събота, 28 септември 2013 г.

Claviceps purpurea

РЕФЕРАТ
по
Лечебни водорасли и гъби
на тема:
Claviceps purpurea- алкалоиди и приложението им в медицината




CLAVICEPS PURPUREA
Моравото рогче (Claviceps purpurea) е паразитна гъба, която се среща при някои тревисти и житни растения, но най-често при ръжта. Тя принадлежи към отдел Ascomycota (Торбести гъби), клас Sordariomycetes, подклас Hypocreomycetidae, разред Hypocrеales, семейство Clavicipitaceae, род Claviceps. Вече повече от век учени се опитват да опишат специализирани видове или по-точно специализирани разновидности на видовете Claviceps purpurea. В самото начало са били разделени на:
·   Claviceps microcephala (1853)
·   Claviceps wilsonii (1854)
По-късно са се опитали да определят отделни сортове на purpurea:
·   Claviceps purpurea var. agropyri
·   Claviceps purpurea var. purpurea
·   Claviceps purpurea var. spartinae
·   Claviceps purpurea var. wilsonii
Но молекулярните биолози не са потвърдили тази хипотеза и за това видовете са разделени в три различни групи според екологичните им изисквания.
·   G1- на тревисти места, открити ливади и полета;
·   G2- влажни треви в горски (планински) местообитания;
·   G3 (C. purpurea var. spartinae)- блатни треви ( Spartina, Distichlis);
Морфологични критерии: Формата и размера на склероция не са добри индикатори, защото те силно зависят от размера и формата на съцветието на растението-гостоприемник. Размера на конидия може да бъде индикатор, но слаб, поради осмотичното налагане от което размера значително варира ако наблюдаваме спорите в сладката течност или във вода. Здравината на склероция може да бъде взимана в предвид ако групи G2 и G3 плават във вода. Различното съдържание на алкалоиди също се използва като качествен белег за разграничаване на отделните щамбове.
Гостоприменици на Claviceps purpurea се явяват най-различни растения от следните подсемейства:
·  Pooideae- Argostis canina, Alopecurus myosuroides (G2), Alopecurus pratense, Bromus arvensis, Bramus commutatus, Bromus hordeaceus (G2), Bromus inermis, Bromus marginatus, Elymus tsukushiense, festuca arundinacea, Elytrigia repens (G1), Nardus stricta, Poa annua (G2), Phleum pretense, Phalaris arundinacea (G2), Poa pratensis (G1), Stipa;
·    Arundinoideae- Danthonia, Molinia caerulea;
·   Chloridoideae- Spartina, Distichlis (G3);
·    Panicoideae- Setaria;
Вече заразен плодника на дадено растение бива екстензивно колонизиран от хифи, като при пререз наблюдаваме нагъната гъбна маса, чийто крайни клетки отделят овални конидии (фиг.1). Тези конидии се намират в сладка течност („медена роса”) отделяна от заразения плодник. Тази течност е богата на захари и аминокиселини, и за това тя привлича насекомите, които разнасят полепналите по тях конидиоспори и вторично заразяват цъфтящите растения. Конидиалната фаза „медена роса” е описвана като самостоятелен вид- Sphacelia segetum (фиг.2Б). Процесът на секреция на сладката течност продължава няколко седмици като накрая заразеният плодник се превръща в твърда тъмна (червено-виолетова) маса от хифи- склероций. Склероцият представлява плътно компактизиран мицел, който служи за преживяване на неблагоприятните условия (фиг. 2В). Чрез него гъбата презимува. Тази фаза (склероцийна) е позната под името Sclerotium clavus. През пролетта опадалите през есента склероции покълват, като върху тях се развиват множество строми (10-30). Подходящата температура за прорастване на строми е 10-25 градуса по С. Стромите са сферични (с диаметър 1-2мм) с грапава повърхност структури, оцветени от светложълто до месночервено и разположени върху дръжки (фиг.2А). В повърхностния слой на стромата са потопени колбовидни перитеции в които се формират по няколко бухалковидни аскуса, съдържащи по осем безцветни тънки пръчковидни аскоспори. Аскоспорите се разнасят от вятъра и заразяват цъфтящите житни растения.
Склероциите на моравото рогче съдържат разнообразни алкалоиди ( ерготамин, ергометрин, елимоклавин и др.) които намират, заедно с химично модифици-
раните алкалоиди, широко приложение в медицината. Дрогата е известна под името Secale cornutum.
Фиг. 1. Жизнен цикъл на Claviceps purpurea


Фиг. 2. Claviceps purpurea: A- склероции със строми, Б- „медена роса”, В- склероции

Брашното (фуражът) с примес от мораво рогче предисвиква заболяване по животните и човека, наречено ерготизъм. Ерготизъм е името на тежки патологични симптоми причинени от ерго алкалоиди. В миналото монаси от ордена на „Св. Антоний Велики”, са били специализирани да лекуват жертви на ерготизъм с балсами, съдържащи успокояващи и стимулиращи кръвообращението растителни екстракти. Един  от главните симптоми на тази болест е тежкото усещане на парене в крайниците, причинено от стесняване на кръвоносните съдове водещо до гангрени, за това  монасите са били специализирани и в ампутациите. Тогава името на тази болест е било известно под названието „свещен огън” или „Свети Антонов огън”.
Препарати от ергот (склероцийната фаза на гъбата) са били използвани в продължение на векове за ускоряване на раждането и контрол на последващото кървене. Чак в началото на XX век, химици и фармаколози започнали да индентифицират многото активни компоненти в склероция и така получили много по-безопасни и надеждни препарати. В днешно време терапевтично полезни ерготаминови алкалоиди се произвеждат масово чрез ферментационната промишленост.

АЛКАЛОИДИ В CLAVICEPS PURPUREA
Паразитният цикъл на моравото рогче е описан за първи път през 1853г., но връзката между склероция и епидемиите сред хората, респ.животните, се съобщава в научен текст още в далечната 1676г. Ерго-алкалоидите имат широк спектър на биологично действие, като силно влияят на кръвообращението и на невротрансмисията. Невротопните дейности на алкалоидите от моравото рогче могат да предизвикат халюцинации придружени с нерационално поведение, гърчове и дори смърт. Други симптоми са силни контракции на матката, гадене, припадаци и безсъние. Още в Средновековието, контролирани дози от мораво рогче са използвани за предизвикване на аборт и за спиране на кървенето на майката след края на родилният процес. Ерго-алкалоиди се използват също и в препарати като Cafergot (фиг.3А), съдържаш кофеин, ерготамин или ерголен за лекуване на главоболие (мигрена). В днешно време екстракти от склероции не се използват във фармацевтичните препарати (.фиг.3Б).
Един от основните амиди намиращи се в склероция на моравото рогче е лизергиновата киселина (фиг.4). Той не е особено терапевтично използваем, но пък дава началото, като материал за химичен синтез на по-сложни алкалоиди. Единствените ествествено срещани ерготаминови алкалоиди с медецинско значение са ергометрин и ерготамин.
Фиг.3. А- Cafergot, Б- ergot extract

Фиг.4. Производни алкалоиди на лизергиновата киселина

Алкалоидите са разделени главно в три класа: водоразтворими амиди на лизергиновата киселина, неразтворими във вода ергопептини (ергопептиди) и clavine групата.
·    Амиди на лизергиновата киселина:
-  Ergine (LSA, D-lisergic acid amide, LAA, LA-111)
IUPAC name: 9, 10-dicehydro-6-methylergoline-8 beta-carboxamide
CAS number: 478-94-4
-  Ergonovine (ergobasine)
INN: ergometrine
IUPAC name: (8 beta(S))- 9,10-didehydro-N-(2-hydroxy-1-methylethyl)-6-methylergoline-8-carboxamide
CAS number: 60-79-7
-  Methergine (ME-277)
INN: methylergometrine
IUPAC name: (8 beta(S))- 9,10-didehydro-N-(1-(hydroxymethyl)propyl)-6-methylergoline-8-carboxamide
CAS number: 113-42-8
-  Methysergide (UML-491)
IUPAC name: (8 beta)- 9,10- didehydro-N-(1-(hydroxymethyl)propyl)-1,6-dimethylergoline-8-carboxamide
CAS number: 361-37-5
-  LSD (D-lysergic acid diethylamide, LSD-25)
INN: lysergide
IUPAC name: (8 beta)- 9,10- didehydro-N,N-diethyl-6-methylergoline-8-carboxamide
CAS number: 50-37-3
-  LSH (D-lysergic acid α–hydroxyethylamide)
IUPAC name: 9,10- didehydro-N-(1-(hydroxymethyl)-6-methylergoline-8-carboxamide
CAS number: 3343-15-5\
Връзката между тези съединения е обобщена в следната структурна формула (фиг.5) и таблица за замествания (Т1):
Фиг. 5. Обща структурна формула на амидите на лизергиновата киселина

Т1. Амиди на лизергиновата киселина
Име
R1
R2
R3
Ergine
H
H
H
Ergonovine
H
CH(CH3)CH2OH
H
Methergine
H
CH(CH2CH3)CH2OH
H
Methysergide
CH3
CH(CH2CH3)CH2OH
H
LSD
H
CH2CH3
CH2CH3

·    Пептидни алкалоиди:
Пептидните ерго алкалоиди или ерго пептини (известни също като ерго пептиди) са производни на ерголена. Те имат трипептидна структура закрепена към основният пръстен на ерголена на същото място като амидната гупа на лизергиновите производни. Тази стругтура съдържа пролин и две други α-аминокиселини, свързани по необичайна циклична формация >N-C(OH)< с въглеродният карбоксил на пролина между двата лактамни (циклични) пръстена. Някои от най-важните ерго пептини са обобщени по-долу. В допълнение към следните ерго пептини, често срещан термин е ерготоксин, който най-често се отнася до смес от равни части на ергокристин, ергокорин и ергокриптин, като последният е 2:1 смес от алфа- и бета-ергокриптин.
o   Ergotoxine group (valine като АК прикрепена към ерголина, на R2-долу)
-   Ergocristine
IUPAC name: Ergotaman-3’, 6’, 18-trione, 12’-hydroxy-2’-(1-methylethyl)-5’-(phenylmethyl)-,(5’-alpha)-
CAS number: 511-08-0
-  Ergocomine
IUPAC name: Ergotaman-3’, 6’, 18-trione, 12’-hydroxy-2’, 5’-bis(1-methylethyl)-,(5’-alpha)-
CAS number: 564-36-3
-  αErgocryptine
IUPAC name: Ergotaman-3’, 6’, 18-trione, 12’-hydroxy-2’-(1-methylethyl)-5’-(2-methylpropyl)-,(5’alpha)-
CAS number: 511-09-1
-  beta-Ergocryptine
IUPAC name: Ergotaman-3’, 6’, 18-trione, 12’-hydroxy-2’-(1-methylethyl)-5’-(1-methylpropyl)-,(5’alpha(S))-
CAS number: 20315-46-2
o   Ergotamine group (alanine на R2)
-  Ergotamine
IUPAC name: Ergotaman-3’, 6’, 18-trione,12’-hydroxy- 2’-methyl-5’-(phenylmethyl)-,(5’-alpha)-
CAS number: 113-15-5
-  Ergovaline
IUPAC name: Ergotaman-3’, 6’, 18-trione, 12’-hydroxy- 2’-methyl-5’-(1-methylethyl)-,(5’-alpha)-

CAS number: 2873-38-3
-  α-Ergosine
IUPAC name: Ergotaman-3’, 6’, 18-trione, 12’-hydroxy- 2’-methyl-5’-(2-methylpropyl)-,(5’-alpha)-
CAS number: 561-94-4
-  beta-Ergosine
IUPAC name: Ergotaman-3’, 6’, 18-trione, 12’-hydroxy- 2’-methyl-5’-(1-methylpropyl)-,(5’-alpha(S))-

CAS number: 60192-59-8
Връзката между тези съединения е обобщена в следната структурна формула (фиг.6) и таблица за замествания (Т2):
Фиг. 6. Обща структурна формула на пептидните алкалоиди
T2. Пептидни алкалоиди
Име
R1
R2
R3
АК на R3
Ergocristine

CH(CH3)2
benzyl
Phenylalanine
Ergocomine

CH(CH3)2
CH(CH3)2
Valine
α–Ergocryptine

CH(CH3)2
CH2CH(CH3)2
Leucine
beta-Ergocryptine

CH(CH3)2
CH(CH3)CH2CH3 (S)
Isoleucine
Ergotamine

CH3
benzyl
Phenylalanine
Ergovaline

CH3
CH(CH3)2
Valine
α-Ergosine

CH3
CH2CH(CH3)2
Leucine
beta-Ergosine

CH3
CH(CH3)CH2CH3 (S)
Isoleucine
Bromocriptine (semisynthetic)
Br
CH(CH3)2
CH2CH(CH3)2
Leucine
·   Clavines:
Tези съединения, които произтичат от диметилерголен (dimethylergoline), се наричат clavines. Съществуват различни модификации, които се наблюдават в природата:
-  Agroclavine
-  Elimoclavine
Lysergol
·    Други:
Някои синтетични производни не попадат лесно в нито една от горните групи, за това ето ги тук:
-  Pergolide (INN)
IUPAC name: (8 beta)-8-((methylthio)methyl)-6-propyl-ergoline
CAs number: 66104-22-1
-  Lisuride (INN)
IUPAC name: 3-(9,10-didehydro-6-methylergoline-8 alpha-yl)-1,1-diethylurea
CAS number: 18016-80-3
Ергоновен (Ergonovine)- Както в миналото така и днес, това съединение се използва за ускоряване на процеса и предотвратяване на кървенето след раждане. Дава се на жените в третата фаза на раждането, за да поддържа контракциите на матката. Кръвоносните съдове се стесняват и притока на кръв е по-малък. Интересното на това съединение е, че прието от бременен бозайник преди процеса на раждане, увеличава риска от спонтанен аборт или смърт на женската.
LSD (диетиламид на лизергиновата киселина, D- lysergic acid или LSD-25)- известен също като lysergide (INN) и разговорно като acid, представлява полусинтетично психаделично вещесто, добре известно със своите ефекти върху психиката. Той се използва като ентеоген, наркотик за развлечение и  като интересен агент в психаделичната терапия. LSD не предизвиква пристрастяване, не е извество да уврежда мозъка и има изключително ниска токсичност. Въпреки това нежелени психични реакции като тревожност, параноя и заблуди са напълно възможни. LSD е синтезиран за първи път от Албърт Хофман (фиг.8) през 1938г. (16 ноември) от ерготамин. Въведен през 1947г. от Sandoz Laboratories, под търговското име Delysid, като лекарство с различни психиатрични употреби, LSD бързо се превръща в новото лечебно средство с голямо обещание (фиг.7). През педесетте ЦРУ страртира проекти, които пораждат голям брой експерименти с цивилни и военни, понякога без тяхното съгласие. През 1960-те употребата на наркотика след младежката култура нараства и довежда до политическа буря, която пък е довела до забраната му. LSD е използван в психиатрията за лечение на алкохолизъм, при болки, мигрена, за духовни цели и вдъхновение. Налице са продължаващите изседвания от 2008-2011г в Швейцария за използване на LSD за облекчаване на тревожността на неизлечимо болни пациенти, спарящи се с възприемането на предстоящата им смърт. Отрицателни реакции при тези изследвания не са докладвани. В момента редица организации, включително Beckley Foundation, MAPS, Heffter Research Institute и Albert Hofmann Foundation съществуват за финансиране, насърчаване и координация на изследванията за лекарствената и духовна употреба на LSD и свързаните с психаделични свойства съединения. Като завършек на темата за LSD ще цитирам отркивателят му: „Ако хората се научат да използуват потенциала на LSD по-мъдро – в медицинската практика или за медитация- в бъдеще това немирно дете може да се превърне в дете- чудо.”
Фиг. 7. LSD drug

Фиг. 8. Албърт Хофман
Ерготамин и неговото производно дихидроерготамин се използват за лекуване на мигрена. Тук тези алкалоиди също действат чрез вазоконстикция, като се противопоставят на разширението на кръвоносните съдове в мозъка, които се появяват при мигрена. Така се намалява притока на кръв в черепа и амплитудата на пулсацията в тези съдове. Ерготамина се явява като агонист на серотонина, което също е от полза при мигрена. За първи път е съобщено, че ерготамини облекчават мигрена през 1920г., като се въвеждат в клинична употреба в САЩ през 1940г. Ерготамин се намира в наличност от 1mg в таблетки под една обща форма, но в различни марки препарати (Cafergot, Ergomar, Ergostat, Migergot и Wigraine) (фиг.9 Б).

Фиг. 9. А-метилергометрин, Б- ерготамин
Биозинтеза на ерготамин е свързан с последователна кондензация на активираната D- лизергинова киселина до D-лизергилтрипептид, който се модифицира и циклизира (фиг.10).
Фиг. 10. Биосинтез на ерготамин
Различни комбинации от ерготамин с кофеин (100mg) и ацетаминофен също са налични, както в ректални така и в сублингвални форми (2mg). Препотъчителна доза за предотвратяване или лечение на главоболие е 2mg. първоначално (сублингвално), а след това по 1-2mg. на всеки 30min., като не се превишава дозата от 6mg. общо на удар и 10mg. на седмица. Дихидроерготамин е наличен като инжекционен разтвор (1mg/ml) или като назален спрей (4mg/ml) в генерични форми под търговските наименувания DHE 45 и Migranal. Обичайната препоръчвана доза първоначално е 1mg. мускулно или венозно, повтаря се на интервал от 1 час до обща доза от 2mg. до 3mg. и не повече от 6mg. седмично. Предимството на назалните форми е, че започват да действат по-бързо от инжекционните форми. Недостатък е големият потенциал за предозиране или странични ефекти. Чести нежелани реакции са гадене, повръщане, замаяност, скованост и изтръпване, високо кръвно налягане, брадикардия, мускулни болки и сърбеж. Предозирането може да доведе до остър съдов спазм и тромбоза.
Хепатотоксичност: И за двата алкалоида- ерготамин и дихидроерготамин, не е забелязано да увеличават нивото на чернодробните ензими, но те обикновенно се използват в ограничени количества и за къси периоди от време. Предозирането може да доведе до исхемично увреждане на крайниците или вътрешните органи, включително и черният дроб.
Ергометрин и неговото производно метилергометрин (фиг.9А) действат върху уретруса. Те се прилагат при раждане, ако контракциите са слаби и нередовни, като стимулират гладката мускулатура на матката и способстват по-лесното израждане. Също така се дават ако има прекомерно кървене след самото раждане. Тези алкалоиди стесняват диаметъра на кръвоносният съд (вазоконстрикция), като причиняват свиване на гладката мускулатура около тези съдове.
Бромокриптин (Bromocriptine)- Производно на естествено срещания в природата ергокриптин. Бромокриптинът се използва за спиране на прекомерното или ненавременно производство на мляко. Това става чрез премахване на пролактина от хипофизната жлеза, хормон, който стимулира кърменето.
Агроклавин (Agroclavine)- Исторически основната употреба на агроклавина е да се окисли до елимоклавин, който от своя страна се използва за синтез на други ерго-базирани вещества (фиг.11).


Фиг. 11.Структурна формула на Agroclavine
Eлимоклавин (Elymoclavine)- Може да се получи от C. fusiformis от Pennisetum typhoideum. Предшественик в биосинтеза на D- лизергиновата киселина. Основните градивни елементи за биосинтеза на елимоклавин са триптофан (Trp) и DMAPP (фиг.12). Фармакологичните свойства на този алкалоид все още не са изяснени напълно.
Фиг. 12. Биосинтез на Elymoclavine
Дихидроергокристин-Има вазодилативен ефект (разширява кръвоносните съдове) и се използва за лечение на заболявания протичащи с вазоспасъм (свиване на кръвоносните съдове).
Перголид (Pergolide) (фиг.13)- Перголид се явява агонист на допамин D2,D1 и серотонин 5-НТ1А, 5-НТ1В, 5-НТ2А, 5-НТ2В и 5-НТ2С рецептори. Той може да притежава активност на агонист и към други подтипове на допаминовите рецептори, подобно на каберголина. Поради тези му особености в някои страни перголид се използва за лечение на болестта на Паркинсон. Болестта на Паркинсон е свързана с ниските нива на невротрансмитера допамин в мозъка. Перголид притежава някои от същите ефекти на допамин в организма. През 2007г. перголид, с търговското му наименувание Permax, се изтегля от пазара на САЩ, поради няколко публикувани проучвания, разкрили връзката между лекарството и повишените нива на клапна болест на сърцето. Въпреки това, ветеринарната форма на перголид (търговско име Prascend) е разрешена за лечение на синдром на Кушинг (ECS) при конете. Перголид не е на разположение за използване в САЩ, но веществото все още се използва в много други страни, за лечение на различни състояние, включително болестта на Паркинсон, хиперпролактинемия и синдорм на неспокойните крака (restless leg syndrome).

Фиг. 13. Структурна формула на Pergolide
Лизурид, Lisuride (Dopergin, Proclacam, Revanil) (фиг.14)- Антипаркинсонов агент, химически свързан с dopaminergicergoline. Лизурид е описан като свободна база и като сол на водородният малеат. Използва се за понижаване на пролактина в организна, а в по-ниски дози за предотвратяване на мигренозните пристъпи. Проучвания показват, че прилагането на лизурид на кожата е полезно при лечението на болестта на Паркинсон. Лизорид се абсорбира много бавно при приемането му през устата, а също така има и кратък полуживот. Непрекъснатото трансдермално приложение предлага значителни предимства, като прави съединението много по-терапевтично. Лизурид в момента не е наличен в САЩ, тъй като лекарството там не се е прочуло много както другите антипаркинсонови съединения. Той все още се използва клинично в редица стани в ЕС и все още е в търговската мрежа на Великобритания и Китай.
Фиг. 14. Структурна формула на lisuride
Ницерголин (nicergoline) (фиг.15)- Представлява производно на хидрираните ергоалкалоиди и на никотиновата киселина. Използва се за лечение на мозъчна атеросклероза, тромбоза и емболия на мозъчните съдове, преходни нарушения на мозъчното кръвообращение, органични и функционални артериопатии на крайниците, болест на Рейно, мигрена, диабетна ретинопатия, дегенерация на макулата, ото-вестибуларни смущения от съдов произход. Ницерголинът е мощен вазодилататор на мозъчните съдове, понижава съдовото съпротивление, подобрява използването на кислорода и глюкозата, подобрява кръвообращението на крайниците и инхибира агрегацията на тромбоцитите. Но като всяко лекарство и ницерголинът има своите нежелани реакции: хипотомия (ниско кръвно налягане), замаяност, стомашни смущения, объркване, гадене, чувство за затопляне, хиперурикемия (повишени нива на пикочна киселина в кръвта) и др.
Фиг. 15. Структурна формула на nicergoline
Claviceps purpureа и нейните естествени форми на алкалоидите крият огромен потенциал, който е в процес на преоткриване. За сега някои съединения са добре изучени, но все още недостатъчно, защото има доста неизяснени неща, които са ключови за пълноценното им използване.
Използвана литература:
-  The Fungi (2nd ed)”- Michael J. Carlile, Sarah C. Watkinson, Graham W. Gooday, 2001, p. 521
- „Ръководство за упражнения по систематика на водорасли и гъби”- Д. Темнискова, М. Стойнева, Д. Воденичаров, Ив. Киряков, Р. Младенов, 1999г., 212-214 стр.
-  „Наркотиците- почти всичко за тях”- Юлиян Караджов, 2003г., 170 стр.

Няма коментари:

Публикуване на коментар