Введение к работе
Актуальность темы. Для большинства растений характерны симбиозы с микроорганизмами (эндофитными и ризосферными), фиксирующими азот или оптимизирующими получение других необходимых веществ из почвы. Исследования особенностей таких взаимодействий являются основой отдельного направления в прикладной микробиологии. Перспективным модельным объектом для изучения эндофитной растительно-микробной ассоциации являются бактерии рода Herbaspirillum, благодаря потенциально высокой азотфиксирующей активности, способности продуцировать фитогормоны и иные физиологически активные вещества (Baldani et al., 1986; Bastia et al., 1998; Lambrecht et al., 2000; Souza et al., 2000; Pedrosa et al., 2001; Ongena et al., 2007). Об интересе к исследованию гербаспирилл свидетельствует выполненное секвенирование нуклеотидных последовательностей генома бактерий H. seropedicae Z78 (Pedrosa and Genopar, 2005).
В прикреплении бактерий к корням, проникновении и распространении по макроорганизму участвуют как неспецифическая сорбция, так и специфические взаимодействия, которые на разных этапах опосредуются поверхностно локализованными белками и полисахаридами (ПС) (Michiels et al., 1991; Baldani et al., 1993; Mora and Newton, 2008). Уже сложилось представление о важной роли гликополимеров поверхности в обеспечении выживания бактерий в почве и взаимодействии их с растением (Dell Gallo and Haegi, 1990; Gulati et al., 2011). Анализ строения и функций различных структурных элементов клеточной поверхности эндофитных ассоциативных бактерий является ключевым направлением в изучении молекулярных механизмов формирования симбиотических отношений. В литературе отсутствуют данные, касающиеся исследований состава и функций экстраклеточных и капсульных гликополимеров гербаспирилл. Фрагментарно представлены сведения об исследовании липополисахаридов (ЛПС) - главного компонента внешней мембраны грамотрицательных бактерий. ЛПС, специфичность которых в контактных взаимодействиях определяют полисахаридные составляющие, играют важную роль в создании внутривидовых классификационных схем грамотрицательных бактерий (Caroff and Karibian, 2003). Известны результаты иммунохимических исследований ассоциативных азотфиксаторов, фитопатогенных бактерий (Варбанец, 1994; Pier, 2003; Коннова с соавт., 2009), в то время как аналогичные аспекты изучения эндофитных диазотрофов, за исключением представителей рода Rhizobium, находятся на периферии исследовательских интересов. Изучение структурных особенностей и антигенного состава индивидуальных препаратов гликополимеров гербаспирилл является актуальным как для таксономических исследований, так и для понимания механизмов индукции и развития их биологического действия при формировании эндофитного симбиоза с растениями.
В связи с этим, целью работы было выявление особенностей структуры и антигенного состава гликополимеров поверхности бактерий H. seropedicae Z78 и H. lusitanum P6-12.
Для реализации цели в ходе исследования решали следующие задачи:
-
выделение полисахаридов из культуральной жидкости, капсулы и внешней мембраны H. seropedicae Z78 и H. lusitanum P6-12;
-
анализ химического состава углеводсодержащих биополимеров H. seropedicae Z78 и H. lusitanum P6-12;
-
исследование антигенного состава полисахаридов гербаспирилл с применением кроличьих антител и фаговых мини-антител к препаратам экстраклеточных, капсульных и мембранных гликополимеров H. seropedicae Z78;
-
выделение О-специфических полисахаридов (ОПС) из липополисахаридов и определение структуры повторяющегося звена ОПС H. seropedicae Z78.
Научная новизна полученных результатов заключается в следующем:
-
-
Получены приоритетные данные о составе экстраклеточных, капсульных гликополимеров и О-антигенов H. seropedicae Z78 и H. lusitanum P6-12.
-
Впервые для типового штамма H. seropedicae Z78 установлен состав повторяющихся звеньев О-специфической части липополисахарида внешней мембраны, имеющих нетипичные для грамотрицательных бактерий составляющие - ^-ацетил-Б-глюкозамин и неуглеводный заместитель - глицерин. Необходимо отметить, что подобные компоненты часто встречаются в структуре тейхоевых кислот грамположительных (Наумова с соавт., 1987; Varbanets et al., 1990; Стрешинская с соавт., 1998) бактерий и крайне редко обнаруживаются у грамотрицательных представителей.
-
С применением поликлональных кроличьих и фаговых мини-антител впервые получены сведения об антигенных свойствах гликополимеров H. seropedicae Z78 и
H. lusitanum P6-12.
Научно-практическая значимость. Данные о составе и структуре мембранных, экстраклеточных и капсульных гликополимеров Herbaspirillum необходимы для понимания механизмов индукции и развития их биологического действия при формировании симбиоза с растениями. Они также могут служить основой внутривидовых классификационных схем этих бактерий.
Препараты полисахаридов Herbaspirillum, а также фаговые мини-антитела к ним применяются при проведении плановых НИР сотрудниками лаборатории биохимии и иммунохимии ИБФРМ РАН. Полученные антитела планируется использовать для дальнейшего серологического анализа коллекционных культур Herbaspirillum, а также вновь изолированных из природной среды микроорганизмов.
Результаты диссертационной работы использованы при подготовке курсовых и дипломных работ студентами биологического факультета СГУ.
Апробация работы. Материалы исследований, изложенные в диссертации, были представлены на 4-ой Международной конференции молодых ученых «Биология - от молекулы до биосферы» (Харьков, Украина, 2009); на Всероссийском с международным участием симпозиуме «Современные проблемы физиологии, экологии и биотехнологии микроорганизмов» (Москва, Россия, 2009); на 5-ой Межрегиональной конференции молодых ученых «Стратегия взаимодействия микроорганизмов и растений с окружающей средой» (Саратов, Россия, 2010); на 1-ой Общероссийской электронной научной конференции «Актуальные вопросы современной науки и образования» (Красноярск, Россия, 2010); на 14-ой международной Пущинской школе-конференции молодых ученых «Биология - Наука XXI века» (Пущино, Россия, 2010); на Международной научной студенческой конференции «Студент и научно-технический прогресс» (Новосибирск, Россия, 2010); на 3-ем и 4-ом Всероссийских с международным участием конгрессах студентов и аспирантов-биологов «Симбиоз-Россия 2010, 2011» (Нижний Новгород, Воронеж, Россия, 2010, 2011); на 5-ой школе-симпозиуме «Адаптация к климатическим изменениям в регионе Балтийского моря: вклад биотехнологии растений и микроорганизмов» (Миккели, Финляндия, 2010); на 4-ой Всероссийской школе- конференции «Химия и биохимия углеводов» (Саратов, Россия, 2011); на 1-ой Всероссийской с международным участием школе-конференции молодых ученых «Современные проблемы микробиологии, иммунологии и биотехнологии» (Пермь, Россия, 2011); на 24-ой зимней молодежной научной школе «Перспективные направления физико- химической биотехнологии» (Москва, Россия, 2012).
Доклад «Химическая и иммунохимическая характеристика мембранных, капсульных и экстраклеточных гликополимеров Herbaspirillum seropedicae Z78», представленный на 3- ем Всероссийском с международным участием конгрессе студентов и аспирантов- биологов «Симбиоз-Россия 2010» (Нижний Новгород, Россия, 2010) был удостоен диплома первой степени.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 работ, в том числе 5 статей в журналах рекомендованных ВАК РФ для опубликования основных научных результатов диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук.
Работа выполнена в лаборатории биохимии ИБФРМ РАН в соответствии с плановыми темами: «Биополимеры и низкомолекулярные соединения во взаимодействии растений и микроорганизмов», «Структурно-функциональные особенности поверхностных гликополимеров ризобактерий» (№№ гос. рег. 01200904391, 01200403358, научный руководитель - зав. лаб. засл. деятель науки РФ, д.б.н. проф. Игнатов В.В.).
Работа поддержана грантом Российского фонда фундаментальных исследований в 2011 - 2013 гг. «Исследование строения и свойств липополисахаридов ризобактерий в связи с существованием в различных экологических нишах» № 11-04-00533, а также грантом Президента РФ на поддержку молодых российских ученых и ведущих научных школ НШ- 3171.2008.4 в 2008 - 2009 гг.
Ряд работ выполнен совместно с сотрудниками лаборатории химии углеводов ИОХ РАН имени Н.Д. Зелинского (г. Москва).
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, изложения полученных результатов и их обсуждения, заключения, выводов и списка цитируемой литературы, содержащего 332 источника, в том числе - 273 зарубежных. Работа изложена на 160 страницах машинописного текста, содержит 21 рисунок и 8 таблиц.
Похожие диссертации на Характеристика химического и антипенного составов гликополимеров поверхности бактерий Herbaspirillum Seropedicae z78 и Herbaspirillum lusitanum P6-12
-
