Введение к работе
Актуальность темы. Известно, что любой высший организм представляет систему ниш для обширного микробного сообщества (Тец, 2003). Растения не являются исключением, более того, как и другие высшие многоклеточные организмы, они не способны выжить в их отсутствие (Nogueira et al., 2001).
Различают эпифитные, ризосферные и эндофитные микроорганизмы. Из них наименее изученными являются эндофиты, локализованные во внутренних тканях растения-хозяина. Многие эндофиты выступают в роли мутуалистов или патогенов. Однако большая часть эндофитных бактерий относится к группе так называемых ассоциативных микроорганизмов (Бухарин и др., 2007). Она включает виды, не являющиеся необходимыми для растений, но способствующие их адаптации к различным условиям окружающей среды, усиливая фотосинтез и продуктивность, устойчивость к действию фитопатогенов и др.
Установлено, что некоторые эндофитные бактерии, относятся к условно-патогенным для человека видам - Klebsiella pneumoniae (Iniguez et al., 2004), Enterobacter cloacae, Enterobacter aerogenes (Zinniel et al., 2002), Serratia marcescens (Gyaneshwar et al., 2001), Burkholderia cepacia (Parke, Gurian-Sherman, 2001), разные виды Pseudomonas (Rahme et al., 1997; Plotnikova et. al., 2000). Исследованиями последних лет доказано присутствие в растительных тканях бактерий, патогенных для человека - Listeria monocytogenes (Gorski et al., 2003), Campylobacter jejuni (Brandl et al., 2004), Salmonella enterica (Franz et al., 2007), Escherichia coli (Wachtel et al., 2002; Bernstein et al., 2007). Были показаны их локализация в тканях разных видов растений (Burnett et al., 2000), влияние физико-химических факторов среды обитания на жизнедеятельность этой группы бактерий, сохранение их патогенного потенциала (Tyler, Triplett, 2008). Расшифрованы вспышки инфекций, вызванных употреблением в пищу необработанных продуктов питания растительного происхождения (Brandl, 2006). Ведутся работы по изучению влияния разных методов дезинфекции растительного сырья на состав и количество эндофитных патогенов человека. Однако, до сих пор остаются неизученными многие вопросы, касающиеся проникновения и накопления этих бактерий в растении, влияния факторов среды, ответных реакций растительного организма при взаимодействии с патогенными и условно-патогенными микроорганизмами и др.
Изучение ответных реакций растений обусловливает необходимость установления закономерностей циркуляции условно-патогенных микроорганизмов в окружающей среде и выявления новых источников заражения человека. При этом взаимодействие растений с нефитопатогенными бактериями практически не изучено, как правило, оно не укладывается в рамки известных в фи-тоиммунологии совместимых или несовместимых взаимодействий, поэтому знания, полученные в этой области, помогут лучше понять механизмы защит-
ных реакций растения при контакте с микроорганизмами, обитающими в их тканях.
Цель и задачи исследования. Целью представляемой работы было изучение ответных реакций растений при взаимодействии с условно-патогенной Escherichia coli.
Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:
Оценить влияние условно-патогенной Escherichia coli на прорастание семян разных видов культурных растений.
На модели картофеля in vitro изучить динамику распространения условно-патогенной Escherichia coli по тканям растения и сравнить ее с таковой фитопатогена Clavibacter michiganensis ssp. sepedonicus.
Выявить ответные реакции растений на контаминацию Escherichia coli (изменение активности НАДФН-оксидазы, пероксидазы, генерации АФК).
Определить развитие реакции сверхчувствительности растений табака при инокуляции условно-патогенной Escherichia coli на фоне системной приобретенной устойчивости, вызванной Clavibacter michiganensis ssp. sepedonicus.
Научная новизна. В результате проведенной работы с помощью микробиологических и биохимических методов установлено, что условно-патогенные для человека бактерии, в частности Escherichia coli, наряду с тем, что колонизуют растения сельскохозяйственного назначения, способны сохраняться в них при последующем вегетативном размножении. Впервые было показано, что Escherichia coli индуцирует у растений разных видов системную активацию компонентов НАДФН-оксидазного сигнального пути: увеличение общей активности пероксидаз, НАДФН-оксидазы, уровня генерации активных форм кислорода. На растениях табака было выявлено, что на фоне системной приобретенной устойчивости, индуцируемой фитопатогеном Clavibacter michiganensis ssp. sepedonicus, инокуляция Escherichia coli вызывает развитие реакции сверхчувствительности. Все это свидетельствует о том, что растения не являются пассивным резервуаром для условно-патогенной микрофлоры, в частности Escherichia coli, их взаимодействие с этим микроорганизмом носит активный характер.
Теоретическая и практическая значимость работы. Полученные данные вносят вклад в понимание механизмов взаимодействия патогенов человека и растений. Результаты работы могут иметь практическую значимость для контроля биобезопасности продуктов питания в решении проблемы по сокращению риска возникновения заболеваний, связанных с употреблением продуктов питания растительного происхождения.
Связь с научными программами. Работа выполнена по программе фундаментальных исследований РАН приоритетеного направления 6.7. в рамках проекта 6.7.1.5. - Взаимодействие растений и микроорганизмов при действии биотических и абиотических стрессоров; молекулярные основы фитопато-
генеза; защитно-регуляторные механизмы при развитии бобово-ризобиального симбиоза, выполняемого в период с 2006 по 2009 гг. № гос.рег. 01.2.007 07209.
Публикации и апробация работы. По материалам диссертации опубликовано 17 работ, в том числе 3 статьи в российских рецензируемых журналах. Результаты исследования были представлены на региональной научно-практической конференции «Пищевые технологии, качество и безопасность продуктов питания» (Иркутск, 2006), Всероссийской молодежной научно-практической конференции «Пищевые технологии, качество и безопасность продуктов питания» (Иркутск, 2007), научно-практической конференции «Роль сельскохозяйственной науки в развитии АПК Приангарья» (Иркутск, 2007), Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы Права, Экономики и Управления» (Иркутск, 2007, 2008), 2-ом межрегиональном семинаре «Организация санитарно-эпидемиологического мониторинга за острыми кишечными инфекциями» (Иркутск, 2008), II Всероссийской научно-практической конференции «Развитие физико-химической биологии и биотехнологии на современном этапе» (Иркутск, 2008), Всероссийской научной конференции «Устойчивость организмов к неблагоприятным факторам внешней среды» (Иркутск, 2007, 2009), региональном «Микробиологическом обществе» (Иркутск, 2010).
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 143 страницах машинописного текста, состоит из введения, обзора литературы, методической части, результатов исследования и их обсуждения, заключения, выводов и списка цитируемой литературы. Работа включает 7 таблиц и 35 рисунков. Список литературы состоит из 271 источников, в том числе 179 зарубежных авторов.
