АКТУАЛЬНОСТЬ

seamed

Морская медицина

Marine Medicine

2413-57472587-7828

Research Institute of Industrial and Maritime Medicine of the Federal Medical and Biological Agency

10.22328/2413-5747-2023-9-4-26-33

seamed-691

Research Article

Обзоры

Review

Химический состав морских водорослей и их медико-биологические свойства

Chemical composition of seaweed and its medical-biological properties

https://orcid.org/0000-0002-2432-3408

Горбачёв

Анатолий Леонидович

Gorbachev

Anatoly L.

доктор биологических наук, профессор, профессор кафедры валеологии

Dr of Sci. (Biol.), Professor of the Department of Valeology

gor000@mail.ru

https://orcid.org/0000-0003-1698-6479

Кубасов

Роман Викторович

Kubasov

Roman V.

кандидат биологических наук, доцент, доцент, кафедры мобилизационной подготовки здравоохранения и медицины катастроф федерального государственного бюджетного образовательного

Cand. of Sci. (Biol.), Associate Professor of the Department of Mobilization Training

romanas2001@gmail.com

Северо-Восточный государственный университетРоссияNorth-Eastern State UniversityRussian Federation

Северный государственный медицинский университетРоссияNorthern State Medical UniversityRussian Federation

2023

15122023

942633

2023

Горбачёв А.Л., Кубасов Р.В.

Gorbachev A.L., Kubasov R.V.

Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.

https://seamed.elpub.ru/jour/article/view/691

АКТУАЛЬНОСТЬ

АКТУАЛЬНОСТЬ. Морские водоросли, наряду со всеми остальными водными биологическими ресурсами, имеют огромную хозяйственную и экономическую значимость для всех стран мирового сообщества. Благодаря положительным эффектам биологически активных веществ, содержащихся в них, они широко используются в качестве биологически активных добавок, лекарственных средств, гидроколлоидов (агары, альгинаты, каррагинаны).

ЦЕЛЬ

ЦЕЛЬ. На основе литературных данных изучить современные знания о химическом составе морских водорослей и их медико-биологических свойствах, которые могут быть использованы человеком.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ. Использованы литературные источники из международных баз данных Web of Science, Scopus, eLibrary за 25 лет. Ключевые слова в поисковой системе: морские водоросли, биохимический состав, биологически активные свойства, медицинское значение.

РЕЗУЛЬТАТЫ

РЕЗУЛЬТАТЫ. Химический состав морских водорослей обусловлен их средой обитания. Они содержат практически все химические элементы, присутствующие в морской воде. Благодаря положительным биологическим эффектам морские водоросли широко используются человеком, особенно в медицине. Среди органических соединений морские водоросли богаты как полисахаридами, липидами, белковыми соединениями, так и витаминами. Основная доля полисахаридов принадлежит альгиновой кислоте и фукоидану. Альгинаты обладают противовоспалительными, сорбирующими и репаративными свойствами, нормализуют обмен веществ. Фукоиданы оказывают антикоагулянтный, антиоксидантный эффекты, ингибируют проникновение вирусов в клетки ткани.

ОБСУЖДЕНИЕ

ОБСУЖДЕНИЕ. Морские водоросли богаты белковыми соединениями. Они содержат все незаменимые аминокислоты. Помимо этого, в морских водорослях обнаружены все классы жирных кислот (особенно полиненасыщенных). Наконец, в морских водорослях, подобно наземным растениям, синтезируются многие как водорастворимые, так и жирорастворимые витамины: аскорбиновая кислота, токоферолы, каротины, тиамины, кобаламины и т. д.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Морские водоросли можно считать уникальным поставщиком биологически активных компонентов: минералов, белков, полисахаридов, полиненасыщенных жирных кислот, витаминов. Их использование оправдано лечебно-профилактическими целями.

RELEVANCE

RELEVANCE. Seaweed, along with all the other aquatic biological resources, is of great economic importance for all countries of the world community. Due to positive effects of biologically active substances, contained therein, it is widely used as dietary supplements, drugs, hydrocolloids (agar, alginates, carrageenan).

OBJECTIVE

OBJECTIVE. Based on literature data to study current knowledge about the chemical composition of seaweed and its medical-biological properties, which can be used in life activity.

MATERIALS AND METHODS

MATERIALS AND METHODS. The study used literature sources from international databases Web of Science, Scopus as well as the national library system eLibrary. The keywords in the search engine: seaweed, biochemical composition, biologically active properties, medical importance.

RESULTS

RESULTS. The chemical composition of seaweed is due to its habitat. It contains practically all chemical elements, present in seawater. Because of beneficial biological effects, seaweed is widely used by humans, especially in medicine. Among organic compounds seaweed is rich in polysaccharides, lipids, protein compounds as well as vitamins. The main part of polysaccharides belongs to alginic acid and fucoidan. Alginates have anti-inflammatory, sorption and reparative properties, normalize metabolism. Fucoidans have anticoagulant and antioxidant effect, inhibit penetration of viruses into tissue cells.

DISCUSSION

DISCUSSION. Seaweed is rich in protein compounds. It contains all essential amino acids. Moreover, all classes of fatty acid (especially polyunsaturated) are found in seaweed. Lastly, many water-soluble and fat-soluble vitamins are synthesized in seaweed, like plants on land: ascorbic acid, tocopherols, carotenes, thiamine, cobalamins, etc.

It is concluded that seaweed can be considered a unique supplier of biologically active components: minerals, proteins, polysaccharides, polyunsaturated fats and vitamins. Its use is justified with therapeutic and preventive purposes.

морская медицинаморские водорослибиоэлементыполисахаридылипидыбелкивитамины

marine medicineseaweedbioelementspolysaccharideslipidsproteinsvitamins

References1

Brown E. S., Allsopp P. J., Magee P. J., Gill C. I., Nitecki S., Strain C. R., McSorley E. M. Seaweed and human health. Nutr Rev. 2014. Vol. 72, №3. pp. 205–216. https://doi.org/10.1111/nure.12091

Rebours C., Marinho-Soriano E., Zertuche-González J. A. Seaweeds: an opportunity for wealth and sustainable livelihood for coastal communities. J Appl Phycol, 2014, Vol. 26, № 5, 1939–1951. https://doi.org/10.1007/s10811-014-0304-8

Halim O. G. L., Rachmasari A. W. Farming Production Analysis of Seaweed and Farmer’s Perception towards Climate Change Effect in Southeast Sulawesi, Indonesia Pak, J Biol Sci, 2020, Vol. 23, № 8, pp. 1004–1009. https://doi.org/10.3923/pjbs.2020.1004.1009

Шишканова М. С., Никифоров А. И. Современная практика использования альгоресурсов в Российской Федерации: тенденции и возможности // Вестник Российского университета дружбы народов. Серия: Экология и безопасность жизнедеятельности. 2023. T. 31, № 1. C. 127–136 [Shishkanova M. S., Nikiforov A. I. Modern practice of algal resources exploitation in the Russian Federation: trends and opportunities. RUDN Journal of Ecology and Life Safety. 2023, Vol. 31, № 1, pp. 127–136 (In Russ.)]. https://doi.org/10.22363/2313-2310-2023-31-1-127-136.

Аминина Н. М. Сравнительная характеристика бурых водорослей прибрежной зоны Дальнего Востока // Известия ТИНРО. 2015. T. 182, № 3. C. 258–268 [Aminina N. M. Comparative description of brown algae from the coastal zone of Far East. Izvestiya TINRO. 2015, Vol. 182, № 3, pp. 258–268 (In Rus.)]. https://doi.org/10.26428/1606-9919-2015-182-258-268

Евсеева Н. В. К флоре морских водорослей прибрежной зоны северо-востока Охотского моря // Новости системы низших растений. 2018. T. 52, № 1. C. 63–73 [Evseeva N. V. Contribution to the flora of marine algae of the coastal zone of the northeastern part of the Sea of Okhotsk. News of the lower plant system. 2018, Vol. 52, № 1, pp. 63–73 (In Rus.)]. https://doi.org/10.31111/nsnr/2018.52.1.63.

Малавенда С. В., Шошина Е. В., Капков В. И. Видовое разнообразие макроводорослей в различных районах Баренцева моря // Вестник МГТУ. 2017. T 20, № 2. C. 336–351 [Malavenda S. V., Shoshina E. V., Kapkov V. I. Species diversity of seaweeds in different areas of the Barents Sea. Bulletin of the Moscow State Technical University, 2017, Vol. 20, № 2, pp. 336–351 (In Rus.)]. https://doi.org/10.21443/1560-9278-2017-20-2-336-351].

Bogolitsyn K., Dobrodeeva L., Parshina A., Samodova A. In vitro and in vivo activities of polyphenol extracts from Arctic brown alga Fucus vesiculosus. J Appl Phycol. 2021, № 33, pp. 2597–2608. https://doi.org/10.1007/s10811-021-02450-y

Pérez M. J., Falqué E., Domínguez H. Antimicrobial Action of Compounds from Marine Seaweed. Mar. Drugs. 2016, Vol. 14, № 3, 52. https://doi.org/10.3390/md14030052

Разина Т. Г., Рыбалкина О. Ю., Лопатина К. А. Сравнительная оценка эффективности различных форм альгинатов в условиях онкологического эксперимента // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2011. T. 152, № 8. C. 191–196. [Razina T. G., Rybalkina O. Yu., Lopatina K. A. Comparative evaluation of the efficiency of various alginate forms under conditions of an oncological experiment. Bulletin of experimental biology and medicine, 2011, Vol. 152, № 8, pp. 191–196 (In Rus.)]. https://doi.org/10.1007/s10517-011-1496-4.

Табакаева О. В., Табакаев А. В. Биологически активные вещества потенциально промысловых бурых водорослей Дальневосточного региона // Вопросы питания. 2016. T. 85, № 3. C. 126–132 [Tabakaeva O. V., Tabakaev A. V. Biologically active agents of potential trade brown seaweed of the Far East Region. Nutrition issues, 2016, Vol. 85, № 3, pp. 126–132 (In Rus.)]. https://doi.org/10.24411/0042-8833-2016-00044].

Li H. Y., Guo S., Yan H. Content and distribution of inorganic elements in Laminaria japonica based on ICP-MS and Micro-XRF. Zhongguo Zhong Yao Za Zhi, 2022, Vol. 47, № 2, pp. 444–452. https://doi.org/10.19540/j.cnki.cjcmm.20210803.203

Калинченко С. Ю., Смыкалова А. С., Ворслов Л. О. Препараты на основе бурых водорослей: биологические свойства, возможности применения в медицине и диетологии // Вопросы диетологии. 2019. T. 9, № 1. C. 25–32 [Kalinchenko S. Yu., Smykalova A. S., Vorslov L. O. Brown seaweed preparations: biological properties, potential for using in medicine and dietetics. Nutrition issues (Nutrition), 2019, Vol. 9, № 1, pp. 25–32 (In Rus.)]. https://doi.org/10.20953/2224-5448-2019-1-25-32.

Захарова В. А., Фидоровская Ю. С., Хлыстова Т. С., Кильдеева Н. Р. Производные альгиновой кислоты: особенности строения, свойства и перспективы использования в медицине // Промышленные процессы и технологии. 2022. Vol. 7, № 5. C. 64–79 [Zakharova V. A., Fidorovskaya Yu. S., Khlystova T. S., Kildeeva N. R. Alginic acid derivatives: structural features, properties and prospects for medicine use. Industrial processes and Technologies, 2022, Vol. 7, № 5, pp. 64–79 (In Rus.)]. https://doi.org/10.37816/2713-0789-2022-2-5(7)-64-79.

Ficko-Blean E., Hervé C., Michel G. Sweet and sour sugars from the sea: the biosynthesis and remodeling of sulfated cell wall polysaccharides from marine macroalgae. Perspectives in Phycology, 2015, Vol. 2, № 1, 51–64. https://doi.org/10.1127/pip/2015/0028.

Cifuentes J. D., Sparkman J., Graham D. Y. Management of upper gastrointestinal symptoms in patients with autoimmune gastritis. Curr Opin Gastroenterol. 2022, Vol. 38, № 6, pp. 600–606. https://doi.org/10.1097/MOG.0000000000000878

André R. E., Pacheco R., Bourbon M., Serralheiro M. L. Brown Algae Potential as a Functional Food against Hypercholesterolemia: Review. Foods, 2021, Vol. 10, № 2, pp. 234. https://doi.org/10.3390/foods10020234.

Серебренникова Е. С., Давыдова В. Л., Гурина С. В., Иозеп А. А. Изучение антимикробной активности некоторых производных альгиновой кислоты // Проблемы медицинской микологии. 2013. T. 15, № 4. C. 60–62 [Serebrennikova E. S., Davydova V. L., Gurina S.V ., Iozep A. A Studying of antimicrobial activity of some derivatives of alginic acid. Problems of medical mycology, 2013, Vol. 15, № 4, pp. 60–62 (In Rus.)].

Long S. H., Yu Z. Q., Shuai L. The hypoglycemic effect of the kelp on diabetes mellitus model induced by alloxan in rats. Int. J. Mol. Sci, 2012, Vol. 13, № 3, pp. 3354–3365. https://doi.org/10.3390/ijms13033354

Balasubramanian U. M., Vaiyazhipalayam M.S., Marimuthu T. Enhanced adsorption of Cr(VI), Ni(II) ions from aqueous solution using modified Eichhornia crassipes and Lemna minor. Environ Sci Pollut Res Int, 2020, Vol. 27, № 17, pp. 20648–20662. https://doi.org/10.1007/s11356-019-06357-7

Fernando I. P., Sanjeewa K. K., Kim S. Y., Lee J. S., Jeon Y. J. Reduction of heavy metal (Pb2+) biosorption in zebrafish model using alginic acid purified from Ecklonia cava and two of its synthetic derivatives. Int J Biol Macromol, 2018, Vol. 106, pp. 330–337. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2017.08.027

Jayawardena T. U., Nagahawatta D. P., Fernando I. P. A Review on Fucoidan Structure, Extraction Techniques, and Its Role as an Immunomodulatory Agent. Mar Drugs, 2022, Vol. 20, № 12, pp. 755. https://doi.org/10.3390/md20120755

Zhao X., Guo F., Hu J., Zhang L., Xue C., Zhang Z., Li B. Antithrombotic activity of oral administered low molecular weight fucoidan from Laminaria Japonica. Thromb. Res, 2016, Vol. 144, pp. 46–52. https://doi.org/10.1016/j.thromres.2016.03.008

Thuy T. T., Ly B. M., Van T. T. Anti-HIV activity of fucoidans from three brown seaweed species. Carbohydr Polym, 2015, Vol. 115, pp. 122–128. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2014.08.068

Apostolova E., Lukova P., Baldzhieva A. Immunomodulatory and Anti-Inflammatory Effects of Fucoidan: A Review. Polymers (Basel), 2020, Vol. 12, № 10, pp. 2338. https://doi.org/10.3390/polym12102338

Кузнецова Т. А., Макаренкова И. Д., Конева Е. Л. Влияние пробиотического продукта, содержащего бифидобактерии и биогель из бурых водорослей, на кишечную микрофлору и показатели врожденного иммунитета у мышей с экспериментальным лекарственным дисбактериозом кишечника // Вопросы питания. 2015. Vol. 84, № 1. pp. 73–79 [Kuznetsova T. A., Makarenkova I. D., Koneva E. L. Effect of probiotic product containing bifidobacteria and biogel from brown algae on the intestinal microflora and parameters of innate immunity in mice with experimental drug dysbacteriosis. Nutrition issues, 2015, Vol. 84, № 1, pp. 73–79 (In Rus.)].

Крыжановский С. П., Богданович Л. Н., Беседнова Н. Н., Иванушко Л. А., Головачева В. Д. Гиполипидемические и противовоспалительные эффекты полисахаридов морских бурых водорослей у пациентов с дислипидемией // Фундаментальные исследования. 2014. № 10. C. 93–100 [Kryzhanovsky S. P., Bogdanovich L.N., Besednova N.N., Ivanushko L.A., Golovacheva V.D. Hypolipidemic and anti-inflammatory effects of polysaccharides marine brown kelps in patients with dyslipidemia. Fundamental research, 2014, № 10, pp. 93–100 (In Rus.)].

Balboa E. M., Conde E., Moure A., Falqué E., Domínguez H. In vitro antioxidant properties of crude extracts and compounds from brown algae. Food Chem, 2013, Vol. 138, № 2–3, pp. 1764–1785. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2012.11.026

Jun O. J., Qing Yu. Fucoidan delays apoptosis and induces pro-inflammatory cytokine production in human neutrophils. International Journal of Biological Macromolecules, 2015, Vol. 73, pp. 65–71. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2014.10.059

Atashrazm F., Lowenthal R. M., Woods G. M., Holloway A. F., Karpiniec S. S., Dickinson J. L. Fucoidan Suppresses the Growth of Human Acute Promyelocytic Leukemia Cells In Vitro and In Vivo. J Cell Physiol, 2016, Vol. 231, № 3, pp. 688–697. https://doi.org/10.1002/jcp.25119

Hsu H. Y., Lin T. Y., Wu Y. C. Fucoidan inhibition of lung cancer in vivo and in vitro: role of the Smurf2-dependent ubiquitin proteasome pathway in TGFβ receptor degradation. Oncotarget, 2014, Vol. 17, № 5, pp. 7870–7885. https://doi.org/10.18632/oncotarget.2317

Lorenzo J. M., Agregán R., Munekata P. E. S., et al. Proximate Composition and Nutritional Value of Three Macroalgae: Ascophyllum nodosum, Fucus vesiculosus and Bifurcaria bifurcate, Mar. Drugs, 2017, Vol. 15, № 11, pp. 360. https://doi.org/10.3390/md15110360.

Černá M. Seaweed proteins and amino acids as nutraceuticals. Adv Food Nutr Res, 2011, Vol. 64, pp. 297–312. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-387669-0.00024-7

Schmid M., Stengel D. B. Intra-thallus differentiation of fatty acid and pigment profiles in some temperate Fucales and Laminariales. J Phycol, 2015, Vol. 51, № 1, pp. 25–36. https://doi.org/10.1111/jpy.12268

Marinho G. S., Holdt S. L., Jacobsen C., Angelidaki I. Lipids and Composition of Fatty Acids of Saccharina latissima Cultivated Year-Round in Integrated Multi-Trophic Aquaculture. Mar Drugs, 2015, Vol. 13, № 7, pp. 4357–4374. https://doi.org/10.3390/md13074357

Reshma B. S., Aavula T., Narasimman V. Antioxidant and Antiaging Properties of Agar Obtained from Brown Seaweed Laminaria digitata (Hudson) in D-Galactose-Induced Swiss Albino Mice. Evid Based Complement Alternat Med, 2022, Vol. 3, pp. 1–16. https://doi.org/10.1155/2022/7736378

Lin P., Chen S., Zhong S. Nutritional and Chemical Composition of Sargassum zhangii and the Physical and Chemical Characterization, Binding Bile Acid, and Cholesterol-Lowering Activity in HepG2 Cells of Its Fucoidans. Foods, 2022, Vol. 12, № 11, pp. 1771. https://doi.org/10.3390/foods11121771

Nielsen C. W., Rustad T., Holdt S.L. Vitamin C from Seaweed: A Review Assessing Seaweed as Contributor to Daily Intake. Foods. 2021, Vol. 10, № 1, 198. https://doi.org/10.3390/foods10010198

Cardoso S., Carvalho L., Silva P. Rodrigues M., Pereira L. Bioproducts from Seaweeds: A Review with Special Focus on the Iberian Peninsula. Curr. Org. Chem, 2014, Vol. 18, № 7, pp. 896–917. https://doi.org/10.2174/138527281807140515154116

Miyashita K., Beppu F., Hosokawa M., Liu X., Wang S. Nutraceutical characteristics of the brown seaweed carotenoid fucoxanthin. Arch Biochem Biophys, 2020, № 686, pp. 108364. https://doi.org/10.1016/j.abb.2020.108364

The authors declare that there are no conflicts of interest present.