фитохимические соединения: свойства, экологическая безопасность и перспективы применения

Цель: изучить видовое разнообразие и биологические свойства фитохимических веществ, в том числе перспективность их применения в кормопроизводстве.
Фитохимические вещества представляют собой эффективную альтернативу антибиотическим препаратам. Выраженные седативные, антиоксидантные, противоопухолевые, иммуномодулирующие и ростостимулирующие свойства таких соединений обуславливают их применение в пищевой промышленности, медицине и животноводстве. Ввиду отсутствия токсического влияния и кумуляции в организме, включение фитохимических веществ в рационы в составе добавок является актуальным направлением исследований сельскохозяйственной науки. Широкое распространение получили кумарины, терпены и терпеноиды, полифенолы и флавоноиды, беталаины и хиноны. Значительная роль веществ растений связана с благоприятным влиянием на микробиоценоз кишечника, обуславливающая развитие питательной среды для местной микрофлоры с подавлением кишечных патогенов. Как ингибиторы кворум‐сенсинга, фитохимические вещества способны воздействовать на механизм синтеза биопленки, что приводит к значительному сокращению популяций агрессивной микрофлоры. Немаловажен экологический аспект применения таких веществ, связанный со снижением нагрузки агротехнического сектора на атмосферу.
Фитохимические вещества являются прекрасной альтернативой антибиотическим препаратам с доказанной эффективностью. Неконтролируемое использование антибиотиков в кормопроиз‐ водстве представляет опасность, как для животного, так и для человека. В этой связи, исследование фитохимических веществ является актуальной задачей, так как открывает перспективы для получения потенциально новых безопасных и высокоэффективных кормовых препаратов.

1. Меднова В.В., Ляшук А.Р., Буяров В.С. Использование фитобиотиков в животноводстве (обзор) // Биология в сельском хозяйстве. 2021. N 1 (30). C. 11–16.

2. Багно О.А., Прохоров О.Н., Шевченко С.А., Шевченко А.И., Дядичкина Т.В. Фитобиотики в кормлении сельскохозяйственных животных (обзор) // Сельскохозяйственная биология. 2018. Т. 53. N 4. C. 687–697.

3. Laws M., Shaaban A., Rahman K.M. Antibiotic resistance breakers: current approaches and future directions // FEMS Microbiol Reviews. 2019. N 43(5). P. 490–516. https://doi.org/10.1093/femsre/fuz014

4. Baquero F. Threats of antibiotic resistance: an obliged reappraisal // International Microbiology. 2021. N 24. P. 499–506. https://doi.org/10.1007/s10123‐021‐00184‐y

5. Leonova A., Arlia‐Ciommo A., Piano A., Svistkova V., Lutchman V., Medkour Y., Titorenko V. I.. Longevity Extension by Phytochemicals // Molecules. 2015. V. 20. N 4. P. 6544–6572. https://doi.org/10.3390/molecules20046544

6. Diniz do Nascimento L., Moraes A.A.B., Costa K.S.D., Pereira Galúcio J.M., Taube P.S., Costa C.M.L., Neves Cruz J., Faria L.J.G. Bioactive Natural Compounds and Antioxidant Activity of Essential Oils from Spice Plants: New Findings and Potential Applications // Biomolecules. 2020. N 10(7). P. 988. https://doi.org/10.3390/biom10070988

7. Freedman P. History of Spices // Handbook of Eating and Drinking. 2020. N 9. P. 77–91. https://doi.org/10.1007/978‐3‐030‐14504‐0_9

8. Bower A., Marquez S., de Mejia E.G. The Health Benefits of Selected Culinary Herbs and Spices Found in the Traditional Mediterranean Diet // Critical Reviews in Food Science and Nutrition. 2016. N 56(16). P. 2728–2746. https://doi.org/10.1080/10408398.2013.805713

9. Rathaur P. Metabolism and Pharmacokinetics of Phytochemicals in the Human Body // Curr Drug Metab. 2019. N 20(14). P. 1085–1102. doi: 10.2174/1389200221666200103090757

10. Kan J., Wu F., Wang F., Zheng J., Cheng J., Li Y., Yang Y., Du J. Phytonutrients: Sources, bioavailability, interaction with gut microbiota, and their impacts on human health // Frontiers in Nutrition. 2022. N 9. Article id: 960309. https://doi.org/10.3389/fnut.2022.960309

11. Hashemipour H., Khaksar V., Rubio L.A., Veldkamp T., Krimpen M.M. Effect of feed supplementation with a thymol plus carvacrol mixture, in combination or not with an NSP‐degrading enzyme, on productive and physiological parameters of broilers fed on wheatbased diets // Animal Feed Science and Technology. 2016. V. 211. P. 117–131. https://doi.org/10.1016/j.anifeedsci.2015.09.023

12. Galli G.M., Gerbet R.R., Griss L.G., Fortuoso B.F., Petrolli T.G., Boiago M.M., Souza C.F., Baldissera M.D., Mesadri J., Wagner R., Rosa G., Mendes R.E., Gris A., Da Silva A.S. Combination of herbal components (curcumin, carvacrol, thymol, cinnamaldehyde) in broiler chicken feed: Impacts on response parameters, performance, fatty acid profiles, meat quality and control of coccidia and bacteria // Microbial Pathogenesis. 2020. V. 139. Article id: 103916. https://doi.org/10.1016/j.micpath.2019.103916

13. Фаттахова Г.А., Канарский А.В. Сапонины как биологически активные вещества растительного происхождения // Вестник Казанского технологического университета. 2014. N 3. C. 196–201.

14. Маслова Т.Г., Марковская Е.Ф., Слемнев Н.Н. Функции каротиноидов в листьях высших растений (обзор) // Журнал общей биологии. 2020. Т. 81. N 4. C. 297–310.

15. Ma C., He N., Zhao Y., Xia D., Wei J., Kang W. Antimicrobial Mechanism of Hydroquinone // Applied Biochemistry and Biotechnology. 2019. N 89(4). P. 1291–1303. https://doi.org/10.1007/s12010‐019‐03067‐1

16. Levaique H., Pamlard O., Apel C., Bignon J., Arriola M., Kuhner R., Awang K., Loiseau P.M., Litaudon M., Pomel S. Alkyl‐Resorcinol Derivatives as Inhibitors of GDP‐Mannose Pyrophosphorylase with Antileishmanial Activities // Molecules. 2021. N 26(6). Article id: 1551. https://doi.org/10.3390/molecules26061551

17. Курдюков Е.Е., Плешакова Д.А., Глебова Н.Н., Неклюдова В.А., Водопьянова О.А., Гаранина Е.О. Флавоноиды: классификация, биологические свойства и перспективы использования в медицине // Международный научно‐исследовательский журнал. 2023. N 11 (137). C. 1–6. https://doi.org/10.23670/IRJ.2023.137.143

18. Sun Q., Liu Q., Zhou X., Wang X., Li H., Zhang W., Yuan H., Sun Ch. Flavonoids regulate tumor‐associated macrophages – From structure‐activity relationship to clinical potential (Review) // Pharmacological Research. 2022. V. 184. Article id: 106419. https://doi.org/10.1016/j.phrs.2022.106419

19. Ojeda‐Hernández D.D., Canales‐Aguirre A.A., Matias‐Guiu J.A., Matias‐Guiu J., Gómez‐Pinedo U., Mateos‐Díaz J.C. Chitosan–Hydroxycinnamic Acids Conjugates: Emerging Biomaterials with Rising Applications in Biomedicine // International Journal of Molecular Sciences. 2022. N 23(20). Article id: 12473. https://doi.org/10.3390/ijms232012473

20. Razzaghi‐Asl N., Garrido J., Khazraei H., Borges F., Firuzi O. Antioxidant properties of hydroxycinnamic acids: a review of structure‐ activity relationships // Current Medicinal Chemistry. 2013. N 20(36). P. 4436–4450. https://doi.org/10.2174/09298673113209990141

21. Yang W.S., Jeong D., Yi Y.S., Park J.G., Seo H., Moh S.H., Hong S., Cho J.Y. IRAK1/4‐targeted anti‐inflammatory action of caffeic acid // Mediators Inflamm. 2023. N 20. Article id: 518183. https://doi.org/10.1155/2013/518183

22. Zduńska K., Dana A., Kolodziejczak A., Rotsztejn H. Antioxidant Properties of Ferulic Acid and Its Possible Application // Skin Pharmacol Physiol. 2018. N 31(6). P. 332–336. https://doi.org/10.1159/000491755

23. Andargie M., Vinas M., Rathgeb A., Möller E., Karlovsky P. Lignans of Sesame (Sesamum indicum L.): A Comprehensive Review // Molecules. 2021. N 26(4). Article id: 883. https://doi.org/10.3390/molecules26040883

24. Landete J.M. Plant and mammalian lignans: A review of source, intake, metabolism, intestinal bacteria and health // Food Research International. 2012. V. 46. N 1. P. 410–424. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2011.12.023

25. Lei X.Y., Liu S.H., Zhao Y.X., Guo MJ.., Tao L., Shen X.C., Zhang N.L. Lignans and Flavonoids from Cajanus cajan (L.) Millsp. and Their α‐Glucosidase Inhibitory Activities // Chemical Biodivers. 2022. N 19(11). Article id: 202200414. https://doi.org/10.1002/cbdv.202200414

26. Liu Ya., Ma W., Zhang P., He Sh., Huang D.., Effect of resveratrol on blood pressure: A meta‐analysis of randomized controlled trials // Clinical Nutrition. 2015. V. 34. N 1. P. 27–34. https://doi.org/10.1016/j.clnu.2014.03.009

27. Mattio L.M., Dallavalle S., Musso L. et al. Antimicrobial activity of resveratrol‐derived monomers and dimers against foodborne pathogens // Scientific Reports. 2019. N 9. Article id: 19525. https://doi.org/10.1038/s41598‐019‐55975‐1

28. Ito T., Hayashi K., Nishiguchi M., Hayashi T., Iinuma M. Resveratrol oligomer C‐glucosides and anti‐viral resveratrol tetramers isolated from the stem bark of Shorea uliginosa // Phytochemistry Letters. 2018. V. 28. P. 1–7. https://doi.org/10.1016/j.phytol.2018.07.026

29. Zabolotneva A.A., Shatova O.P., Sadova A.A., Shestopalov A.V., Roumiantsev S.A. An Overview of Alkylresorcinols Biological Properties and Effects // International Journal of Sport Nutrition and Exercise Metabolism. 2022. N 5. Article id: 4667607. https://doi.org/10.1155/2022/4667607

30. Liu J., Zhang D., Yang Z., Hao Y., Wang Z., Wang J., Wang Z. Wheat Alkylresorcinols Modulate Glucose Homeostasis through Improving GLP‐1 Secretion in High‐Fat‐Diet‐Induced Obese Mice // Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2023. N 71(43). P. 16125–16136. https://doi.org/10.1021/acs.jafc.3c04664

31. Zabolotneva A.A., Gaponov A.M., Roumiantsev S.A., Vasiliev I.Y., Grigoryeva T.V., Kit O.I., Zlatnik E.Y., Maksimov A.Y., Goncharova A.S., Novikova I.A., Appolonova S.A., Markin P.A., Shestopalov A.V. Alkylresorcinols as New Modulators of the Metabolic Activity of the Gut Microbiota // International Journal of Molecular Sciences. 2023. N 24(18). Article id: 14206. https://doi.org/10.3390/ijms241814206

32. Sadowska‐Bartosz I., Bartosz G. Biological Properties and Applications of Betalain // Molecules. 2021. N 26(9). Article id: 2520. https://doi.org/10.3390/molecules26092520

33. Krajka‐Kuźniak V., Szaefer H., Ignatowicz E., Adamska T., Baer‐Dubowska W. Beetroot juice protects against Nnitrosodiethylamine‐ induced liver injury in rats // Food and Chemical Toxicology. 2012. V. 50. N 6. P. 2027–2033. https://doi.org/10.1016/j.fct.2012.03.062

34. Liu X., Liu R., Wang Y. Indole‐3‐carboxaldehyde alleviates acetaminophen‐induced liver injury via inhibition of oxidative stress and apoptosis // Biochemical and Biophysical Research Communications. 2024. V. 710. Article id: 149880. https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2024.149880

35. Yuan P., Feng A., Wei Y., Li S., Fu Y., Wang X., Guo M., Feng W., Zheng X. Indole‐3‐carboxaldehyde alleviates cisplatin‐induced acute kidney injury in mice by improving mitochondrial dysfunction via PKA activation // Food Chem Toxicol. 2024. N 186. Article id: 114546. https://doi.org/10.1016/j.fct.2024.114546

36. Zhang R., Huang G., Ren Yu., Wang H., Ye Ya., Guo J., Wang M., Zhu W., Yu K. Effects of Dietary Indole‐3‐carboxaldehyde Supplementation on Growth Performance, Intestinal Epithelial Function, and Intestinal Microbial Composition in Weaned Piglets // Frontiers in Nutrition. 2022. V. 9. Article id: 896815. https://doi.org/10.3389/fnut.2022.896815

37. Мясникевич А.А., Тишковец Е.В. Патогенетическое значение нарушений механизмов регуляции метаболизма пуринов // Научное обозрение. Медицинские науки. 2020. N 2. C. 40–45.

38. Matsumura N., Kinoshita C., Bhadhprasit W., Nakaki T., Aoyama K. A purine derivative, paraxanthine, promotes cysteine uptake for glutathione synthesis // Journal of Pharmaceutical Sciences. 2023. N 151(1). P. 37–45. https://doi.org/10.1016/j.jphs.2022.11.001

39. Портер Д.Р. Производные пурина в качестве модуляторов активности TNF. Патент RU2684644C1. ЮСБ БАЙФАРМА СПРЛ. 2019. 73 c.

40. Robertson S.M., Friend M.A., Doran G.S., Edwards S. Caffeine supplementation of ewes during lambing may increase lamb survival // Animal. 2018. V. 12. N 2. P. 376–382. https://doi.org/10.1017/S1751731117001446.

41. Annunziata F., Pinna C., Dallavalle S., Tamborini L., Pinto A. An Overview of Coumarin as a Versatile and Readily Accessible Scaffold with Broad‐Ranging Biological Activities // International Journal of Molecular Sciences. 2020. N 21(13). Article id: 4618. https://doi.org/10.3390/ijms21134618

42. Alam M., Khan A., Wadood A., Khan A., Bashir S., Aman A., Jan A.K., Rauf A., Ahmad B., Khan A.R. Farooq U. Bioassay‐Guided Isolation of Sesquiterpene Coumarins from Ferula narthex Bioss: A New Anticancer Agent // Frontiers in Pharmacology. 2016. N 7. Article id: 26. https://doi.org/10.3389/fphar.2016.00026

43. Masuri S., Era B., Pintus F., Cadoni E., Cabiddu M.G., Fais A., Pivetta T. Hydroxylated Coumarin‐Based Thiosemicarbazones as Dual Antityrosinase and Antioxidant Agents // International Journal of Molecular Sciences. 2023. N 24(2). Article id: 1678. https://doi.org/10.3390/ijms24021678

44. Feng D., Zhang A., Yang Y., Yang P. Coumarin‐containing hybrids and their antibacterial activities // Arch Pharm (Weinheim). 2020. N 53(6). Article id: 1900380. https://doi.org/10.1002/ardp.201900380

45. Tan N., Yazıcı‐Tütüniş S., Bilgin M., Tan E., Miski M. Antibacterial Activities of Pyrenylated Coumarins from the Roots of Prangos hulusii // Molecules. 2017. N 22(7). Article id: 1098. https://doi.org/10.3390/molecules22071098

46. El‐Sawy E.R., Abdel‐Aziz M.S., Abdelmegeed H., Kirsch G. Coumarins: Quorum Sensing and Biofilm Formation Inhibition // Molecules. 2024. N 29(19). Article id: 4534. https://doi.org/10.3390/molecules29194534

47. Hou H. M., Jiang F., Zhang G. L., Wang J. Y., Zhu Ya H., Liu X. Y. Inhibition of Hafnia alvei H4 Biofilm Formation by the Food Additive Dihydrocoumarin // Journal of Food Protection. 2017. V. 80. N 5. P. 842–847. https://doi.org/10.4315/0362‐028X.JFP‐16‐460

48. Lee J.‐H., Kim Y.‐G., Cho H.S., Ryu S.Y., Cho M.H., Lee J. Coumarins Reduce Biofilm Formation and the Virulence of Escherichia coli O157:H7 // Phytomedicine. 2024. N 21. P. 1037–1042.

49. Asghar H., Asghar H., Asghar T. A Review on Anti‐urease Potential of Coumarins // Current Drug Targets. 2021. N 22(17). P. 1926–1943. https://doi.org/10.2174/1389450122666210222091412

50. Xu J., Ji W. Isofraxidin inhibits the proliferation and differentiation of the osteoblast MC3T3‐E1 subclone 14 cell line // Cellular and Molecular Biology. 2023. N 69(15). P. 44–50. https://doi.org/10.14715/cmb/2023.69.15.7

51. Su X., Liu B., Gong F., Yin J., Sun Q., Gao Y., Lv Z., Wang X. Isofraxidin attenuates IL‐1β‐induced inflammatory response in human nucleus pulposus cells // Journal of Cellular Biochemistry. 2019. N 20(8). P. 13302–13309. https://doi.org/10.1002/jcb.28604

52. Zhao Y., Liu M., Jiang L., Guan L. Could natural phytochemicals be used to reduce nitrogen excretion and excreta‐derived N2O emissions from ruminants? // Journal of Animal Science and Biotechnology. 202. N 14(1). P. 140. https://doi.org/10.1186/s40104‐023‐00942‐0

53. Ahmed M.G., Elwakeel E.A., El‐Zarkouny S.Z., Al‐Sagheer A.A. Environmental impact of phytobiotic additives on greenhouse gas emission reduction, rumen fermentation manipulation, and performance in ruminants: an updated review // Environmental Science and Pollution Research. 2024. N 31(26). P. 37943–37962. https://doi.org/10.1007/s11356‐024‐33664‐5

54. Кубасова Е.Д., Крылов И.А., Корельская Г.В., Пантюхова К.А., Кубасов Р.В. Противоопухолевые и противовоспалительные свойства дубильных веществ растительного происхождения и перспективы их использования в фармации // Здоровье и образование в XXI веке. 2022. N 12. C. 55–60.

55. Abd'quadri‐Abojukoro A.N., Nsahlai I.V. Evaluating the Effects of Some Selected Medicinal Plant Extracts on Feed Degradability, Microbial Protein Yield, and Total Gas Production In Vitro // Animals (Basel). 2023. N 13(4). P. 702. https://doi.org/10.3390/ani13040702

56. El‐Shall N.A., Abd El‐Hack M.E., Albaqami N.M., Khafaga A.F., Taha A.E., Swelum A.A., El‐Saadony M.T., Salem H.M., El‐Tahan A.M., AbuQamar S.F., El‐Tarabily K.A., Elbestawy A.R. Phytochemical control of poultry coccidiosis: a review // Poultry Science Journal. 2022. N 101(1). Article id: 101542. https://doi.org/10.1016/j.psj.2021.101542

57. Swami R., Aggarwal K. The Prospects of Phytomedicines and Nanomedicines to Treat Leishmaniasis: A Comprehensive Review // Current drug research reviews. 2024. N 16(3). P. 308–318. DOI: 10.2174/2589977515666230725105141

58. Li L., Sun X., Zhao D., Dai H. Pharmacological Applications and Action Mechanisms of Phytochemicals as Alternatives to Antibiotics in Pig Production // Frontiers in Immunology. 2021. N 12. Article id: 798553. https://doi.org/10.3389/fimmu.2021.798553

59. Valenzuela‐Grijalva N.V., Pinelli‐Saavedra A., Muhlia‐Almazan A. et al. Dietary inclusion effects of phytochemicals as growth promoters in animal production // Journal of Animal Science and Technology. 2017. N 59. P. 8. https://doi.org/10.1186/s40781‐017‐0133‐9

60. Ahmed S., Khan H., Aschner M., Hasan M.M., Hassan S.T.S. Therapeutic potential of naringin in neurological disorders // Food Chem. Toxicol Food and Chemical Toxicology. 2019. N 132. Article id: 110646.

61. Asfour H.Z. Anti‐Quorum Sensing Natural Compounds. Journal of Microscopy and Ultrastructure. 2018. N 6(1). P. 1–10. https://doi.org/10.4103/JMAU.JMAU_10_18

62. Nazzaro F., Fratianni F., Coppola R. Quorum Sensing and Phytochemicals. Internationa // Journal of Molecular Sciences. 2013. N 14(6). P. 12607–12619. https://doi.org/10.3390/ijms140612607

63. Abdel‐Latif H.M.R., Yilmaz S. Kucharczyk D. Editorial: Functionality and applications of phytochemicals in aquaculture nutrition // Frontiers in Veterinary Science. 2023. N 10. Article id: 1218542. https://doi.org/10.3389/fvets.2023.1218542

64. Martínez‐Antequera F.P., López‐Ruiz R., Martos‐Sitcha J.A., Mancera J.M. Moyano F.J. Assessing differences in the bioaccessibility of phenolics present in two wine by‐products using an in‐vitro model of fish digestion // Frontiers in Veterinary Science. 2023. N 10. Article id: 1151045. https://doi.org/10.3389/fvets.2023.1151045

65. Liu Y., Fan J., Huang H., Zhou H., Cao Y., Zhang Y., Jiang W., Zhang W., Deng J., Tan B. High dietary non‐starch polysaccharides detrimental to nutrient digestibility, digestive enzyme activity, growth performance, and intestinal morphology in largemouth bass, Micropterus salmoides // Frontiers in Nutrition. 2022. N 9. Article id: 1015371. https://doi.org/10.3389/fnut.2022.1015371

66. Feher M., Fauszt P., Tolnai E., Fidler G., Pesti‐Asboth G., Stagel A., Szucs I., Biro S., Remenyik J., Paholcsek M., Stundl L. Effects of phytonutrient‐supplemented diets on the intestinal microbiota of Cyprinus carpio // PLoS One. 2021. N 16(4). Article id: 0248537. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0248537

67. Marçal R., Sousa P., Marques A., Pereira V., Guilherme S., Barreto A., Costas B., Rocha R.J.M., Pacheco M. Exploring the Antioxidant and Genoprotective Potential of Salicornia ramosissima Incorporation in the Diet of the European Seabass (Dicentrarchus labrax) //Animals (Basel). 2023. N 14(1). Article id: 93. https://doi.org/10.3390/ani14010093