Введение к работе
Актуальность темы
Лектины представляют собой углеводсвязывающие белки, способные участвовать во многих внутриклеточных метаболических процессах растений, животных, микроорганизмов. Ни один биологический процесс в клетке не может обойтись без механизмов «персональной идентификации» молекул. Центральные, ключевые процессы, такие как репликация, транскрипция, трансляция, тоже целиком основаны на взаимном узнавании молекул и молекулярных комплексов. Несмотря на эту всепроникающую и всеобъемлющую значимость процессов молекулярного «узнавания», многие его аспекты по-прежнему остаются неясными, гипотетическими. Это относится и к работе огромного класса белковых молекул, способных обратимо и избирательно связывать разнообразные углеводы (Шакирова, Безрукова, 2007), которые называют лектинами.
Наименее изученными среди лектинов различного происхождения являются лектины бактерий. К настоящему времени известно достаточно микроорганизмов, способных синтезировать лектины разнообразной углеводной специфичности (, 1987; Лахтин, 1986; Карпунина, Никитина, Трихачева, 1989; Никитина, Итальянская, Карпунина, 1989; Коваленко, 1990; Карпунина, 2002; Sharon, 2007 и др.). Среди бактериальных лектинов наиболее хорошо исследована биологическая активность лектинов патогенных бактерий (Jacewiez et al., 1986; Adam et al., 1997; Тихомирова и др., 2003). Несмотря на имеющиеся публикации в отношении лектинов непатогенных бактерий (Никитина и др., 2002; Абросимова, Новоселова, Мухачева, 2002; Мухачева, 2004; Неверова и др., 2006; Горельникова, 2006; Неверова и др., 2007), их биологическая активность и роль в живых организмах не является до конца изученной.
Для возможности практического применения лектинов непатогенных бактерий в качестве диагностических или лечебных препаратов в медико-биологических исследованиях и ветеринарии, необходимы более глубокие знания об их биологической активности и влиянии на живой организм. Поэтому исследования в этой области являются актуальными и имеют научное и практическое значение.
Цель работы состояла в изучении биологической активности лектина Л Paenibacillus polymyxa 1460 in vitro и в организме животных: его влияния на некоторые показатели метаболизма и кишечную микрофлору животных в норме и в условиях стресса; оценке токсических, бактерицидных, фунгицидных и ранозаживляющих свойств.
Задачи исследования:
-
Исследовать токсичность лектина ЛII P.polymyxa 1460 на биотест-объектах Colpoda steinii.
-
Оценить влияние лектина ЛII P.polymyxa 1460 на морфо-функциональное состояние органов лабораторных белых мышей.
-
Определить воздействие лектина ЛII P.polymyxa 1460 in vivo на активность глутатион-S-трансферазы, аланин- и аспартатаминотрансферазы, на концентрацию церулоплазмина в эритроцитах и сыворотке крови крыс в норме и в условиях принудительного неизбегаемого плавания.
-
Изучить воздействие лектина ЛII P.polymyxa 1460 in vivo на некоторые показатели азотистого, липидного (концентрацию мочевины и холестерина) и углеводного (концентрацию глюкозы) обменов у крыс в норме и в условиях принудительного неизбегаемого плавания.
-
Выявить влияние лектина ЛII P.polymyxa 1460 на микрофлору толстого кишечника крыс в норме и при различных видах стресса (иммобилизационный, холодовой и этаноловый).
-
Исследовать бактерицидные, фунгицидные и ранозаживляющие свойства лектина ЛII P.polymyxa 1460.
Научная новизна
Получены новые данные, характеризующие биологическую активность лектина ЛII P.polymyxa 1460 in vitro и in vivo. Изучено его влияние на метаболические процессы и кишечную микрофлору в организме животных в норме и в условиях стресса. Впервые показано, что предварительное введение лектина в организм экспериментальных животных в условиях принудительного плавания как стресс-фактора, увеличивает их выносливость в два раза. Установлено, что лектин ЛII в условиях патологических нарушений в организме, вызванных стрессированием плаванием, нормализует активность глутатион-S-трансферазы и аланинаминотрансферазы, снижает активность аспартатаминотрансферазы и содержание мочевины в сыворотке крови крыс. Выявлено, что лектин ЛII P.polymyxa 1460 способен стимулировать рост некоторых молочнокислых бактерий и подавлять рост энтеропатогенной кишечной палочки и стафилококков в толстом кишечнике при холодовом, этаноловом и иммобилизационном стрессах.
Впервые проведена оценка токсических, бактерицидных, фунгицидных и ранозаживляющих свойств лектина ЛII P.polymyxa 1460. На биотест-объектах C.steinii и лабораторных белых мышах показано отсутствие его токсичности в концентрациях от 410-4 до 4 мкг/мл. В условиях in vitro показаны бактерицидные свойства лектина ЛII в тех же концентрациях в отношении Escherichia coli 01, Staphylococcus aureus 209-P, Pseudomonas aeruginosa АТСС 27533 и фунгицидные в отношении Candida albicans 130. Установлена способность лектина бацилл и экзополисахаридных гелей с его добавлением влиять на заживление ранений резаного типа у крыс.
Практическая значимость
Выявленные свойства лектина ЛII активизировать некоторые процессы метаболизма, способствуя тем самым устойчивости животных к стрессовым воздействиям, проявлять бактерицидные, фунгицидные, ранозаживляющие и тканепротекторные свойства, открывают перспективы возможного применения данного биологически активного вещества в медико-биологических исследованиях и ветеринарной практике.
По материалам диссертационной работы опубликованы методические рекомендации «Изучение влияния лектина бацилл на активность глутатион-S-трансферазы эритроцитов крови крыс при стрессе» (в соавторстве с Н.Н. Неверовой, Л.В. Карпуниной и М.Д. Сметаниной, 2008) для практических занятий студентов старших курсов, а также для работы аспирантов и научных работников, специализирующихся в области микробиологии, биохимии, физиологии человека и животных, рекомендованные Учебно-методической комиссией и одобренные Ученым советом ветеринарного факультета Саратовского государственного аграрного университета им. Н.И. Вавилова (протокол № 42 от 3 апреля 2008 г.). Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе при чтении лекций по микробиологии и написании дипломных работ в Саратовском государственном университете им. Н.Г. Чернышевского и в Саратовском государственном аграрном университете им. Н.И. Вавилова.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Лектин ЛII P.polymyxa 1460 не является токсичным, не изменяет активность, характер передвижения инфузорий и их внешний вид в концентрациях 410-4, 410-3, 410-2, 410-1 мкг/мл, а в концентрации 4 мкг/мл увеличивает двигательную активность C.steinii, не влияя на другие показатели.
-
Введение лектина бацилл ЛII в дозе 0,2 мкг/животное не оказывает негативного влияния на морфо-функциональное состояние органов лабораторных белых мышей, активирует функции гепатоцитов и тканей головного мозга, стимулирует сперматогенез у самцов по результатам гистологических исследований.
-
Лектин ЛII P.polymyxa 1460 регулирует метаболические процессы в организме экспериментальных животных, нормализуя активность глутатион-S-трансферазы и аланинаминотрансферазы, понижая активность аспартатаминотрансферазы и содержание мочевины в сыворотке крови в условиях патологических нарушений в организме, вызванных стрессированием плаванием.
-
Лектин ЛII P.polymyxa 1460 стимулирует рост некоторых молочнокислых бактерий и подавляет рост энтеропатогенной кишечной палочки и стафилококков в толстом кишечнике в условиях холодового, этанолового и иммобилизационного стрессов.
-
Лектин ЛII в различных концентрациях, в том числе и в чрезвычайно низких (410-4 мкг/мл), способен проявлять in vitro бактерицидные и фунгицидные свойства в отношении E.coli 01, S.aureus 209-P, P.aeruginosa АТСС 27533 и C.albicans 130.
-
Лектин ЛII в составе некоторых экзополисахаридных гелей в концентрации 4 мкг/мл способствует более быстрому заживлению ранений резаного типа у экспериментальных животных.
Работа выполнена на кафедре микробиологии, вирусологии и иммунологии ФГОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова» в рамках научно-исследовательской темы: «Изучение биологически активных веществ (лектинов) в регуляции метаболизма растений и животных» и при частичной поддержке грантом CRDF (CR-006-x1).
Апробация работы
Материалы диссертации были представлены на: III Международной школе-конференции «Актуальные аспекты микробиологии» (Москва, 2007); региональных конференциях молодых ученых «Вавиловские чтения –2007, 2008» (Саратов, 2007; 2008); всероссийской научно-практической конференции, посвященной 90-летию факультета (института) ветеринарной медицины (Саратов, 2009); VI межрегиональной конференции молодых ученых «Стратегия взаимодействия микроорганизмов и растений с окружающей средой» (Саратов, ИБФРМ РАН, 2008).
Публикации
По теме диссертации опубликовано 9 работ, из них 1 статья в журнале, рекомендованном ВАК РФ.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, двух глав: обзора литературы и экспериментальной части, включающей объект и методы исследований, результаты исследований и их обсуждение, а также заключения, выводов и списка использованных литературных источников. Работа изложена на 143 страницах, содержит 18 таблиц и 6 рисунков. Список использованных литературных источников включает 329 наименований, в том числе 211 зарубежных.
