panacea.pl

:: Porosty - małe organizmy o niezwykłych właściwościach (1)
Panacea Nr 3 (40), lipiec - wrzesień 2012, strony: 30-31


Porosty - małe organizmy o niezwykłych właściwościach
Porastają korę drzew, liście, murszejące drewno, glebę, skały, szkło, beton i tworzywa sztuczne... Porosty jako pierwsze zasiedlają miejsca niedostępne dla innych organizmów.

Grzyby lichenizowane, powszechnie określane jako porosty, powstają w wyniku nawiązania relacji pomiędzy komponentem grzybowym, tzw. mikobiontem, reprezentowanym głównie przez grzyby workowe Ascomycota i odgrywającym rolę partnera zewnętrznego, a autotroficznym komponentem zielonym, tzw. fotobiontem, którym mogą być glony, głównie zielenice Chlorophyta, rzadziej sinice. W ujęciu systematycznym omawiane organizmy zaklasyfikowane są do królestwa grzybów.
Porosty pełnią ważną rolę w przyrodzie, m.in. wpływają na utrzymanie równowagi w biocenozie, stanowią pokarm i schronienie dla wielu bezkręgowców, są wykorzystywane przez ptaki do budowy gniazd. Występują niemal na całej Ziemi, na wielu różnych podłożach. Ich plechy mogą porastać korę drzew, liście, murszejące drewno, glebę, skały czy materiały pochodzenia antropogenicznego, np. szkło, beton i tworzywa sztuczne! Często jako pierwsze zasiedlają miejsca niedostępne dla innych organizmów.

Metabolity
Porosty wytwarzają metabolity pierwotne i wtórne. Substancje pierwotne – obecne nie tylko w porostach, ale również w wolno żyjących innych grzybach, glonach czy roślinach wyższych – wykorzystywane są głównie w celach energetycznych, budulcowych i zapasowych. Zalicza się do nich m.in. węglowodany (np. ?- i ß-glukany), aminokwasy, białka, karotenoidy, witaminy.
Metabolity wtórne porostów są charakterystyczne dla świata grzybów lichenizowanych i rzadko występują w innych organizmach. Ich produkcja jest konsekwencją współpracy zachodzącej między tworzącymi porost fotobiontem i mikobiontem. Badania dowiodły, że substancje te powstają w komórkach grzyba, a ich produkcja rozpoczyna się w momencie zaistnienia kontaktu żywieniowego pomiędzy komponentem hetero- i autotroficznym. Metabolity wtórne stanowią od 0,1 do 10% suchej masy porostu, ale zawartość ta może wzrosnąć nawet do 30%. Rozmieszczenie metabolitów w różnych częściach plechy może być powiązane z ich biologicznymi funkcjami. Zróżnicowanie substancji jest obserwowane w odniesieniu do warunków geograficznych, siedliskowych czy wysokościowych.
Rola związków wtórnych nie jest do końca poznana. Wiele pojawiających się na ten temat hipotez sugeruje, że pełnią one funkcję ochronną, np. przed promieniowaniem UV, szkodnikami, zanieczyszczeniami środowiska, i umożliwiają porostom przetrwanie w niekorzystnych warunkach środowiska. Ponieważ ich zdolność wytwarzania tych związków jest typowa dla poszczególnych taksonów, identyfikacja metabolitów wtórnych jest jednym z podstawowych zabiegów stosowanych w taksonomii i systematyce porostów.

Zopf i inni
Koniec XIX w. przyniósł wzrost zainteresowania badaniem porostów. Dużą rolę odegrał wówczas niemiecki badacz Wilhelm Zopf, który w Die Flechtenstoffe in chemischer, botanischer, pharmakologischer und technischer Beziehung (1907) zamieścił charakterystykę około 150 związków porostowych. Z czasem z plech izolowano kolejne substancje.
Wyniki prac wykazały, że produkowane przez porosty metabolity mają zróżnicowaną strukturę chemiczną. Do substancji alifatycznych zalicza się kwasy laktonowe, trójterpeny, alkohole wielowodorotlenowe, natomiast grupa związków aromatycznych obejmuje depsydy, depsydony, chinony, pochodne ksantonu, dibenzofuranu, diketopiperazyny czy kwasu pulwinowego. Dotychczas wyizolowano z porostów ponad 1050 substancji.
Możliwości otrzymywania metabolitów porostowych z plech zebranych ze stanu naturalnego są ograniczone. Trudności te próbuje się pokonać, wykorzystując syntezę chemiczną, a także czerpiąc z osiągnięć biotechnologii, takich jak prowadzenie hodowli tkankowych in vitro. Dla uzyskania aktywnych biologicznie związków o żądanej strukturze, izolowano z porostów komórki mikobionta, następnie hodowano je na odpowiedniej pożywce. Przeszkodą w szerszym stosowaniu tej metody okazały się rozbieżności pomiędzy typem metabolitów wtórnych, wytwarzanych przez pozbawiony kontaktu z komórkami fotobionta komponent grzybowy, a substancjami produkowanymi przez porost, z którego mikobiont otrzymano. Alternatywną metodą jest izolowanie genów kodujących wytwarzane przez porosty związki i przenoszenie ich do innych organizmów, np. Aspergillus spp., by nabyły zdolności syntezy pożądanych substancji.

W bioindykacji
Porosty to organizmy powszechnie wykorzystywane przy ocenie stanu środowiska. Na podstawie obecności bioindykatorów wnioskuje się m.in. na temat jakości powietrza atmosferycznego czy stanu zachowania zbiorowisk leśnych. Wiele danych dokumentuje problem zanikania bardziej wrażliwych gatunków, wskutek zanieczyszczenia powietrza określonymi związkami.
Szczególna wrażliwość grzybów lichenizowanych wynika z ich budowy anatomicznej i specyficznej fizjologii. O odporności na wybrane zanieczyszczenia powietrza decyduje m.in. obecność wybranych metabolitów wtórnych. Ich rola polega na utrzymaniu homeostazy u porostów, poprzez kontrolowanie procesu pobierania określonych kationów metali.

Poziom stresu środowiskowego można określić na podstawie ilości występujących metabolitów.

U Hypogymnia physodes, pospolitego nadrzewnego gatunku, wzrostowi natężenia stresu towarzyszył spadek ilości takich związków jak atranoryna, kwas fyzodowy oraz hydroksyfyzodowy, ale także wzrost udziału kwasu fyzodalowego.

Wietrzenie skał
Jednym z głównych substratów zajmowanych przez porosty jest podłoże skalne – zarówno pochodzenia naturalnego, jak i antropogenicznego. Niektóre metabolity, znajdujące się w plesze porostów naskalnych, mogą uczestniczyć w procesie wietrzenia skał. Wynika to z ich silnych właściwości chelatujących i tym samym zdolności do usuwania z substratu skalnego wybranych jonów metali, np. wapnia i magnezu. Metabolit porostowy, będący chelatorem, otacza metal, łącząc się z nim w kilku miejscach, tworząc stabilną cząsteczkę. Proces ten przyczynia się do naruszenia struktury skały.

Ochrona przed promieniowaniem
Kwas usninowy i kwas wulpinowy to przykłady metabolitów wtórnych, posiadających zdolność ekranowania promieniowania słonecznego, co pozwala na ochronę warstwy fotobionta przed nadmiernym naświetleniem. Te swoiste „filtry słoneczne” umożliwiają dotarcie do partnera autotroficznego optymalnej dla przeprowadzenia procesu fotosyntezy dawki promieniowania. Z tego też powodu metabolity te gromadzą się w powierzchniowej warstwie korowej, dla ochrony znajdujących się poniżej komórek fotobionta. Zajmowanie bardziej zacienionych siedlisk ogranicza porostom dostęp do wystarczającej ilości światła. W tej sytuacji istotna jest produkcja atranoryny – związku, który działa jak dodatkowy absorbent, wzmacniający proces pochłaniania światła. Ochroną przed szkodliwym działaniem promieniowania UVA i UVB, na które narażone są m.in. porosty występujące na terenach górskich, zwłaszcza na wyższych wysokościach, jest produkcja metabolitów, takich jak kwas wulpinowy czy antrachinony, pochłaniających szkodliwe promieniowanie.

Właściwości allelopatyczne
Niektóre z metabolitów wtórnych posiadają właściwości allelopatyczne. Substancje te działają pośrednio lub bezpośrednio, hamująco lub pobudzająco na rozwój innych organizmów, obecnych w bliskim sąsiedztwie grzyba lichenizowanego, który wydziela związki porostowe. Kwas usninowy i perlatowy wymieniane są jako metabolity przyczyniające się do hamowania kiełkowania nasion sosny Pinus sylvestris – w związku z ich inhibicyjnym działaniem na rozwój towarzyszących sośnie niektórych grzybów mikoryzowych. Właściwości allelopatyczne okazują się przydatne podczas procesu zajmowania kolejnych siedlisk. Następuje ograniczanie wzrostu innych konkurujących o niszę organizmów, umożliwiające porostom sukces kolonizacyjny.


Kontynuacja w kolejnym numerze

mgr farm. Elżbieta Studzińska-Sroka,
dr Daria Zarabska

Mgr farm. Elżbieta Studzińska-Sroka jest absolwentką Wydziału Farmaceutycznego Uniwersytetu Medycznego w Poznaniu, doktorantką w Katedrze i Zakładzie Farmakognozji UM w Poznaniu. Zainteresowania zawodowe to głównie porosty i ich aktywność biologiczna.

Dr n. biol. Daria Zarabska jest absolwentką Wydziału Biologii Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu.



adres tego artykułu: https://panacea.pl/articles.php?id=4011