Автори: Антоанета Трендафилова, Ангел Конакчиев, Калина Алипиева, Милка Тодорова, Надежда Костова, Стефан Филипов, Цветелина Дончева
От дълбока древност лечебните растения се използват за лечение и профилактика на редица заболявания. Използвани самостоятелно или в комбинация с други лекарства, те служат за приготвяне на т.нар. фитопрепарати. Тези препарати намират приложение за лечение на заболявания на сърдечно-съдовата, дихателната, нервната система и други.
Лаборатория „Химия на природните вещества“ (http://www.orgchm.bas.bg/cnc_bg.html) съществува от създаването на Института по органична химия през 1960 г., като нейни основатели са професорите Илия Огнянов, Никола Моллов и Николай Мареков. Oт 1977 г. лабораторията е част от Центъра по фитохимия, създаден към Института по органична химия със съдействието на Българското правителство, ПРООН и ЮНЕСКО.
В лабораторията се работи върху извличане, разделяне, пречистване и определяне на алкалоиди, флавоноиди и други фенолни съединения, тритерпенови сапонини, сескитерпенови лактони, етерични масла и други биологично активни вещества, съдържащи се в български и чуждестранни лечебни и ароматични растения.
Особено внимание се отделя на разработване на методики за стандартизирането на българските лечебни растения и екстрактите от тях с цел утвърждаване на надеждни и възпроизводими методи за анализ на активните компоненти за нуждите на качествения контрол на продукти на хранително-вкусовата и фармацевтичната промишленост.
Същевременно, продължава търсенето на нови биологично активни вещества в неизследвани биологични обекти като ендемични български растения, прополис, гъби и други организми. Работи се основно върху химическото охарактеризиране на съединения с антибактериално, антивирусно, имуномодулиращо и антиоксидантно действие. И в двете направления се работи интердисциплинарно съвместно с изследователи от областите на биологията, фармакологията, микробиологията, физиология на растенията и т.н. В рамките на международни научни проекти съществува и тясно сътрудничество и с колеги от чужбина – Германия, Гърция, Испания, Македония, Монголия, Сърбия, Турция, Швейцария и др.
Особено важно място сред намерените в растенията физиологично активни компоненти заемат алкалоидите, които представляват циклични азотсъдържащи съединения. Дори преди да бъдат изолирани и структурно охарактеризирани, действието на много алкалоиди е било познато и използвано. Например, древните египтяни използвали сока от семенната капсула на сънотворния мак (Papaver somniferum) като болкоуспокояващо средство. Едва през XIX век е установено, че активната му съставка е алкалоидът морфин. Той е първият изолиран алкалоид, открит от немския аптекар Sertürner през 1806 година. От тогава химията на алкалоидите се развива все по-интензивно с откриването на все повече нови съединения, известни със своята физиологична активност. Много от тези вещества се използват и днес като лекарствени средства, като например болкоуспокояващият скополамин, противотуморните винкристин и винбластин, и противокашлячните глауцин и кодеин. В Института по органична химия с Център по фитохимия начало на развитието на химията на алкалоидите е поставено през 1960 г. от проф. Огнянов, проф. Моллов и доц. Дучевска с търсенето на противотуморни алкалоиди от растението Vinca herbacea (тревист зимзелен). По-късно изследванията продължават с проучване алкалоидния състав на растения от родовете Thalictrum (обичниче), Chamaecytisus(зановец)и Genista(жълтуга). От вида Thalictrum minus (дребно обичниче) е изолиран алкалоидът таликарпин, който влиза в състава на противотуморния препарат „Талибластин“, достигнал до трета фаза на клинични изпитания. Натрупаният през годините опит става предпоставка за разширяване обхвата на научните изследвания и дава възможност за осъществяване на съвместни проекти с учени от бивша Югославия, Полша, Коста Рика, Швеция, Монголия, Никарагуа и др. През годините в лабораторията са се обучавали 17 докторанти, успешно защитили образователната и научна степен „Доктор“, повече от 30 дипломанти, както и е защитена дисертация за присъждане на научната степен „Доктор на науките“.
Част от лаборатория „Химия на природните вещества“ през пролетта на 1980 г.
В последните години изследванията в лабораторията са насочени към търсене на нови биологично активни алкалоиди от растителен произход. Така беше изяснен алкалоидният състав на редица растения, разпространени в България и широко използвани в народната медицина от семейства Ranunculaceae (лютикови), Solanaceae (сенникоцветни), Asteraceae (сложноцветни), Berberidaceae (киселотрънови) и Fabaceae (бобови). От проучените видове са изолирани и идентифицирани чрез модерни спектрални методи повече от 200 алкалоиди, от които 35 са новоописани природни вещества.
IUPAC Симпозиум в Бон 1990 г. – проф Жинодо (САЩ), проф. Башер (Турция),
д-р Дучевска и д-р Филипов
Проведени са и редица химични трансформации с алкалоида глауцин и са синтезирани 55 производни, от които 45 описани за първи път. Установена е антимикробна, цитотоксична, противовирусна и други типове активност, както на някои природни съединения, самостоятелно или в смес, така и на синтезираните глауцинови производни. Същевременно не преставаме да се грижим за запазване на биоразнообразието на българската флората чрез проучване на ендемични растения и редки видове, като Papaver degenii (пирински мак), Hypecoum ponticum (черноморски хипекоум), Corydalis slivenensis(сливенска лисичина) и др. За вида Papaver degenii, в сътрудничество с Института по биоразнообразие и екосистемни изследвания към БАН, е реализирано успешно инвитро култивиране и ексвитро адаптиране с повишаване на алкалоидното съдържание в получените култури. Освен търсене на биологично активни съединения усилията ни са насочени и към методи за качествен и количествен анализ на токсични пиролизидинови алкалоиди, които поради възможност от случайно попадане в храни с растителен произход крият сериозен риск за човешкото здраве.
Младите научни сътрудници Светла Плачкова, Стефан Филипов и Лъчезар Трифонов
Известно е, че алкалоидите като характерни вторични метаболити с ограничено разпространение често се използват и в растителната хемосистематика. Въз основа на натрупаните данни за алкалоидния състав на редица видове са установени важни хемотаксономични корелации в родове Datura (татул), Glaucium (папаронка), Senecio(спореж), Hypecoum (хипекоум), Fumaria (росопас), Coridalis (лисичина)и други.
Лятото на 1975 г., проф. Моллов, доц. Дучевска, младите химици, бъдещи доценти Филипов и Христов и техник Маринова
Друго от направленията, които се развиват в Лаборатория „Химията на природните вещества“ в ИОХЦФ, е химията на терпеноидите – характерни съединения на голяма част лечебни и ароматични растения. Те са голям клас разнообразни химични съединения, производни на изопрена (С5Н8), отличаващи се с многообразие в скелетния тип и разнообразна биологична активност – антибактериална, антивирусна, противотуморна, противовъзпалителна и др. В зависимост от броя на изопреновите звена в тяхната структура се разграничават моно- (С10), сески- (С15), ди-(С20), тритерепноиди (С30) и т.н.
Проф. д-р Илия Огнянов, научните сътрудници Елена Цанкова и Милка Тодорова, химиците Мария Загорова, Цецка Микова и Зарко Ганчев и чуждестранен докторант, 1976 г.
Началото на тази тематика в института е поставено от акад. Д. Иванов и сътрудници с изследвания върху химичния състав на етерични масла, промишлено произвеждани в България – роза, лавандула, здравец и др. Едно от първите постижения в тази област е доказването на структурата на гермакрон, първият представител на сескитерпеноиди с десетатомен цикличен въглероден скелет, изолиран от българското здравецово масло от акад. Димитър Иванов и проф. Илия Огнянов. По-късно доц. Елена Цанкова и проф. Илия Огнянов от същото масло изолират и идентифицират гермазон, съединение с нов трицикличен сескитерпенов въглероден скелет. Тази тематика продължава и до днес като етеричните масла са част от фитохимичния профил на изследваните лечебни растения предимно от сем. Asteraceae (сложноцветни) (Achillea–равнец, Artemisia– пелин, Tanacetum– вратига, Inula– оман и др.) и Lamiaceae (устноцветни) (Lavandula– лавандула, Thymus– мащерка, Sideritis – планински чай и др.). Разработени са също методики за определяне на пестициди и фталати в етерични масла. Дефинирани са характеристики, доказващи автентичността и защитеното географско наименование на българското розово масло.
Проф. д-р Илия Огнянов, научните сътрудници Иванка Костова и Милка Тодорова с докторанти от Виетнам през 80-те години
Друга съществена област в изследванията на нашата група е химията на сескитерпеновите лактони. Интересът към този клас вторични метаболити се дължи от една страна на разнообразните химически проблеми, които предлагат за разрешаване и многообразието от скелетни типове, а от друга на тяхната широкоспектърна биологична активност (антибактериална, антитуморна, антималарийна, антихелминтна, противовъзпалителна и др.). Не на последно място трябва да се отбележи и успешното им използване при разрешаване на таксономични проблеми. В резултат от фитохимичните изследвания на растения от родовете Tanacetum– вратига, Chrysanthemum – хризантема, Achillea – равнец, Artemisia – пелин, Xanthium – рогачица, бодил, Cnicus – пресечка, Centaurea – метличина, Senecio – спореж, Anthemis – подрумиче, Inula – оман, Jurinea – миск, Arnica–арника, са изолирани, структурно и стереохимично охарактеризирани над 350 природни вещества, от които повече от 120 са нови природни съединения. Установени са хемотипове във видовете Thymusvulgaris– обикновена мащерка, Achilleacollina – хълмов равнец, A. clypeolata – жълт, струмски равнец, A. carpatica–карпатски равнец и др. Предложена е хамотаксономична схема за род Anthemis – подрумиче.
Експедиция за събиране на растителен материал по суша и вода
В последните години изследванията в лабораторията са насочени също и към търсене на други биологично активни съединения (фенолни киселини, флавоноиди, кумарини и др.) в представители на сем. Asteraceae – сложноцветни, Rosaceae – розоцветни, Apiaceae – сенникоцветни и др. Интерес представляват също прилагането и разработването на различни методи за количествено охарактеризиране на биологично активни вещества (БАВ), какъвто е 1Н-ЯМР метод за количествено определяне на сескитерпенови лактони в Arnica montana– планинска арника, на фуранокумарини във видове Heracleum (девисил), HPLC метод за количествено определяне на фуранокумарини в Angelica pancicii– балканска пищялка и др.
Изследвано е влиянието на различни методи за екстракция и оптимизиране на условията за извличане на БАВ от лечебни растения. Проучено е влиянието на екологични и биологични фактори върху акумулиране на вторични метаболити в A. montana, Sideritis scardica– мурсалски чай, Centaurea davidovii– давидова метличина и Alchemillamollis – меколистно шапиче.
Освен с изолиране и охарактеризиране на вторични метаболити в лечебни растения, в лабораторията се осъществяват и химични трансформации на природни съединения. Като пример могат да бъдат посочени проведените биомиметични трансформации на гермакрон и негови природни производни, които подкрепят ключовата роля на гермакрадиените в биосинтеза на сескитерпените и водят до продукти с нови въглеродни скелети. Учени от групата под ръководството на проф. И. Огнянов осъществяваха изследвания по получаването на водоразтворими производни на сескитерпеновия лактон артемизин като мощни антималарийни средства в рамките на един значим проект на института със СЗО.
Доцент Антоанета Трендафилова по време на съвместна работа по научен проект с учени от Факултета по Фармация, Анадолски Университет, Турция, 2018 г.
През годините в лабораторията са се обучавали 15 докторанти, повече от 20 дипломанти и специализанти. Членовете на екипа са участвали в журита на докторски защити и хабилитиране на учени, както и в експертни комисии към МОН. Учените в лабораторията са участвали и участват активно в множество проекти финансирани от ФНИ, както и в съвместни проекти с учени от Сърбия, Полша, Виетнам, Коста Рика, Швеция, Монголия, Чехия, Швейцария, Германия, Турция и др.
