Введение к работе
Актуальность темы. Среди самых распространенных биополимеров в природе особое место занимают полисахариды (гликаны) различного происхождения: животного, растительного, микробного (Zhang, Bishop, Kupferle, 1998; Flemming, Wingender, 2001). Данные биополимеры многообразны по строению, локализации в клетках, по своим физико-химическим и биологическим свойствам. Особенно разнообразны полисахариды, синтезируемые микроорганизмами. Микробные экзополисахариды являются объектом интенсивных исследований вследствие их важного значения в строении и метаболизме микроорганизмов. К настоящему времени известно достаточно много микроорганизмов, способных продуцировать экзополисахариды. Среди бактериальных экзополисахаридов значительное внимание уделяется экзополисахаридам молочнокислых бактерий (Sandford, Cottrell, Pettitt, 1984; Sikkema, Oba, 1998; Degeest, Vaningelgem, Vuyst, 2001; Korakli et al., 2001; Bergmaier, Champagne, Lacroix, 2003; Champagne, Gardner, Lacroix, 2007; Полукаров, 2009 и др.). В то же время роль их в живых организмах не является до конца известной. Для обоснования применения экзополисахаридов молочнокислых бактерий в медико-биологической практике, ветеринарии, пищевой промышленности необходимы знания об их биологической активности. В связи с этим исследования, посвященные изучению биологической активности экзополисахаридов молочнокислых бактерий рода Lactobacillus различных штаммов, являются актуальными и могут иметь значительный научный интерес и прикладное значение.
Цель работы – характеристика биологической активности экзополисахаридов молочнокислых бактерий рода Lactobacillus – лаксаранов 1596, 1936, Z и обоснование их практического применения.
Задачи исследований:
1. Оценить токсичность экзополисахаридов L. delbrueckii subsp. delbrueckii B-1596 (лаксаран 1596), L. delbrueckii B-1936 (лаксаран 1936) и L. delbrueckii ssp. bulgaricus (лаксаран Z) на биотест-объектах Colpoda steinii.
2. Выявить влияние лаксаранов 1596, 1936 и Z на микрофлору толстого кишечника крыс в норме и при различных видах стресса (иммобилизационный, холодовой и этаноловый).
3. Оценить влияние лаксаранов 1596, 1936 и Z на фагоцитарную активность макрофагов белых мышей при фагоцитозе S. aureus 209-P.
4. Исследовать продукцию цитокинов альвеолярными и перитонеальными макрофагами экспериментальных животных в процессе фагоцитоза in vitro S. aureus 209-Р на фоне действия in vivo лаксаранов 1596, 1936 и Z.
5. Оценить ранозаживляющие свойства лаксаранов 1596, 1936, Z и пленок, созданных на их основе.
6. Исследовать антимикробную активность лаксаранов 1596, 1936 и Z в отношении некоторой сапрофитной микрофлоры (Escherichia coli 01, Staphylococcus aureus 209-P, Pseudomonas aeruginosa АТСС 27533, Candida albicans 130).
7. Изучить влияние добавок лаксаранов 1596, 1936 и Z на структурно-механические, физико-химические, микробиологические и органолептические свойства сыровяленой колбасы «Русич».
Научная новизна. Впервые проведено комплексное исследование биологической активности экзополисахаридов L. delbrueckii subsp. delbrueckii B-1596 (лаксаран 1596), L. delbrueckii B-1936 (лаксаран 1936) и L. delbrueckii ssp. bulgaricus (лаксаран Z). На биотест-объектах C.steinii показано отсутствие их токсичности в концентрации 0, 06 г/кг. Установлена способность лаксаранов 1596, 1936, Z нормализовать кишечную микрофлору в условиях стресса; стимулировать рост некоторых молочнокислых бактерий и подавлять рост энтеропатогенной кишечной палочки и стафилококков в толстом кишечнике при иммобилизационном, холодовом и этаноловом стрессах. Впервые показано in vitro, что введение лаксаранов 1596, 1936, Z in vivo в организм мышей способствует увеличению числа активных макрофагов и завершению процесса фагоцитоза. Введение лаксаранов 1596, 1936 и Z в организм мышей стимулирует синтез провоспалительных цитокинов в разное время процесса фагоцитоза S. aureus 209-P (30 мин, 1 ч, 6 ч). Выявлена способность лаксаранов ускорять заживление ранений резаного типа у крыс. В условиях in vitro исследована антимикробная активность лаксаранов 1596, 1936, Z в отношении некоторой сапрофитной микрофлоры (Escherichia coli 01, Staphylococcus aureus 209-P, Pseudomonas aeruginosa АТСС 27533, Candida albicans 130). Показано, что лаксараны 1596, 1936, Z в количестве 0,06 г на 1 кг сырья улучшают структурно-механические, физико-химические, микробиологические и органолептические свойства сыровяленой колбасы.
Практическая значимость. Выявленная способность нетоксичных экзополисахаридов L. delbrueckii subsp. delbrueckii B-1596 (лаксаран 1596), L. delbrueckii B-1936 (лаксаран 1936) и L. delbrueckii ssp. bulgaricus (лаксаран Z) стимулировать рост некоторых молочнокислых бактерий и подавлять рост энтеропатогенной кишечной палочки и стафилококков в толстом кишечнике при иммобилизационном, холодовом и этаноловом стрессах, регулировать активность факторов естественной резистентности, ускорять заживление ранений, оказывать антимикробную активность, открывает перспективы их использования в экспериментальной биологии, фармацевтической и ветеринарной практике. Способность лаксаранов улучшать структурно-механические, физико-химические, микробиологические и органолептические свойства сыровяленых колбас, открывает возможность их использования в пищевой промышленности. Проведены эксперименты по изготовлению сыровяленых колбас с использованием лаксаранов 1596, 1936, Z в учебно-научном производственном цехе-лаборатории мяса и мясных продуктов СГАУ им. Н.И. Вавилова, что подтверждено актом производственных испытаний. Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе при чтении лекций по микробиологии в ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова».
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Экзополисахариды L. delbrueckii subsp. delbrueckii B-1596, L. delbrueckii B-1936 и L. delbrueckii ssp. bulgaricus не являются токсичными в концентрации 0,06 г/кг.
2. Экзополисахариды L. delbrueckii subsp. delbrueckii B-1596, L. delbrueckii B-1936 и L. delbrueckii ssp. bulgaricus стимулируют рост некоторых молочнокислых бактерий и подавляют количество энтеропатогенной кишечной палочки и стафилококков в толстом кишечнике в условиях иммобилизационного, холодового, этанолового стрессов.
3. Экзополисахариды L. delbrueckii subsp. delbrueckii B-1596, L. delbrueckii В-1936 и L. delbrueckii ssp. bulgaricus в концентрации 0,006 г/мл, стимулируют фагоцитарную активность макрофагов белых мышей и влияют на продукцию основных провоспалительных цитокинов ИЛ-1 и ФНО- перитонеальными и альвеолярными макрофагами, способствуя активации факторов естественной резистентности.
4. Экзополисахариды L. delbrueckii subsp. delbrueckii B-1596, L. delbrueckii В-1936 и L. delbrueckii ssp. bulgaricus приводят к более быстрому заживлению ранений резаного типа у экспериментальных животных (крыс), в большей степени лаксаран Z; проявляют in vitro антимикробную активность в отношении некоторой сапрофитной микрофлоры (E. coli 01, S. aureus 209-P, P. aeruginosa АТСС 27533 и C. albicans 130).
5. Экзополисахариды L. delbrueckii subsp. delbrueckii B-1596, L. delbrueckii В-1936 и L. delbrueckii ssp. bulgaricus при добавлении в рецептуру сыровяленых колбас (0,06 г на 1 кг сырья) улучшают их структурно-механические, физико-химические, микробиологические и органолептические свойства.
Работа выполнена на кафедре микробиологии вирусологии и иммунологии ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова» в рамках научно-исследовательской темы: «Роль биологически активных веществ (лектины, экзополисахариды) в регуляции метаболизма про- и эукариот».
Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на: Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 90-летию факультета (института) ветеринарной медицины (Саратов, 2009); Международной научно-практической конференции «Вавиловские чтения – 2009» (Саратов, 2009); профессорско-преподавательской конференции по итогам научно-исследовательской работы (Саратов, 2011); научной Международной конференции «Приоритетные направления развития науки, технологий и техники» (Шарм – Эль – Шейх, 2009); V общероссийской научной конференции «Актуальные вопросы науки и образования» (Москва, 2009); научной Международной конференции «Фундаментальные и прикладные исследования» (Рио-де-Жанейро, 2009); IV Всероссийской школе-конференции «Химия и биохимия углеводов» (Саратов, 2011); Научно-практическом семинаре с международным участием «Настоящее и будущее биотехнологии в решении проблем экологии, медицины, сельского, лесного хозяйства и промышленности» (Ульяновск, 2011); Всероссийском симпозиуме с международным участием «Биологически активные вещества микроорганизмов: прошлое, настоящее, будущее» (Москва, 2011); конференции профессорско-преподавательского состава и аспирантов по итогам научно-исследовательской, учебно-методической и воспитательной работы (Саратов, 2012).
Личный вклад соискателя состоит в подготовке и проведении экспериментальных исследований на всех этапах диссертационной работы, интерпретации полученных результатов, участии в подготовке публикаций.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 работ, из них 4 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, двух глав: обзора литературы и собственных исследований, включающей объект и методы исследований, результаты исследований и их обсуждение, а также заключения, выводов и списка используемых литературных источников и приложений. Работа изложена на 136 страницах, содержит 22 таблиц, 17 рисунков. Список использованных литературных источников включает 185 наименований, в том числе 82 зарубежных.
Похожие диссертации на Характеристика биологической активности экзополисахаридов бактерий рода Lactobacillus и перспективы их использования
