Химия фитонцидов

Мы познакомились с некоторыми фактами мощного бактерицидного, протистоцидного и противогрибкового действия фитонцидов. Многим казались на первых порах невероятными бактерицидная мощность фитонцидов, Скорость распространения летучих фитонцидов в воздухе, быстрота их проникновения сквозь поверхностные слои клеток и т. д. Вспомним туберкулезную палочку. В высохшей мокроте этот микроб остается жизнеспособным от 3 до 8 месяцев; такие испытанные антисептики, как карболовая кислота в 5-процентном растворе или сулема в 0,5-процентном растворе, убивают туберкулезную палочку лишь через 12-24 часа. В течение 10-30 минут этот микроб не погибает в 10-15-процентном растворе серной кислоты. Конечно, удивительно, что такой стойкий микроб убивается вне организма в первые же пять минут фитонцидами... чеснока!

Нет ли в этом чего-либо таинственного, сверхъестественного? Пока явление до конца не разгадано, оно кажется таинственным. Но это не более таинственно, чем, положим, действие синильной кислоты или гашиша на человеческий организм или роль витаминов в организме и т. д. Тысячелетия были известны не менее таинственные факты с луком и до открытия фитонцидов, только эти факты примелькались и не останавливали на себе внимания.

Разве те слезы, которые проливает домашняя хозяйка при разрезании лука, менее таинственны, чем быстрота умерщвления луком каких-либо бактерий? "Плач" хозяйки вызывается тем, что летучие вещества лука исключительно быстро распространяются и вызывают ответную реакцию - выделение слез. Или вспомним быстроту действия горчичников. Нас не удивляют эти обыденные факты. Известие же о быстром действии фитонцидов на первых порах вызвало сомнения даже у высококвалифицированных химиков. Между тем как раз химикам предстоит снять покров тайны, окутывающий новую главу науки - фитонциды, снять в интересах теории и практики здравоохранения, ветеринарии, растениеводства и многих других областей человеческой деятельности.

Много опытов провели в последнее десятилетие ученые, чтобы выяснить химическую природу фитонцидов, и все же надо считать, что мы находимся лишь в самом начале исследований в этой области.

Более посчастливилось бактерицидным препаратам - пенициллину и грамицидину. Без преувеличения можно сказать, что целая армия химиков атакует плесневый грибок - пенициллиум и микроскопическую почвенную бактерию бациллюс бревис, из которой получен грамицидин. Фитонциды этих организмов выделены в кристаллическом виде, с большой достоверностью определена химическая природа этих целебных веществ. Грамицидин оказался веществом, принадлежащим к так называемым полипептидам (веществам, близким к белкам). Это, так сказать, обрывки белка, в которые входят остатки аминокислот - валина, лейцина, орнитина, фенилаланина и пролина. Химическая природа пенициллина также известна. Это огромные завоевания науки.

Гораздо менее разработана химия фитонцидов высших растений, и особенно их летучих фракций. Пионерами в исследовании химии фитонцидов высших растений являются советские ученые. Обстоятельные работы проведены в отношении фитонцидов лука и чеснока. И. В. Торопцев и И. Е. Камнев выделили бактерицидный препарат из чеснока в виде порошка и растворов. Т. Д. Янович получила экстракт чеснока - сативип, привлекший внимание многих врачей.

Американские ученые в 1944-1945 годах извлекли из чеснока бактерицидный препарат аллицин и высказали предположение о его химической природе.

В 1948 году в Швейцарии искусственно создали (произвели синтез) действующие бактерицидные вещества чеснока.

Известно еще не менее десяти попыток химиков разных стран узнать точный состав фитонцидов чеснока. Пока, однако, работа эта еще не завершилась полным успехом. Более десяти препаратов создали из чеснока, но каждый из них отличается друг от друга по химическому составу и по своему действию на микробов, а все они уступают еще по своей противомикробной силе природному тканевому соку чеснока и его летучим фитонцидам.

Химический состав фитонцидов чеснока и лука еще точно неизвестен. Выяснено только, что действующие бактерицидные вещества - не белковой природы. По данным И. В. Торопцева и И. Е. Камнева, фитонциды чеснока по своей химической природе близки к глюко- зидам - веществам, широко распространенным в растительном мире. Из чеснока выделено вещество, подав: ляющее бактерии уже в разведении 1:250 000. Названо оно аллиином. Это маслянистая жидкость, растворяющаяся в спирте и эфире, но плохо растворяющаяся в воде, Состоит она из углерода, кислорода, водорода и серы. Химики пишут так:

Думать, однако, что это и есть фитонцид чеснока, неправильно. В лучшем случае это один из компонентов сложного комплекса веществ, являющегося фитонцидом.

Фитонциды по своему составу могут быть и более сложными. Во всяком случае, известно, что фитонциды чеснока и лука не представляют собой лишь одно соединение: они могут быть и комплексом веществ. Соки чеснока и лука, нелетучие при комнатной температуре, отличаются по составу от летучих фитонцидов этих же растений. Менее всего известна химия летучих фитонцидов. Хотя в отношении состава фитонцидов у нас имеются лишь более или менее обоснованные догадки, одно ясно: химия фитонцидов разных растений весьма различна. Мы судим об этом по их различному биологическому действию на микро- и макроорганизмы¹.

¹ (Под макроорганизмами понимаются все растения и животные, кроме микробов)

Однако антимикробные вещества растений могут оказаться очень простыми соединениями. Так, Р. М. Каминская выделила из можжевельника фитонцидное вещество C₁₁H₁₈. Оно убивает кишечную палочку, возбудителей тифа и паратифа А и В, возбудителя дифтерии, дизентерийную палочку. Натуральные фитонциды можжевельника, однако, навряд ли состоят только из этого вещества.

Исследование состава летучих фитонцидов привело к заманчивой мысли: сравнить их с эфирными маслами растений. Автор в первые годы исследований был уверен в необходимости отождествления летучих фитонцидов с эфирными маслами. Впоследствии оказалось, однако, что летучие фитонциды и эфирные масла нельзя отождествлять, хотя по происхождению они и могут быть связаны с ними.

Многие опыты в нашей и других лабораториях убедили нас в том, что не только эфиромасличные растения, но и растения, не содержащие эфирных масел, обладают прекрасными фитонцидными свойствами; раненые листья дуба, например, очень хорошо на расстоянии убивают различных микробов.

Некоторые эфиромасличные растения обладают весьма слабой способностью убивать микроорганизмы. Так, фитонциды листьев всем известной герани очень плохо, лишь в течение часов, убивают простейшие одноклеточные организмы. Кстати сказать, совершенно необязательно, чтобы растительные вещества, имеющие запах, обладали фитонцидными свойствами.

Как получают эфирные масла?

Главный способ - перегонка эфирных масел с водяным паром. Нам надо получить, например, эфирное масло из листьев эвкалипта или из кожуры плода лимона. Заготовим сырье. Измельчим его и подвергнем действию горячего пара. Эфирное масло, в микроскопических частицах находящееся в особых вместилищах, называемых желёзками, выступает и извлекается паром. Масло собирают в особые сосуды, иногда очищают химическими веществами и вторично перегоняют с горячим паром. Получается маслянистого вида жидкость, почти нерастворимая в воде; на бумаге она, как и подсолнечное масло, оставляет пятно.

Допустим теперь, что у какого-либо растения, например у черной смородины, летучие фитонциды и эфирное масло являются одними и теми же совокупностями веществ. Для того чтобы понять химическую природу летучих фитонцидов, только что описанный способ перегонки эфирных масел следует признать очень плохим: при действии горячего пара некоторые составные части летучих фитонцидов изменяются.

Перегонка эфирных масел производится не только из свежего, но и из сушеного материала.

Что же там остается от натуральных, естественный летучих фитонцидов?

Ведь есть растения (лук и другие), которые в первые минуты после измельчения расходуют почти все свои летучие фитонциды. Ясно, что ученые, перегоняя из таких растений эфирные масла, получают не естественные фитонциды, а какие-то сильно измененные продукты.

Ученые с помощью остроумных и кропотливых опытов убедились, что летучие фитонциды и эфирные масла необязательно являются одними и теми же веществами. Расскажем об одном таком исследовании на листьях черной смородины.

Тонкой металлической иглой или остро заточенной деревянной иголкой удается удалить все желёзки с эфирными маслами. Для полного удаления следов эфирного масла можно протереть такой лист промокательной (фильтровальной) бумагой. Если такой лист растереть между пальцами, то запах эфирного масла не обнаружится. И вот такой лист без следов эфирного масла все равно продолжает выделять летучие фитонциды и убивать микробов на расстоянии.

И на других растениях доказано, что фитонциды и эфирные масла, даже у эфиромасличных растений, - это разные группы веществ.

Итак, совершенно ясно, что полученные различными способами эфирные масла, конечно, не являются той совокупностью веществ, которые выделяются живым растением. Не случайно, что эфирные масла ядовиты в отношении тех растений, из которых они выделены. Так, растения анис, розмарин и лаванда погибают от паров собственных эфирных масел.

Точно так же полученные различными иными путями бактерицидные начала из низших и высших растений вряд ли могут быть целиком отождествлены с той совокупностью бактерицидных веществ, которые вырабатываются в ходе жизнедеятельности растения. Все это в большей или меньшей мере "изуродованные" фитонциды. Тем интереснее напомнить некоторые данные о бактерицидных свойствах эфирных масел растений. Эти свойства уже давно были известны, но им не придавалось то значение, которое они имеют.

Известны были бактерицидные свойства эвгенола, ванилина, розового, гераниевого и других масел. В России в 80-90-х годах прошлого столетия применялась стерилизация кетгута (нитки животного происхождения, используемые в хирургии) эфирными маслами хвойных растений. В лаборатории автора проведены многочисленные опыты, выясняющие, действуют ли эфирные масла на микроорганизмы на расстоянии, то есть убиваются ли микроорганизмы парами эфирных масел.

Опыты показали, что пары эфирных масел успешно убивают микроорганизмы. Пары эфирного масла растения душицы прекращают движение инфузорий в течение 1,5-2 минут. Пары эфирного масла серой полыни убивают инфузорий через 30-60 секунд; богородской травы - через 1-1,5 минуты; змееголовника и иссопа - в первые же секунды. Пары эфирных масел некоторых растений убивают тифозных и дизентерийных микробов.

Обнаружено уже много интересного о химии фитонцидов. Больше всего потрудились ученые Киева Б. Е. Айзенман, С. И. Зелепуха, К. И. Бельтюкова и другие во главе с известным украинским микробиологом академиком Виктором Григорьевичем Дроботько.

Как и следовало ожидать, в большинстве случаев фитонциды - это не одно какое-либо вещество, а набор веществ, особый для каждого растения.

Противомикробными свойствами обладают вещества, часто встречающиеся в растениях и давно известные науке, - дубильные вещества, алкалоиды, глюкозиды, органические кислоты, бальзамы, смолы, синильная кислота и многие другие. Но, как уже сказано, фитонциды - это чаще всего сложный комплекс химических соединений.

Приведем примеры.

Главным действующим началом фитонцидов черемухи является синильная кислота, но, кроме того, имеются бензойный альдегид и неизвестные вещества.

Фитонцидные свойства листьев дуба, казалось бы, легко объяснить тем, что в тканевом соке их всегда имеются дубильные вещества. Эти вещества действительно тормозят рост и убивают многих бактерий. На самом же деле фитонциды листьев дуба - это далеко не толькб дубильные вещества. Дубильные вещества почти не обладают свойством летучести, между тем Листья дуба на расстоянии убивают многих бактерий.

Интересно, что в большинстве случаев фитонциды - это не белки и не нуклеиновые кислоты.

Много загадочного в химии фитонцидов. Одни растения при умирании постепенно теряют свои фитонцидные свойства, другие - длительный период сохраняют их.

Достойно удивления загадочное явление исключительной "живучести после смерти" некоторых деревьев. Лиственница живет 400-500 лет, а после смерти древесина ее сохраняемся сотни и даже тысячи лет. В Государственном Эрмитаже в Ленинграде хранятся срубы могильных склепов, колесницы с колесами, сплетенными из корней лиственниц. Эти изделия пролежали более 25000 лет, и бактерии и грибы не тронули их. Почему? Не примешаны ли к этому загадочному явлению фитонциды?

Не будем далее углубляться в область химии. Может случиться, что у некоторых растений в составе фитонцидов имеются вещества, неизвестные еще химии. Так думают, в частности, о некоторых составных частях фитонцидов чеснока. Впрочем, не будем заниматься излишними пророчествами: надо терпеливо ждать результатов исследований и проникнуться уважением к труду химиков, который нередко бывает героическим. Пусть нетерпеливые люди, требующие быстрого ответа о химическом составе фитонцидов, знают, что химический состав растений подчас крайне сложен. История науки показывает, что требовались многие годы, даже десятилетия, для определения, и то неполного, химического состава эфирного масла некоторых растений. Химики, исследуя фитонциды, сделают много полезного для медицины, ветеринарии и сельского хозяйства.

Перед началом этой главы мы вспомнили замечательные слова нашего великого естествоиспытателя Ивана Петровича Павлова: "Факты - это воздух ученого". Это звучит как заповедь для нашего и всех будущих поколений ученых. Можно быть совершенно спокойными и автору и читателю за точность и обилие полученных многими исследователями фактов в области фитонцидов. Мысль читателя законно может спешить получить ответы на многие возникшие вопросы, связанные с пониманием роли фитонцидов в самой природе, со вначением открытия фитонцидов для науки, медицины, промышленности. На некоторые из этих вопросов мы будем пытаться дать ответ уже скоро, но центрального биологического вопроса - о значении фитонцидов для жизни самих растений - мы коснемся, однако, не скоро, в конце книги, когда будем располагать гораздо большим количеством фактов о свойствах фитонцидов, чем располагаем сейчас.

Если бы фитонциды были обнаружены лишь в порядке исключения, на одном-двух растениях, они не представляли бы особого биологического интереса.

Чем же объяснить такую щедрую расточительность растительного мира? Забежим вперед и предварительно выскажем одно очень ответственное предположение, делающее попытку объяснить, почему фитонцидные свойства появились в ходе эволюции растений и какова их роль в природе.

Любое растение, будь то плесневый грибок или береза, бактерия или дуб, в ходе своей жизнедеятельности вырабатывают вещества - фитонциды, помогающие ему наряду с другими многочисленными приспособлениями бороться против бактерий, грибков и могущих оказаться для него вредными тех или иных многоклеточных организмов. Фитонцидам и, образно говоря, растение само себя стерилизует.

Таким образом, под фитонцидами мы условимся понимать вещества растений разнообразной химической природы, обладающие свойствами тормозить развитие или убивать бактерии, простейшие, грибы и иные многоклеточные организмы и организмы, имеющие важное значение в предохранении растений от заболеваний, то есть играющие важную роль в естественной невосприимчивости к заразным заболеваниям.