Практическое применение полисахаридов

В настоящее время полисахариды микроорганизмов достаточно широко используются в практике. Они находят применение в самых различных сферах человеческой деятельности: в медицине, фармацев­тической, пищевой, химической и текстильной промышленности, в гид­рометаллургии, при добыче нефти и в ряде других областей народно­го хозяйства. При этом внимание исследователей и практиков при­влекают и внутриклеточные, и внеклеточные гликаны, однако в техни­ко-экономическом плане предпочтительнее последние — масштаб их производства и применения значительно шире.

Возможность и перспективность использования полисахаридов в медицине в значительной мере определяется их биологической актив­ностью.

Многие микробные гликаны обладают лечебным и профилакти­ческим действием: повышают устойчивость организма к бактериаль­ным и вирусным инфекциям, обладают противоопухолевой активно­стью, способствуют заживлению ран и регенерации тканей, благопри­ятно влияют на течение и исход воспалительных процессов, устраня­ют болевой синдром, снижают побочное действие лекарственных пре­паратов и рентгенотерапии. Лечебное и защитное свойства полисаха­ридов определяются прежде всего их способностью повышать неспе­цифическую иммунобиологическую реактивность организма, влиять на различные защитные реакции, поддерживающие постоянство его внутренней среды. Преимущества многих полисахаридных препаратов перед другими средствами, повышающими неспецифическую резис-тентность организма, определяются тем, что они свободны от приме­сей, оказывающих на него нежелательное воздействие. Некоторые из них уже нашли применение в медицинской практике различных кли­ник мира.

В нашей стране для лечения последствий травм и нарушений про­водимости нервной системы, для предупреждения образования гру­бых послеожоговых или посттравматических рубцов успешно приме­няли пирогеналь — препарат, выделяемый из клеток Salmonella typhi

и Pseudomanas aeruginosa. В ФРГ и США с этой же целью исполь­зовали липополисахариды (ЛПС), выделенные из различных пато­генных бактерий. Они обладают также противолучевой активно­стью.

В клиниках нашей страны с 70-х гг. XX в. применяют продигио-зан — гетерополисахаридиый комплекс с липидами, выделенный из клеток Serratia marcescens, и зимозан — препарат из оболочек кле­ток Sacch. cerevisiae, состоящий из глюкана, глюкоманнана и неболь­ших количеств тейхоевых кислот. Эти препараты нормализуют ряд сдвигов в иммунобиологических реакциях, оказывают положительное действие при лечении опухолей, ряда инфекционных и неинфекцион-иых заболеваний. Перспективны в качестве противоопухолевых аген­тов ЛПС ряда грамотрицательных бактерий, внутриклеточный гли-кан парамилон Састазиан) бесцветных фитофлагеллят Astasia longa, внеклеточные полисахариды различных дрожжей родов Lipomyces, Cryptococcus, Bullera и др., бактерий родов Alcaligenes и Agro-bacterium. Перечисленные соединения рекомендованы для клиниче­ских испытаний. Противовирусную активность проявляет продигио-зан. Модифицированный (сульфатированный) полярный мапнан — внеклеточный полисахарид Rhodotorula rubra — эффективен как сред­ство профилактики и лечения атеросклероза.

Полисахариды, обладающие антигенной специфичностью, начина­ют использоваться в медицинской практике в качестве диагностиче­ских средств. К ним относят, например, полисахаридные препараты патогенных и условно-патогенных видов дрожжей рода Candida, об­легчающие диагностику заболеваний кандидозной природы. Показа­на возможность использования модифицированных ЛПС-антигенов сальмонелл в диагностике сальмонеллезов.

Очищенные специфические полисахариды менингококков групп А и С (полимеры N-ацетил, О-ацетилманнозаминфосфата и N-ацетил, О-ацетилнейраминовой кислоты соответственно) используются для получения менинго кокковых препаратов. Микробные полисахариды могут быть основой для создания искусственных вакцин. Достигает­ся это изменением их конфигурации или конъюгацией с синтетиче­скими полиэлектролитами. Нейтральные декстраны с молекулярной массой около 75 000 к Да, продуцируемые L. mesenteroides, широко применяются в нашей стране и за рубежом в качестве заменителей плазмы крови. Перспективны с этой точки зрения пуллулан и леваны, синтезируемые G. oxydans и Вас. polymyxa. Декстраны определенно­го строения, как и многие другие полисахариды, способны стимули­ровать защитные реакции организма. В клиниках они применяют­ся в комплексе с другими препаратами для лечения различных забо­леваний брюшной полости. Сульфаты декстрана обладают антикоагу-лирующим действием, заменяют гепарин и могут применяться как антитромбогенное средство. Таким же свойством обладает и хи­тин.

Широкое применение микробных полисахаридов в фармацевти­ческой, парфюмерной, пищевой и других отраслях промышленности определяется их свойствами: вязкостью, реологическими характери­стиками, способностью к набуханию, взаимодействием с определенны­ми структурами* В фармацевтике они используются в качестве осно­вы для изготовления лекарственных форм: как мягчители, эмульгато­ры и стабилизаторы суспензий, как склеивающие агенты и разрыхли­тели в мазях, пилюлях, таблетках, обеспечивая при этом длительную устойчивость лекарственных препаратов, стабилизируя и пролонги­руя их действие. На базе некоторых микробных полисахаридов (ауба-зидан, декстран) созданы стабильные в течение нескольких лет лекар­ственные препараты: бутадион, сера, сульфаниламиды, суспензии суль­фата бария для рентгеноскопии и др. Макромолекулярные конъюга-ты модифицированных декстранов с ферментами (стрептокиназой, трипсином, фибринолизином) пролонгируют активность ферментов и снижают их аллергизирующее действие. Микробные полисахариды эффективны как гельобразующие агенты при изготовлении космети­ческих изделий, для создания гидрофильного буфера в кремах, в каче­стве набухающих веществ в производстве кремов, шампуней, лосьо­нов. Некоторые гликаны можно использовать вместо применяе­мой в настоящее время натрий-карбоксиметилцеллюлозы в качестве связующего и биологически активного компонента в зубных пас­тах.

В пищевой промышленности полисахариды микроорганизмов ис­пользуются в виде пленок — покрытий продуктов, например сыров, для защиты их от высыхания и образования плесени, в качестве стаби­лизаторов мороженого, фруктовых соков, приправ к салатам, загусти­телей сиропов, джемов, подливок, желе и других кулинарных изделий. Особенно перспективным в этом плане считается ксантан. Слизеобра-зующие штаммы Streptococcus lactis применяют в Швейцарии при производстве густых кефиров, сметан и некоторых мягких сыров. Экзополисахариды дрожжей родов Saccharomyces и Cryptococcus, бактерий родов Azotobacter и Arthrobacter могут использоваться для улучшения качества хлеба. Добавление их к муке перед выпечкой повышает газоудерживающую способность теста, улучшает его реоло­гические свойства. Хлеб, выпеченный из такого теста, отличается вы­соким удельным объемом, хорошей пористостью, медленнее черстве­ет.

Как гельобразующие агенты экзогликаны применяются при произ­водстве ядерного топлива, фотографических и рентгеновских пленок, в качестве заменителей альгиновой кислоты водорослей в пищевой, текстильной, фармацевтической и бумажной промышленности (поли-урониды Azotobacter, P. aeruginosa и ряда других микроорганизмов), они могут заменять агар (гетерополисахариды Вас. subtilis и Ps. elodea, состоящие соответственно из глюкозы, галактозы, фу козы, глюкуроно-вой кислоты и О-ацетильных групп).

Анионные полисахариды (ксантан, занфло — внеклеточный гете-рогликаи Erwinia tahitica, состоящий из глюкозы, галактозы, фукозы, уроновой кислоты и ацетильных групп, и др.) стабилизируют и пре­дохраняют от высыхания катионные водные эмалевые краски. Неко­торые гликаны, например гетерополисахарид Corynebacterium equi var. mucilagenosus, обладают высокой вязкостью и могут заменять дорогие клеящие средства. Сульфаты ксаитана используются как за­густители клеев. С другой стороны, способность ряда полисахаридов к образованию поверхностных пленок позволяет использовать их в качестве антисклеивающих веществ, например, при освобождении слеп­ков из отливочных форм. Декстран рекомендуется применять и в ка­честве смазочного средства.

Полисахариды, водные растворы которых отличаются особой ста­бильностью при резких изменениях температуры и в условиях агрес­сивной среды, используются в нефтяной и газодобывающей промыш­ленности как стабилизаторы и структурообразователи промывных жидкостей, предназначенных для бурения нефтяных и газовых сква­жин, и обеспечивают более полное извлечение нефти из нефтеносных пластов. В 70-х гг. прошлого века более половины нефти в США добывали с помощью полисахаридов, главным образом ксантаиа. Про­мышленные испытания проходит склероглюкан — капсульиый ли­нейный нейтральный глюкан, образуемый несовершенными грибами, преимущественно рода Sclerotium. В качестве стабилизатора буро­вых глинистых суспензий перспективен линейный внеклеточный гете-рогликан облигатно-метилотрофных бактерий Methylobacillus methylo-philus, состоящий из глюкозы, галактозы, маннозы, рамнозы и глюку -ровой кислоты. Применение полисахаридов в нефтедобывающей про­мышленности является очень эффективным в техническом отноше­нии.

Полисахариды ряда микроорганизмов (пуллулан A. pullulans, ге­терополисахарид бактерий рода Methylomonas и др.) являются флок­кулирующими агентами и применяются в гидрометаллургии для по­лучения металлических компонентов в виде гелей, включающих нера­створимые осадки. Процесс реализуется при очистке, разделении и концентрации металлов из растворов их солей или смесей солей.

На основе декстранов получают сефадексы, широко применяемые в лабораторной практике для гельфильтрации. Полианионные глика­ны, например ксантан, хитин, рекомендуется использовать для очист­ки воды от тяжелых металлов, а также при промышленном синтезе полимеров для извлечения их из органических растворителей. Хитин может употребляться и для очистки сточных вод.

В качестве носителя иммобилизованной а-амилазы используют аубазидан. Перспективны для иммобилизации ферментов курдлан и хитин.

Микробные леваны — источники получения чистого препарата фруктозы, хитин — D-глюкозамина и К-ацетил-£)-глюкозамина —

соединений, используемых в химическом синтезе, из маинанов дрож­жей можно получать маннозу.

Полисахариды некоторых бактерий, например леван Вас. polymy-ха, оказались полезными в сельском хозяйстве. При попадании в почву они повышают выживаемость семян культурных растений, спо­собствуя сохранению в них влаги. Альгинатными пленками покрыва­ют корни и семена растений во избежание их высыхания во время хранения и перевозок.

Возможности практического применения полисахаридов микро­организмов полностью еще не раскрыты. Всестороннее изучение гли-каиов в этом плане открывает новые перспективы и, несомненно, при­ведет к расширению соответствующей области микробиологической промышленности.