Ipomoea jest nadzwyczaj skomplikowana, pod tą nazwą mogą być rozumiane całkiem inne rośliny w wielu przypadkach endemiczne. W publikacjach naukowych związanych z muristerone brak jest wzmianki dotyczącej żródła pozyskania surowca.

Pomimo, że spośród trzech najważniejszych ecdysteroidów ecdysterone (20E) ustępuje nieznacznie poziomem aktywności wobec pozostałych to ilość EC i łatwość pozyskania rekompensuje ten niedostatek. Poniższa tabelka pokazuje aktywność ecdysteroidów preparatu RAPONTIK w stosunku do ponasterone. Przeglądarka może nie wspierać wyświetlania tego obrazu.

tabelka

Odkrycie ecdysteroidów w roślinach przez uczonego, pochodzącego z Czechosłowacji, Karela Slamę, który wyjechał na naukowe stypendium do USA, było zwyczajnym przypadkiem. W laboratorium hodował na filtrowanym papierze przyziemnego owada, bezskrzydłego, czerwonego pluskwiaka (Pyrrohocoris apterus L). W ostatniej fazie linienia owada, K. Slamę oczekiwała niespodzianka - metamorfoza została naruszona i owad nie mógł zrzucić kokonu. Tajemnica polegała na pochodzeniu filtrowanego papieru. W tym przypadku pochodził z sosny balsamicznej (Albies balsamea). Metamorfoza na innych papierach przebiegała normalnie. W procesie ekstrakcji wydzielono strukturalny analog młodzieńczego hormonu juwabion, wybiórczo działającego tylko na tego owada. Przy testowaniu innych wziętych dowolnie roślin ustalono w nich obecność wielu związków związanych z hormonalną aktywnością owadów. Tym samym potwierdzono udział ecdysteroidów w składzie chemicznym roślin.

Uwzględniając biologiczną  i ekonomiczną ważność ecdysteroidów w ciągu ostatnich 30 lat dokonano znaczącego wysiłku w naukowych badaniach światowej flory w celu znalezienia gatunków roślin super producentów, identyfikacji najbardziej aktywnych związków chemicznych oraz po zbadaniu praktycznych możliwości, wykorzystanie ich w różnych obszarach medycyny i biologii. Pomimo tego pytanie o rolę jaką wypełniają w żywej przyrodzie, pozostaje nadal otwarte. Dodatkowo wiadomo tylko to, że jeden z głównych przedstawicieli ecdysteroidów 20-hydroxyecdysone jest prawdziwym hormonem linienia dla stawonogów (owadów i rako podobnych).

W latach 60 XX w, odkrycie obecności olbrzymich ilości hormonów linienia owadów w roślinach (przewyższają ich koncentrację miliony razy) było bardzo dużą sensacją naukową. Przypuszczano, że to odkrycie pozwoli znaleźć bezpieczną ekologicznie i bardzo efektywną metodę regulowania wielkości populacji owadów pasożytów i szkodników. Jak wyjaśniło się po przeprowadzeniu dokładnych badań, większość owadów jest odporna lub nauczyła się przeciwdziałać (odtruwać) fitoecdysteroidy (Dainen, 1998), dostające się przez przełyk do organizmu, i sami zaczęli syntetyzować zooecdysteroidy własnej produkcji (ecdysony) - według odmiennych dróg metabolicznych, różnych od roślin.

Tym nie mniej 20-letnie badania w obszarze komórkowej i molekularnej biologii, ekologicznej genetyki i nauk fizjologicznych doprowadziły do jeszcze bardziej znaczących odkryć; że ecdysteroidy są naturalnymi i absolutnie bezpiecznymi partnerami w molekularnych systemach przełączania genów (Suhr i inni, 1998; Wang i inni 2000; Carlson i inni, 2001; Jepson i inni 2002); że mechanizmy ecdyson - (ecdysteroid) indukowanych systemów ekspresji genów, podobne są w komórkach owadów i mają zastosowanie do człowieka i pozostałych ssaków (Saez i inni, 2000; Albanese i inni, 2000; Evans i Saez, 2001); że takie systemy można sztucznie konstruować, modyfikować i klonować tworząc rekombinowane białka - receptory (chwytniki) i aktywatory transkrypcji na podstawie steroidnych, tyroidnych, retinoidnych receptorów owadów i ssaków, retro- i alfa - wirusów, bakteriofagów i szokowych białek (Vogtli i inni, 1998; Vegeto i inni, 1999; Natesan i Gilman, 2000; Aarnisalo i inni, 2002; Jessee i inni, 2002).

Znaczenie ostatniego odkrycia jest nadzwyczaj aktualne w post genowej erze medycyny, oczekuje się na duże ilości kapitałowych wkładów inwestycyjnych przeznaczonych na opanowanie metod molekularnej i genowej terapii (Juliano i inni, 2001). W związku z zakończeniem rozszyfrowywania genowej biblioteki człowieka, przypuszcza się, że z pomocą genowych przełączników można będzie wyłączać komórki produkujące struktury przynoszące szkody dla organizmu i zatrzymać rozwój choroby nie poddającej się leczeniu zwykłymi metodami (Kucharova i Farkas, 2002; Wolter i inni, 2002). Analogicznie można urzeczywistnić wbudowanie lub dokładniej włączenie nieobecnych w komórkach organizmu - gospodarza, genów odpowiedzialnych za wytworzenie docelowych, terapeutycznych agentów a także zaprząc do pracy czynniki regenerujące uszkodzone tkanki (Patrick i inni, 2001).

Ecdyson - indukowane systemy mogą być wykorzystane do badań grupowych funkcji genów tak w naturalnych jak i sztucznych systemach. Przy integracji takich systemów z współczesnymi komputerowymi technologiami, pojawia się możliwość diagnozowania właściwości dowolnej substancji lub biologicznego obiektu, dysponując nadzwyczajnie małą ilością ostatnich - w przedziale 1 ng (Bassett i inni, 2002). Na przykład; licząc promieniem laserowym, fluoroscencyjne promieniowanie takich systemów jako rezultat ekspresji grupy złączonych genów w odpowiedzi na wprowadzenie leczniczego preparatu i porównanie ze znanym profilem, można wcześniej przewidzieć jego mutagenność lub cyto toksyczność (Friend i Stoughton, 2001).

Jakie by nie były fantastyczne nowe kierunki wykorzystania ecdysteroidów, tym nie mniej ecdyson - indukowane systemy są nie tylko stworzone, ale i opatentowane i są realizowane na dużą skalę w celach komercyjnych. Oprócz tego, ważnymi aspektami wykorzystania ecdysteroidów jest ich udział w wielorakich, poza genowych, efektach. Mechanizmy współdziałania ecdysteroidów z membranowymi receptorami jako sygnałowych molekuł, aktywizujących wtórnych pośredników, są na etapie wstępnych badań (Constantino i inni, 2001; Wolter i inni, 2002), ale ten fakt nie przeszkadza szerokiemu i praktycznemu wykorzystaniu preparatów zawierających esdysteroidy, przy wspomaganiu leczenia zaburzeń systemu sercowo - naczyniowego, centralnego systemu nerwowego i systemu reprodukcyjnego, oraz homeostazie organizmu (Falkenstein i inni, 2000; Timofiejew, 2001).

Badanie ecdysteroidów  - to kierunek w biologii, odkrywający szeroką przestrzeń dla fundamentalnych badań i stosowanych opracowań. Nauka o ecdysteroidach jest szeroko przedstawiona w Internecie, zawiera badania tak problemów genetyki, komórek i molekularnej biologii, fizjologii człowieka, zwierząt i roślin, jak i komercyjne propozycje ukierunkowane na rozwiązanie realnych zadań w obszarach chemii, biotechnologii, farmakologii, medycyny, entomologii oraz kilku gałęzi rolnictwa.