В аптеках появилось их великое множество в виде БАДов, производители еды отмечали на этикетках антиоксидантность своих продуктов, а журналисты написали километры статей о том, почему антиоксиданты полезны. Благодаря такой широкой рекламе любой продукт с антиоксидантным эффектом получил дополнительное преимущество на рынке. Прекрасно. Вот только на этикетке фруктового сока или упаковке моркови вы не найдете информацию о том, насколько сильный это антиоксидант. А все потому, что стандартного, общепризнанного метода оценки антиоксидантных свойств продуктов не существует. Между тем в Пущино в Институте теоретической и экспериментальной биофизики РАН разработан такой метод, который, будучи внедрен, может быть взят на вооружение клиниками и лабораториями качества. Автор метода, старший научный сотрудник лаборатории энергетики биологических систем, кандидат биологических наук Татьяна Сирота любезно пригласила меня в гости, чтобы наглядно показать, как работает ее изобретение.
Немного науки
— Адреналин — это катехоламин. Относится к группе биогенных аминов. Адреналин в организме преобразуется тремя путями, в том числе через хиноидное окисление, — объяснение своей методики Татьяна Валерияновна начала с химических азов.
Она подробно рассказала, как адреналин окисляется в щелочной среде в присутствии атмосферного кислорода.
— В процессе автоокисления от молекулы адреналина и последующих промежуточных его продуктов в щелочной буфер уходят электроны и протоны. Из адреналина на конечном этапе окисления образуется циклическое соединение — адренохром, а электроны попадают на кислород, и получается знаменитый супероксид анион.
Сразу уточню, что описываемую реакцию ученые запускают в пробирке, для нее используют готовые реактивы. Адреналин продается в обычной аптеке в ампулах для инъекций. А в качестве щелочной среды берут раствор соды. В таком виде эта реакция не имеет отношения к нашему организму. Это просто модель, которую применяют в чисто исследовательских целях. Хотя, конечно, адреналин известен в первую очередь как гормон-медиатор, который мобилизует организм для защиты от стресса. В каких-то нестандартных ситуациях он может окисляться по указанному выше пути, и тогда в клетке образуются продукты окисления — адренохром и супероксид анионы. Оба вещества в избыточном количестве вредны. Адренохром может вызвать проблемы с сердцем и нервной системой. Пару десятков лет назад ученые всерьез обсуждали адренохромную гипотезу возникновения шизофрении. Но доказать ее не удалось. Что касается супероксид аниона, то будучи свободным радикалом, он весьма агрессивно повреждает живые клетки. Впрочем, здоровому организму свободные радикалы не страшны. В наших клетках от них существует несколько уровней защиты. Сначала с супероксид анионами борется фермент супероксиддисмутаза. Он переводит их в менее вредный пероксид. Затем в дело вступают другие ферменты — пероксидаза, каталаза и глютатионпероксидаза, которые удаляют пероксид водорода и органические пероксиды. В итоге образуются кислород и вода.
Аналогично в пробирке можно искусственно остановить образование супероксид анионов, если добавить определенные соединения. Такие соединения, которые тормозят реакцию окисления адреналина, называют антиоксидантами. Если же соединения, наоборот, ускоряют реакцию, их называют прооксидантами. Реакция ценна тем, что показывает, насколько сильное про— или антиоксидантное свойство проявляет то или иное соединение.
Открытие
Измерять антиоксидантную активность фермента супероксиддисмутазы с помощью реакции окисления адреналина предложили в 1972 году американские ученые Хара Мисра и Ирвин Фридович. За тем, как протекает реакция, они следили на спектрофотометре на длине волны 480 нм. Татьяна Сирота нашла в литературе этот метод в конце 1990-х и опытным путем выяснила, что он становится на порядок чувствительнее, если наблюдать за реакцией на длине волны 347 нм. Она адаптировала метод, чтобы выявлять про— и антиоксидантные свойства биологических материалов и различных веществ.
— Для этой реакции важна температура, — Татьяна Валерияновна быстро смешала реактивы в кварцевой кювете и установила ее в спектрофотометр.
Запустила программу регистрации старенького спектрофотометра, на мониторе которого вскоре появился график. Сначала кривая шла горизонтально, потом забрала вверх. Через несколько минут, когда реакция прекратилась, она извлекла кювету и показала мне, приложив к листу бумаги. На белом фоне невооруженным глазом была заметна чуть розоватая жидкость. Насыщенность цвета зависит от количества адренохрома — продукта окисления адреналина. Нарастание именно его окраски фиксировал прибор.
Если нужно исследовать какое-то вещество, к примеру, кровь, то ее, предварительно подготовив, просто капают в кювету к основным реактивам. Если кривая на мониторе быстро идет вверх, значит, реакция ускоряется. Из этого экспериментатор делает вывод: исследуемое соединение — прооксидант, потому что оно ускоряет процесс образования свободных радикалов в растворе.
Для работы Татьяна Сирота покупает в аптеке адреналин отечественного производства, выпускаемый Московским эндокринным заводом. Это 0,1%-раствор со сложным составом, содержащий стабилизаторы, глицерин и другие дополнительные компоненты. Три года назад в продаже появился адреналин, произведенный в Китае. Концентрация, состав аналогичны российскому. Отсутствовали только некоторые компоненты. Когда она запустила с ним реакцию, график пополз резко вверх.
— Эта реакция — цепная. Чтобы она разогналась, нужно время. На графике этот лаг-период обычно хорошо виден.
Китайский адреналин же окисляется без лаг-периода. Объяснить это, исходя из описания препарата, оказалось невозможно. А значит, производитель что-то такое нахимичил. Вот так, сама того не желая, Татьяна Сирота раскрыла тайну адреналина китайского производства. Результаты своих наблюдений она опубликовала в журнале «Биомедицинская химия» (2016 год, том 62, вып. 6), пояснив, что для научных целей препарат китайского производства все-таки пригоден, если учитывать особенности его поведения. А как насчет потребительских качеств? Этот вопрос остается открытым.
Откуда, водичка?
О том, что ее метод может многое сказать о качестве продукта, Татьяна Сирота знает в буквальном смысле на собственном опыте. Она рассказала одну примечательную историю, которая произошла несколько лет назад. Ей с коллегами понадобилось сравнить антиоксидантные свойства питьевой воды, представленной на рынке. Ученые накупили бутылочек в супермаркете, а заодно набрали пробы воды из-под крана в Пущино, Раменском и для контраста — из железистого источника «Марциальные воды» в Карелии. За точку отсчета взяли дистиллированную воду. На ее фоне все исследованные образцы воды показали прооксидантную активность, кроме одной, — под № 2. Эта вода практически прекращала реакцию окисления адреналина, то есть она оказалась сильным антиоксидантом. Этим № 2 резко выделялся среди восьми других образцов.
Казалось бы, надо радоваться, ведь антиоксидант — это хорошо. Но если вся питьевая вода, в том числе природная, показывает прооксидантные свойства, то значит в образец № 2 что-то было добавлено, что резко изменило его свойства. Но что? Под этим номером значилась питьевая негазированная вода «Аква минерале», в составе которой не было указано ничего необычного. Небольшая минерализация не могла стать источником мощной антиоксидантной активности. В эксперименте участвовали воды гораздо более минерализованные, такие, как «Краинская», «Кардамон-Ариана», и они реакцию ускоряли.
— Мне было очень интересно узнать, что добавили в эту воду. Но «Аква минерале» ведь выпускает компания «Кока-кола». Вряд ли они скажут, — поделилась сомнениями Татьяна Валерияновна.
К слову сказать, сильная прооксидантная активность тоже не полезна. У воды из Марциального источника она оказалась завышенной более чем в 10 раз. Ученые предположили, что все дело в растворенных в большом количестве ионах железа. Такую воду нельзя употреблять длительно, поскольку она может активировать избыток свободных радикалов в клетках организма. Как говорится, все хорошо в меру.
А вода из водопровода в Пущино, кстати, оказалась далеко не самой худшей.
В помощь медикам
Разработанная Татьяной Сиротой методика популярна в научных кругах. Из нее мог бы получиться экспресс-метод для определения качества воды, водных настоек, масел.
— Если берем прогорклое масло, то активность реакции просто бешеная. Например, токоферол-витамин Е или витамин А, у которого вышел срок хранения, сильно активируют эту реакцию.
С помощью метода оценивают лекарственные препараты, различные биологические жидкости. В Пущино приезжали ученые из Белоруссии, чтобы приспособить методику для исследования слезной жидкости. Оказалось, что по изменению антиоксидантной активности слез можно судить о воспалительном процессе в организме, к примеру, болен ли человек ОРВИ. Такой же вывод можно делать, исследуя антиоксидантную активность крови, поэтому методика востребована медиками. Добавляя в реакцию автоокисления адреналина кровь пациента, можно следить за процессом лечения и судить, насколько действенны те или иные препараты. Если антиоксидантная активность снижена, значит, воспаление идет, и больному нужно давать антиоксиданты. Методику опробовали врачи из Пущинской больницы, которые совместно с врачами московской клиники наблюдали больных с урологическим проблемами, а также медики из НИИ педиатрии.
Антиоксидантную активность можно включить в биохимический анализ крови как дополнительный индикатор. Медики были бы только «за», они постоянно говорят об этом на профильных конференциях. Проблема в том, что для использования в клинике любой метод нужно стандартизовать и сертифицировать. Этим должны заниматься специальные бизнес-структуры.
— Я оформила патент еще в 1999 году. К сожалению, он не внедрялся, движения не было, а ведь за него надо платить. Поэтому я стала публиковать все подробности метода в открытой печати, — пояснила Татьяна Сирота. — Научному сотруднику внедрить метод в медицину нереально. Нужно большое количество испытаний, времени. Это не в моих силах. Так что мой метод остается чисто научным.
Возможно, сейчас изобретенный в ИТЭБ метод оценки качества материалов и продуктов остается в стенах лабораторий, но совершенно очевидно, что у него большой коммерческий потенциал.
