Введение к работе
Актуальность проблемы. Исследование внеклеточных полисахаридов бактерий в настоящее время приобретает комплексный характер, так как включает в себя их изучение в микробиологическом, химическом, физико-химическом и практическом С биотехнологическом и 'ледико-фармацевтическом ) аспектах. Яти соединения обладают широким разнообразием строения и, соответственно, свойств. Поиск новых продуцентов экзополисахаридов углубляет знание о разнообразии Зактерий, приводит v открытию новых, ранее неизвестных структур.
Внеклеточные полисахариды бактерчй ценны для практического ио-тользования благодаря коллоидным и клеящим свойствам, способности эбразовывать пленки и гели, изменять реологические свойства жидкостей. Эти полимеры используются в пищевой, текстильной, фармацевтической, косметической проміліїленности ( суспендирующие агенты, загустители, гелеобразущиз агенты ) , в медицине (как физиологи-гескл активные вещества )., в металлургии (очистка, разделение, концентрация металлов ) , при добыте нефти (вторичная добыча из ютощенных пластов и смазка для буров ), в строительстве .(повыше-ше адгезивных свойств'цемента ), в лабораторной практико (полу-гение сорбентов ) и других областях (Sandford, 1979» Sutherland Г979 і Блинов, 1982 ).
Научный и практический интерес представляет вопрос о биологи-іеских функциях бактериальных экзополисахаридов. Для некоторых бак-'ерий показано их участие в защите и питании клеточ, а также в іроцессах адгезии и биологического "узнавания" при взаимодействии і другими биомолекулами. Однако для большинства микроорганизмов дологическая роль их экзополисахаридов находится на уровне пред-:олояений.
К настоящему времени накоплено много сведений об экзогликанах яда бактерий, в основном - патогенных п симоиогических. Сапротроф-ые бактерии в этом плане изучены недостаточно, хотя некоторые из них
являются активными продуцентами внеклеточных полисахаридов. Так, свободнокивущие азотфиксаторы, в частности, представители рода Azo-tobacter , являются классическим примером бактерий, образующих экзогликаны. Тем не менее структура и свойства акзополисахі ридов у азотобактеров исследованы мало.
Значительные количества внеклеточных полисахаридов образует и другая группа почвенных микроорганизмов - .сапротрофные микобакте-рии. Установлена структура и изучены некоторые особенности образования внеклеточного полисахарида Mycobacterium lacticolum 121 ( Гоголева и др., 1976; Kochetkov et ai., 1979). Однако почти ничего не известно о свойствах и функциях этого полимера.
Химически близкие экзогликаны могут образовывать не только родственные бактерии, но и представители эволюционно отдаленных групп, имеющие сходные условия существования. Представлялось важным установить, насколько структура внеклеточных полисахаридов определяет их свойства и функции для различных в систематическом ' "плане микроорганизмов.
Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы было обнаружение активных продуцентов вкзополисахаридов, имещих научный и практический интерес, среди бактерий рода Aaotobacter , а также сравнительное изучение свойств внеклеточных полисахаридов Aaotobacter и сапротрофных микобактерий.
В соответствии с поставленной целью определены следующие задача:
провести поиск активных продуцентов вкзополисахаридов ореда бактерій рода Aaotobacter |
установить отруктуру экзополисахаридов выбранного организма;
изучить закономерности образования этого полимера;
исследовать в сравнительном плане свойства этого полисахарида и экзополисахарида м.lacticolum 121;
- выяснить возможные функции исслєдуемкх' экзополисахарвдов.
Научная новизна и значимость результатов. Обнаружено, что A.beijerinckil штамм В-І6І5 образует значительное количество (около I г/л ) внеклеточных полисахаридов. Экзополисахаряды A.beijerinckil представлены совокупностью двух кислых полимеров і соотношении 9 : Г. Установлена структура основного полисахарида .beijerinokii. Такой полимер обнаружен впервые. Минорный экзопо-исахарид A.beijerinckil и экзополисахарцды исследованных штаммов . chroococcvan аналогичны бактериальному альгинату, то есть пока-іано, что бактериальный альгинат специфичен не только для .vineiandli как считалось ранее, но и для других представителей кзда Azotobacter.
Показано, что экзополисахарцды филогенетически отдаленных бак-ерий A.beijerinckil и M.lnoticolum 121, обладающие сходной струк-урой (они являются линейными кислыми гетерсгликгчгами ) , прояв-яют и сходные свойства. Обе бактерии принадлежат к микроорганизмам, образующим внеклеточные полисахариды преимущественно -во время ктивного роста. Экзополисахарида A.beijerinekli г M.lacticolun бразутот растворы с высокой вязкостью. Реологические свойства раст-оров полисахаридов существенно зависят от ионного состава системы, го свидетельствует о нестабильности конформации этих полимеров, эдификация структуры основного полисахарида A.beijerinokii пока-зла, что его высокая вязкость определяется наличием пируват-кеталь-и заместителей, а растворимость в присутствии солей кальция - на-ичием 0--ацетильных групп.
Подобраны методики, позволяише установить прямое влияние зкзо-элисахаридов на свойства клеток продуцентов. Установлено, что капельные ЭКЗОГЛИкани A.beijerinckil д M.lacticolun увеличивают юсобность клеток к гидрофильной адгезии, а их свободные экзополи-їхариди защищают клетки от действия ионов тяжелых металлов (меди)
' в цитоцидной концентрации.
Практическая ценность. Показано, что внеклеточные полисахарид A.botjerinckii и u.iaoticoiwn перспективны для.практического, использования, поскольку кинематическая вязкость их 0,1 % растворов (10,5 и 9,7 сСт соответственно )'почти в двя раза превышает таковуь у классического высоковязкого экзополисахарида ксантана ( 5,8 сСт ). Установленные закономерности образования нсследуемю: полимеров позволяют оптимизировать процесс выращивания бактерий с целью повышения выхода этих продуктов.
На примере u.iacticoium установленб, что одной из причин уменьшения количества экзополисахарида при хемостатном культивиро вании является диссоциация штамма-продуцента. Учет этого явления при промышленном получении полисахаридов позволит избежать снижения выхода продукта. Образование полисахаридов A.beijerinckli пр хемостатком культивировании остается стабильным в течение длитель ного времени, что позволяет рекомендовать этот метод для'промните ного получения названных полимеров.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы были доложены на XX Всесоюзной научной конференции молодых ученых "Проблемы современной биологии" (24-28 апр. 1989 г., г.Москва ) и на II Всесоюзном семинаре 'Химия и биохимия углеводов клеточной поверхности микроорганизмов" (9-13 сект. 1991 г., г. Саратов).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 работы.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литератури, экспериментальной части, обсуждения результатов исследований и выводов. Работа изложена на 150 страни цах машинописи,, иллюстрирована 12 таблицами и 18 рисунками. Список цитируемой литературы включает 189 работ, из них 37 на рус- ском языке.