© Borgis - Medycyna Rodzinna 4, p. 120-123
*Sylwia Klasik, Maria Zych, Ilona Kaczmarczyk-Sedlak
Sinice ( Cyanophyta) – systematyka, budowa komórki i znaczenie; Spirulina platensis i jej wpływ na organizm ludzki
Cyanobacteria ( Cyanophyta) – classification, structure of the cell and significance; Spirulina platensis and her therapeutic significance for the human's body
Katedra i Zakład Farmakognozji i Fotochemii Śląskiego Uniwersytetu Medycznego w Katowicach
Kierownik Katedry i Zakładu: dr hab. n. farm. Ilona Kaczmarczyk-Sedlak
Summary
Cyanobacteria ( Cyanophyta) fall into the classification of Procaryotic ( Procaryota). In the cells of these organisms the cell nucleus is absent. These Algae are been found in variety of environments. The Spirulina platensis fall into the classification of cyanobacteria ( Cyanophyta). Cells of Spirulina are cylindrical, arranged in helicoidal, unbranched filaments. The helical shape of the trichome is characteristic of the genus. Spirulina platensis, blue-green algae, is a rich source of nutrients. This algae has been known and used since ancient times. It is containing 60% protein, vitamin E, phycocyanin, beta-carotene, gamma-linolenic acid (GLA), vitamin B12, iron, magnesium. It is a powerful tonic for the immune system of adult man, protection our body before free radical molecules and oxidant processes, the source of substances which improve gastrointestinal and digestive health, the component of diet for people who want to lose weight, a food supplement in infant malnutrition, a high intensity superfood for a high intensity superfood.
Key words: cyanobacteria, Spirulina platensis, phycocyanin
Wstęp
Już w dziełach starożytnych mędrców i poetów chińskich można spotkać pierwsze informacje dotyczące glonów. Starożytni Grecy określali je nazwą „ phykos ” (wodorost). Do końca XVIII wieku funkcjonowała nazwa „ fucus ” utworzona przez Rzymian. Obecnie określane są nazwą polską „glony”, a w literaturze zagranicznej Algae (1).
Początki algologii datuje się na pierwszą połowę XIX wieku, kiedy to ukazały się fundamentalne dzieła C.A. i J.G. Agardhów, a po nich szeregu innych botaników. To Rostafiński określił glony jako autotroficzne rośliny plechowe, rozpowszechnione w wielu niszach ekologicznych świata. Tworzą one formy jednokomórkowe, kolonijne, cenobia lub plechy plektenchymatyczne. Spotyka się je głównie w środowisku wodnym lub w miejscach wilgotnych. Można je zobaczyć też na skałach, korze drzew, liściach, powierzchni gleb. Pod kątem taksonomicznym glony stanowią niejednolitą grupę roślin zarodnikowych. Najczęstszym sposobem klasyfikacji jest system Paschera (1931), według którego glony dzielimy na 9 gromad. Jedną z tych gromad są sinice ( Cyanophyta) (2, 3, 4).
Sinice
Sinice ( Cyanophyta) należą do królestwa bezjądrowych ( Procaryota), czyli są organizmami, które nie posiadają jądra, a jedynie zagęszczoną substancję chromatynową w postaci splątanej nici, zwanej nukleoidem (5).
Łacińska nazwa sinic, Cyanophyta została wprowadzona do taksonomii w 1874 roku przez Sachsa i posiada kilka synonimów, najważniejsze z nich to Schizophyceae i Myxophyceae. Swoją nazwę zawdzięczają ich niebieskawemu zabarwieniu pochodzącemu od niebieskiej fikocyjaniny zawartej w tylakoidach (5, 6).
Te prokariotyczne organizmy występują zazwyczaj w wodach słodkich. Niekiedy w postaci galaretowatych mas pokrywają dna zbiorników, wilgotną ziemię i skały. Mogą występować także w symbiozie na przykład z grzybami, tworząc porosty lub żyć jako endofity w tkankach innych roślin, głównie roślin uprawnych. Dzięki ich odporności na wysychanie można je spotkać także na pustyniach. Występują też w środowisku zasolonym, jak również w wodach torfowych, gdzie zawartość soli jest bardzo niska (7, 8).
Budowa komórek sinic jest stosunkowo prymitywna. Są one drobne (0,5-1 μm), tworząc zazwyczaj nitkowate plechy otoczone śluzem lub galaretą. W komórkach tych organizmów nie zaobserwowano mitochondriów, wakuoli, aparatu Golgiego i plastydów. Cały protoplast otoczony jest zazwyczaj ścianą komórkową utworzoną głównie z substancji zwanej muraminą. Sinice nie posiadają organelli ruchu. Zamiast plastydów w komórkach występują lamele zebrane w tylakoidy, w których znajdują się barwniki: chlorofil a, β-karoten, ksantofile (myksoksantyna, myksoksantofil) i fikobiliny (niebieska fikocyjanina, czerwona fikoerytryna) (6, 9).
Sinice rozmnażają się drogą wegetatywną przez podział prosty (rozszczepienie), wytwarzanie zarodników (endospory, egzospory, hormogonia, heterocysty). Są organizmami samożywnymi, ponieważ zawierają chlorofil a. Wiele gatunków może także przyswajać substancje organiczne, prowadząc miksotroficzny tryb życia (5, 7).
Specyficzną właściwością sinic jest zdolność wiązania azotu atmosferycznego. Przystosowaniem do tego procesu są charakterystyczne twory, tzw. heterocysty. Pod tym względem sinice przypominają bakterie (8).
Sinice odgrywają również dość dużą rolę w przyrodzie, jak i w życiu człowieka.
Dla środowiska naturalnego sinice są:
? organizmami pionierskimi, zasiedlającymi nawet najbardziej niedostępne tereny kuli ziemskiej, przygotowując w ten sposób grunt dla innych, bardziej wymagających organizmów,
? pokarmem dla zwierząt wodnych,
? współdziałają w procesach powstawania pewnych rodzajów skał (6, 8).
Dla człowieka sinice stanowią:
? zielony nawóz azotowy, ponieważ potrafią wiązać azot atmosferyczny,
? źródło glikolipidów zawierających kwas sulfonowy, które stanowią szansę dla chorych zakażonych wirusem HIV,
? biologiczną metodę oczyszczania wód ze strontu, wykorzystując ich zdolności wiążące ten pierwiastek,
? pokarm, np. w Japonii jako tzw. Chleb Tenga,
? źródło glikoproteiny, substancji wykazującej właściwości przeciwnowotworowe (6, 10).
Spirulina platensis
Występowanie
Spirulina platensis jest glonem należącym do gromady sinic, występującym w różnorodnych warunkach środowiskowych. Po raz pierwszy został wyizolowany przez Turpina w 1827 roku z wody strumienia. Tę sinicę można spotkać w: glebie, piasku, bagnach, w morskiej wodzie, w słodkiej wodzie jezior, tropikalnych jeziorach, a nawet w ciepłych źródłach. Jak widać, organizm ten wykazuje wyjątkową zdolność adaptacji do różnych warunków środowiskowych. Największą obfitość tego glonu obserwuje się jednak w jeziorach zasadowych o pH równym około 10. W Jeziorze Bodou w Afryce o pH w zakresie od 10 do 10,2 Spirulina platensis stanowi 80% planktonu. Obfitość występowania glonu w jeziorach jest skorelowana również ze stężeniem występujących soli w wodzie. Wraz ze wzrostem stężenia soli w jeziorze obserwuje się większy wzrost tego gatunku sinic. Jeśli chodzi o lokalizację kontynentalną to najczęściej Spirulina platensis występuje w Afryce Centralnej (11, 12).
Budowa
Komórki Spirulina platensis mają kształt cylindryczny, tworzą heliakalne, nierozgałęzione filamenty (trichomy). Helikalny kształt Spirulina odróżnia ten glon od innych sinic. Parametry tej helisy są inne dla poszczególnych gatunków Spirulina sp. i zależą one ponadto od warunków środowiska takich jak na przykład temperatura wzrostu. Helisa jest zachowana w środowisku wodnym, w trakcie wysychania helisa przechodzi w formę płaskiej spirali. Jest to proces powolny i odwracalny pod wpływem ponownego kontaktu z wodą. Przejście helisy do całkowicie płaskiej spirali jest prawdopodobnie związane z koniecznością redukcji w stałym środowisku powierzchni wystawionej na powietrze i narażonej na wysychanie. Średnica komórek tej sinicy mieści się w granicach od 6 do 8 pm. Trichomy (włoski) Spirulina mają zazwyczaj kilka milimetrów długości, ale zdarzały się również i takie o długości 20 mm.
Ryc. 1. Spirulina platensis – fot. własna (powiększenie: 250 x).
Ryc. 2. Spirulina platensis – fot. własna (powiększenie: 500 x).
Ryc. 3. Spirulina platensis – fot. własna (powiększenie: 200 x).
W cytoplazmie komórek występują liczne ziarnistości i wakuole gazowe. Przegrody międzykomórkowe są dobrze widoczne. Przy pomocy mikroskopu elektronowego odkryto, że ściana komórkowa Spirulina platensis jest zbudowana z maksymalnie czterech warstw. Najbardziej zewnętrzna warstwa (L-IV) jest złożona z włókien, które układają się równolegle do osi helisy. Natomiast włókna proteinowe trzeciej warstwy (L-III) biegną wokół osi trichomów.
Szczególną cytoplazmatyczną strukturą są tylakoidy, pochodzące z plazma-lemmy. Są one szczególnie widoczne w dojrzałych komórkach. W tylakoidach znajdują się barwniki: chlorofil a, karotenoidy (α, β, γ), ksantofile. Van Eykelenburg odkrył jeszcze inne organella występujące w komórkach Spiruliny: fikobilisomy, karbosomy i mezosomy. Obecność tych ziarnistości jest zależna od temperatury środowiska wzrostowego. Gdy temperatura jest niska i wzrost jest zahamowany, wówczas występowanie tych ziarnistości jest najbardziej obfite. Wtedy organelle te zajmują ponad 18% objętości komórki. Natomiast w wysokiej temperaturze, wynoszącej około 25 do 30°C, zawartość tych organelli stopniowo spada i są one wtedy praktycznie niewykrywalne. Pochodzenie wielu tych ziarnistości wewnątrzkomórkowych nie zostało do końca wyjaśnione. Naukowcy sugerują, że niektóre z nich mogą być skutkiem infekcji przez wewnątrzkomórkowe symbionty lub wirusy (12, 13).
Tabela 1. Wpływ Spirulina platensis na organizm ludzki.
| Substancja czynna | Działanie |
| b-karoten | - właściwości antyoksydacyjne, ochrona naszego organizmu przed wolnymi rodnikami i procesami oksydacyjnymi, zmniejszając w ten sposób ryzyko wystąpienia choroby nowotworowej |
| g-linolenowy kwas tłuszczowy (GLA) | - kwas ten naturalnie występuje w mleku matki i ma istotne znaczenie dla prawidłowego rozwoju układu odpornościowego dziecka |
| witamina B12 | - niezbędna dla prawidłowego funkcjonowania tkanki nerwowej |
| witamina E | - właściwości antyoksydacyjne, ochrona naszego organizmu przed wolnymi rodnikami i procesami oksydacyjnymi, zmniejszając w ten sposób ryzyko wystąpienia choroby nowotworowej (12) |
| glikolipid H-b2 | - inhibitor lipazy trzustkowej, redukcja podwyższonego poziomu triacylogliceroli we krwi, szansa wykorzystania do redukcji hipertriacyloglicerydemii poposiłkowej |
| fikocyjanina | - inhibitor lipazy trzustkowej, redukcja podwyższonego poziomu triacylogliceroli we krwi, szansa wykorzystania do redukcji hipertriacyloglicerydemii poposiłkowej (15) |
C-fikocyjanina
R-fikocyjanina
allofikocyjanina | - ekstrakt fikocyjanin znacząco hamuje wzrost komórek nowotworu Ehrlicha, efekt inhibicji zależy od dawki barwników, mechanizm działania polega na niszczeniu błony komórkowej komórek guza, szansa na wykorzystanie w chemioterapii (16) |
| jod | - stosowany jako suplement diety przy niedoczynności tarczycy spowodowanej niedoborem jodu |
Zastosowanie
Spirulina platensis była już stosowana w czasach starożytnych jako źródło substancji odżywczych. Ta sinica jest bogatym źródłem witamin z grupy B, zawiera 70% protein, witaminę E, fikocyjaniny oraz liczne składniki mineralne. Badania dotyczące właściwości odżywczych tego glonu trwają już 20 lat i są kontynuowane na całym świecie (14).
Ponadto glon ten wykorzystywany jest jako:
? bogatobiałkowe pożywienie zawierające wszystkie niezbędne aminokwasy dla osób ograniczających spożywanie mięsa i białka mlecznego,
? bogate źródło witaminy B12 dla wegetarian (osób niespożywających mięsa zwierzęcego),
? bogate źródło żelaza, magnezu i pierwiastków śladowych,
? środek wzmacniający układ odpornościowy dorosłego człowieka, zmniejszając w ten sposób ryzyko zachorowania, m.in. na świnkę, odrę, grypę,
? substancja, która poprawia funkcje jelit i proces trawienia, stymulując naturalną florę bakteryjną jelit,
? suplement diety dla osób otyłych, które poddane są kuracji odchudzającej,
? środek korzystnie wpływający na proces leczenia ustnej leukoplakii,
? bogate źródło składników odżywczych dla dzieci niedożywionych,
? odżywka dla sportowców, którzy od codziennej diety wymagają dostarczenia dużej ilości energii,
? środek redukujący poziom cukru u chorych na cukrzycę typu 2 (do tej pory zostały przeprowadzone badania wstępne, potrzebne są dalsze badania, aby móc potwierdzić tą hipotezę),
? jako bogate źródło chlorofilu pomocne przy likwidowaniu nieprzyjemnego zapachu z ust (jeśli nie wynika on z choroby dziąseł lub przewlekłego zapalenia zatok),
? dodatek do kosmetyków przeznaczonych do skóry suchej i wrażliwej (17, 18, 19).
Bezpieczeństwo stosowania preparatów zawierających Spirulina paltensis
Federalna Agencja Kontroli Żywności i Leków (FDA) nie reguluje ściśle zasad dotyczących produkcji i związanego z tym bezpieczeństwa dla preparatów leczniczych ziołowych. Decydując się na stosowanie ziołowych suplementów, pacjent powinien zapoznać się z ulotką, a najlepiej poradzić się lekarza specjalisty, aby uniknąć w ten sposób wystąpienie, efektów ubocznych.
Do tej pory nie przeprowadzono dostatecznych badań niezbędnych do określenia bezpieczeństwa stosowania preparatów zawierających składniki glonu Spirulina platensis u dzieci poniżej 18. r.ż.
Znane są rzadkie reakcje alergiczne na składniki Spirulina. Wspomniane osoby powinny unikać stosowania tych preparatów. Objawami ubocznymi, które mogą wystąpić u tych osób po spożyciu Spirulina, są zazwyczaj: bóle głowy, bóle mięśni, zaczerwienienie twarzy, nadmierna potliwość oraz trudność koncentracji. Takie objawy zostały zaobserwowane u ludzi, którzy zażywali 1 gram Spirulina na dobę. U tych osób często były też zauważane reakcje skórne.
Jeśli chodzi o kobiety w ciąży i karmiące piersią to również nie ma wystarczających badań potwierdzających bezpieczeństwo stosowania preparatów Spirulina.
Większość ziół i suplementów nie jest też testowanych w kierunku interakcji z innymi ziołami, suplementami, lekami lub składnikami pożywienia. W przypadku Spirulina zaobserwowano jedynie podniesienie poziomu protein, żelaza, kwasu GLA, karotenoidów, witaminy B1, witaminy B12 i witaminy E (20, 21, 22, 23).
Podsumowanie
Jak widać, sinice ( Cyanophyta), a konkretnie opisana bardziej szczegółowo Spirulina platensis, wykazują dosyć szerokie spektrum zastosowania. Są one przydatne zarówno dla środowiska naturalnego, jak i dla samego człowieka. Terapeutyczne właściwości Spiruliny poszerzają perspektywy zastosowania tego glonu w lecznictwie. W obecnych czasach już wielu naukowców, badaczy skierowało swoje zainteresowanie w stronę tych autotroficznych roślin plechowych. To zainteresowanie związane jest głównie z dobrami, jakie możemy w przyszłości otrzymywać od tych – nieraz mikroskopijnych rozmiarów – roślin.
Piśmiennictwo
1. Podbielkowski Z: Glony. Warszawa, WsiP 1985; 7-9. 2. Szweykowska A: Botanika. Warszawa, Wydawnictwo Naukowe PWN 2005; 51-57. 3. Lack A: Biologia roślin. Warszawa, Wydawnictwo Naukowe PWN 2003; 15-18. 4. Burczyk J: Glony źródłem substancji biologicznie czynnych. Wiadomości Zielarskie 1998; 9: 11-12. 5. Prończuk J: Świat roślin. Warszawa, Wydawnictwo Naukowe PWN 1986; 236-238. 6. Podbielkowski Z: Rośliny zarodnikowe. Warszawa, Wydawnictwo Naukowe PWN 1982; 11-33. 7. Broda B: Zarys Botaniki Farmaceutycznej. Warszawa, PZWL 1998; 24-28. 8. Szweykowska A: Botanika – Systematyka. Warszawa, PWN 1986; 44-45. 9. Szweykowska A: Botanika – morfologia. Warszawa, PWN 1986; 53-58. 10. Burczyk J: Algi – perspektywy ich wykorzystania. Przemysł farmaceutyczny 1999; 68: 8-9. 11. Lloyd P: Now Eat Up Your Blue-Greens! Edible Algae. Na podstawie książki Henrikson R. Earth Ford Spirulina: How This Remarkable Blue-Green Alga Can Transform Your Health and Our Planet 1997. 12. Cifferi O: Spirulina, the Edible Microorganism. Microbiological Reviews 1983; 47: 551-578. 13. Hong C, Shan-shan P: Bioremediation potential of Spirulina: toxicity and biosorption studies of lead. Zhejiang Univ Sci 2005; 6 (3): 171-174. 14. Tripathi U, Ramachandra S: Biotransformation of codeine to morphine in freely suspended cells and immobilized cultures of Spirulina platensis. World Journal of Microbiology an Biotechnology 1999; 15: 465-469. 15. Han LK, Xiang L: Isolation of pancreatic lipase activity-inhibitory component of Spirulina platensis and it reduce postprandial triacylglycerolemia. Yakugaku Zasshi 2006; 126: 43-49. 16. Hanaa H: Over Production of Phycocyanin Pigment in Blue Green Alga Spirulina sp. And It's Inhibitory Effect on Growth of Ehrlich Ascites Carcinoma Cells. Journal Medicin 2003; 3 (4): 314-324. 17. Simpore J, Zongo F: Nutrition rehabilitation of undernourished children utilizing Spituline and Misola. Nutrition Journal 2006; 5: 3-7. 18. Lee A, Werth V: Activation Following Use of Immunostimulatory Herbal Supplements. Arch Dermatol 2004; 140: 723-727. 19. Pronina N, Kovshova YuI: The Effect of Selenie Ionson Growth and Selenium Accumulation in Spirulina platensis. Russian Journal of Plant Physiology 2002; 49: 235-241. 20. Podlewski J, Chwalibogowska-Podlewska A: Leki współczesnej terapii. Warszawa, Wydawnictwa Fundacji Bűchnera 2001/2002; 23-28. 21. Matławska I: Farmakognozja. Poznań, Wydawnictwo Naukowe Akademii Medycznej w Poznaniu 2006; 18-25. 22. Jacyszyn K, Krechniak J: Toksykologia środków leczniczych. http://www.geocities.com/trebor_olsus/toxines.htm. 23. Kowalska-Wochna E: Algi uroda z morza. Panacea 2007; 4 (21): 17-21.
otrzymano/received: 2010-09-15
zaakceptowano/accepted: 2010-10-19
Adres/address:
*Sylwia Klasik
Katedra i Zakład Farmakognozji i Fitochemii
ul. Jagiellońska 4, 41-200 Sosnowiec
e-mail: sylwona@poczta.onet.pl
