Введение к работе
Актуальность темы. Явление хемотаксиса бактерий, то есть направленного движения клеток в ответ на действия химических раздражителей, начиная с опытов Адлера в 1966 году по настоящее время является предметом пристального и всестороннего изучения учеными разных специальностей. В целом система хемотаксиса микроорганизмов интересна уже тем, что является простейшей системой ор-ганизменного реагирования на переменные условия внешней среды, и хотя до сих пор детальные механизмы функционирования этой системы остаются невыясненными, система хемотаксиса бактерий к настоящему времени остается наиболее полной изученной клеточной подсистемой. В связи с этим важным представляется детальный анализ результативной стороны хемотаксиса - собственно движения клеток, как реакции на пространственные и временные изменения внешних условий.
Попытки найти адекватное математическое описание движения бактерий при хемотаксисе предпринимали многие исследователи. При атом все придерживались одного из двух подходов: феноменологического, моделирующего движение популяции бактерий как волновой процесс, либо микроскопического, выявляющего характеристики движения отдельной клетки после воздействия на нее изменяющимися концентрациями хемоэсХектора. В настоящей работе впервые сделана попытка объединить оба эти подхода в рамках единого кинетического уравнения, связать феноменологию и микродвижение в единое целое.
Цель работы. Состоит во всестороннем исследовании и анализе движения бактерий при хемотаксисе на основе предложенного кинетического подхода.
Научная новизна работы. Предложен совершенно новый метод исследования движения популяций микроорганизмов - кинетический, отличающийся от других существующих тем, что объединяет в себе как микро-, так и макроскопический подход к движению, а потому реша-
ющий одновременно двуединую задачу: как исходя из микропараметров движения одной клетки спрогнозировать движение целой популяции в изменяющихся условиях окружающей среды; как исходя из известного пространственного распределения клеток выявить характеристики отдельно взятой клетки. Детально проанализированы все входящие в кинетическую модель параметры и выявлена их связь"с физиологическими факторами клетки. Впервые объяснен эффект образования и дві. :ения бактериальных полос в средах с переменным химическим составом и доказано, почему этого нельзя сделать в границах традиционного диффузионного подхода. Подсчитан оптический эффект, связанный с направленным движением клеток при хемотаксисе. Предложена модель жгутикового мотора и на ее основании подсчитан эффект вязкости среды на движение клеток. Продемонстрирована возможность полного разделения различающихся по хемотакси-ческой активности штаммов, обнаружена корреляция хемотаксиса бактерий с ихэнтомопатогенной активностью.
Практическое значение работы. Адекватное описание движения бактерий при хемотаксисе может иметь широкое распространение в разделе экологии микроорганизмов, поскольку оно позволяет предсказывать поведение как одной клетки, так и серии конкурирующих между собой популяций в условиях изменяющейся окружающей среды, а также по внешним признакам распределения клеток в пространстве выявлять физиологические характеристики отдельно взятой клетки. Кроме того, впервые предложен новый способ определения с помощью реакции хемотаксиса присутствия в среде следовых концентраций биологически активных химических веществ. Предложен быстрый количественный- способ определения концентрации антибиотиков с использованием в качестве тест-системы хемотаксиса бактерий. Разработан способ разделения бактерий, различающихся по хемотакси-ческой подвижности. На примере штамма ВТ-НЗ продемонстрирована
корреляционная связь между хемотаксической подвижностью и энтомо-патогенной активностью клеток.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 23 работы, получено два авторских свидетельства об изобретении, подготовлена к печати монография. Результаты исследований неоднократно докладывались на Всесоюзных конференциях и совещаниях.
Апробация. Диссертация апробирована на заседании ученого совета ГосНИИ ПМ государственного концерна "БИОПРЕПАРАТ".
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, изложения собственных методов исследования хемотаксиса, кинетической модели хемотаксиса бактерий, описания модельных экспериментов, обсуждения, выводов. Диссертация изложена на 85 страницах машинописного текста и содержит 15 рисунков и фотографий и 13 таблиц.