Липиды термофильных бактерий Новой Зеландии Лагутин, Кирилл Александрович

Введение к работе

Актуальность проблемы. Важность исследования липидов термофильных бактерий определяется как интересами фундаментальной науки, так и прикладными задачами. На сегодняшний день информация о составе жирных кислот и полярных липидов широко используется для таксономических целей на всех уровнях, от вида до типа. Некоторые липиды, обнаруженные у термофильных бактерий, обладают биологической активностью. Новые, необычные полярные липиды указывают на наличие еще неизвестных биосинтетических путей. Присутствие известных ранее липидов свидетельствует о наличии ферментов, функционирующих при высоких температурах, аналогичных найденным ранее у мезофильных организмов.

К сожалению, о составе липидов большей части описанных термофильных бактерий либо ничего не известно, либо эти сведения носят фрагментарный характер и не всегда надежны. Большая часть известной информации опубликована микробиологами в связи с требованиями к описанию новых видов. Благодаря этому информация о жирных кислотах недавно описанных бактерий доступна, хотя и не всегда достоверна, поскольку обычно используемые в таких случаях автоматизированные системы позволяют обнаружить лишь уже известные компоненты, но не могут помочь в случае обнаружения новых, ранее неизвестных соединений.

Таким образом, получение новых фундаментальных знаний о составе липидов термофильных бактерий, включая установление строения новых липидов, является актуальной темой современной биохимии липидов.

Новая Зеландия, наряду с Йеллоустонским национальным парком (США), Камчаткой (Россия) и Исландией является районом мира, богатым геотермальными зонами - местообитанием термофилов, что открывает широкие возможности для исследований в области биохимии липидов термофильных бактерий.

Цели и задачи исследования. Целью настоящей работы являлся анализ и установление строения неизвестных ранее липидов, обнаруженных нами в некоторых недавно культивированных термофильных бактериях, выделенных из геотермальных зон Новой Зеландии.

Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:

1. Определить состав жирных кислот и фосфолипидов впервые культивированных термофильных бактерий видов Chthonomonas calidirosea и Thermogemmatispora sp. (штамм T81).

2. Установить структуры неизвестных ранее жирных кислот и фосфолипидов бактерий видов Chthonomonas calidirosea и Thermogemmatispora sp. (штамм T81).

3. Определить структуру главного фосфолипида (PL2) бактерий видов Meiothermus ruber и Thermus spp. и уточнить строение фосфогликолипидов этих бактерий.

4. Оценить возможность использования обнаруженных жирных кислот и фосфолипидов для хемосистематики.

Основные положения, выносимые на защиту:

4. 1. Ненасыщенные ЖК бактерии вида C. calidirosea представлены только Д5- моноенами. Бактерия также содержит новую циклопропановую кислоту - 5,6-метилен гексадекановую кислоту.

   2. Бактерия вида Thermogemmatispora sp. (штамм T81) содержит ряд ранее не описанных диметилразветвленных кислот, включая 12,17-диметилоктадекановую кислоту. Данная кислота является хемотаксономическим маркером для бактерий рода Thermogemmatispora.

   3. Бактерия вида C. calidirosea содержит построенные на основе фосфатидил- .R-глицероилалкиламина фосфогликолипиды, сходные по строению с фосфогликолипидами бактерии вида Deinococcus radiodurans.

   4. Впервые установлены структуры фосфолипидов бактерий видов M. ruber и Thermus spp.. Структура главного фосфолипида (PL2) установлена как N- ацетилглюкозаменил фосфатидилглицероилалкиламин и его аналог, построенный на 1,2- диоле.

   5. На примере бактерий видов Geobacillus stearothermophilus, M. ruber и Thermus spp. было показано, что фосфолипиды бактерий могут являтся более эффективными маркерами таксономического положения, чем жирные кислоты.

   Научная новизна и практическая значимость работы. Впервые был определен состав жирных кислот бактерий видов C. calidirosea и Thermogemmatispora sp. (штамм T81). Методами масс-спектрометрии и ЯМР были установлены структуры девяти неизвестных ранее жирных кислот. Был определен состав простых липидов бактерий видов C. calidirosea и Thermogemmatispora sp. (штамм T81). Было показано, что простые липиды бактерии вида C. calidirosea содержат набор терпеноидов - производных сквалена, включая частично и полностью циклизованные производные. Впервые был определен состав фосфолипидов бактерий видов C. calidirosea, Thermogemmatispora sp. (штамм T81), и установлено строение главного фосфолипида бактерий видов M. ruber и Thermus spp. Фосфолипиды бактерии вида C. calidirosea были идентифицированы с использованием методов химической модификации, масс-спектрометрии и ЯМР- спектроскопии как фосфатидил-К-глицероилалкиламины с различным гликозилированием. Это первое обнаружение подобных липидов за пределами типа Deinococcus-Thermus. Для каждого фосфолипида был впервые обнаружен аналог, содержащий гидроксилированный алкиламин. Из десяти описанных липидов лишь два были описаны ранее у бактерии вида D. radiodurans. ^-конфигурация глицериновой кислоты была установлена с использованием ³¹Р-ЯМР и синтетических аналогов. Установлена структура главного фосфолипида бактерии вида M. Ruber, последние 30 лет традиционно обозначавшегося как PL2 - 2'-O-(1,2-диацил-sn-глицеро-3-фосфо)-3'-O-(a-N- ацетил-глюкозаминил)-^глицероил алкиламин. Впервые

   фосфатидилглицероилалкиламин и глюкозаминил фосфатидилглицероилалкиламин были обнаружены в бактериях родов Meiothermus и Thermus.

   Полученные данные по составу жирных кислот могут быть использованы для хемосистематики бактерий на уровне рода. На примере бактерий родов Meiothermus и Thermus было показано, что в некоторых случаях фосфолипиды могут быть более предпочтительными маркерами таксономического положения, чем жирные кислоты. Также нами показана возможность использования ³¹Р-ЯМР для установления стереохимических особенностей строения фосфолипидов, что может быть использовано при исследовании строения неизвестных фосфолипидов.

   Апробация работы. Основные результаты были представлены на 102-й ежегодной конференции the American Oil Chemists' Society (Цинциннати, США, 2011), 8-м ежегодном конгрессе the European Federation for the Science and Technology of Lipids (Мюнхен, Германия, 2010), 9-м ежегодном конгрессе the European Federation for the Science and Technology of Lipids (Роттердам, Нидерланды, 2011).

   Публикации. По материалам диссертации опубликовано 3 статьи в зарубежных рецензируемых журналах и 8 тезисов докладов в материалах научных конференций.

   Личный вклад соискателя в проведение исследования. Соискателем был выполнен анализ литературы по теме исследования, проведено планирование экспериментов, получена основная часть результатов, опубликованы статьи и подготовлены доклады на конференциях. На защиту вынесены только те положения и результаты экспериментов, в получении которых роль соискателя была определяющей.

   Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из Введения, Литературного обзора, Обсуждения результатов, Экспериментальной части, Выводов, Списка цитируемой литературы и Приложений. Работа изложена на 147 страницах, содержит 9 таблиц и 53 рисунка. Список литературы включает 249 цитируемые работы.

   Похожие диссертации на Липиды термофильных бактерий Новой Зеландии

   

   Липиды некоторых наземных и морских грамотрицательных бактерий как факторы патогенности и потенциальные антагонисты эндотоксиновКрасикова Инна Николаевна