Введение к работе
Актуальность проблемы*
Изучение экстремальных' термофилов' интересно с точки зрения решения таких фундаментальных проблем, как термостаоилькость белков, нуклеиновых кислот и других Оиомолекул, а также с точки зрения потенциального использования в Оиотехнологии уникальных ферментов и метаболических процессов.
Экстремально-термофильные бактерии (в последнее время такие именуемые "пшертермофильными") - это микроорганизмы, имеющие оптимум роста при температуре выше 80 С и адаптированные к местообитаниям с экстремальной температурой, которые, как правило, связаны с зонами остаточной вулканической активности [Brook, 1986; stetter et ai, 1990]. В настоящее время насчитывается около 50 видов таких бактерий, большинство из которых отнесены к архебактериям.
Среди известных в настоящее время экстремально-термофильных анаэробных архебактерий, которые входят в состав микробных сообществ морских и нижних слоев континентальных гидротерм, особый инторес с точки зрения пищевых потребностей представляют серометаболизирующие гетеротрофные архебактерий родов ТЪегтососсиз, Ругососсиэ, Desulfurococcua, а также Staphylotherrmia тагігшз и штаммы ES-1 и ES-4. Представители данной группы экстремальных термофилов в начестве источника углерода и энергии используют Оэлково-пептидные субстраты - пептон, триптон, дрожжевой экстракт, казеин - и некоторые из них способны использовать полисахаридные субстраты - крахмал, пектин, гликоген, т.е. сиополимёры [stetter et ai, 1990]. Водород не используется в качества донора электронов данными организмами в отличие от Thermoprvteua tenax и Pyrobaculum lelandicttm и не стимулирует рост в отличие от Pyrodicthm аЬуззІ и Hyperthermia butyltcua. Представители рассматриваемой здесь группы микроорганизмов при росте . на высокомолекулярных субстратах -
полисахаридах и пептидах - синтезируют внеклеточные ферменты, в частности амилазы и щютеиназы, спосоошэ расщеплять эти соединения до мою- и олигомеров (Bragger et al, 1989; Klingeberg et al, 1991; Koch et al, 1991]. При этом в среде культивирования обнаруживаются продукты сбраживания Сахаров (Hg, С02. ацетат) и аминокислот (It,, ССЦ, ацетат, изобутират.изовалэраг ) (Bonoh-Osmoiovskaya, stetter, 1991? Stetter» .1990J. Однако, ыоно- и диеахариды, а также аминокислоты либо не используются 'этими организмами в. качестве единственного источника углерода и энергии, либо обеспечивают очень слабый рост (2-4 клеточные генерации) [Бонч-Осмоловская и др., 1988; Plala, Stetter, 1986; Pledger, Багозз, 1991]. С другой стороны, попытки культивировать эти микроорганизмы на средах с пептидами определенной структуры до настоящего времени были неудачными. Поэтому весьма актуальным представляется более детальное изучение возможности утилизации этими бактериями не только полимерных, но и мовомврных субстратов.
Цель работа. Целью наших исследовании Оыло выяснение способности архебактерий родов Thsrmcoccua, Deaul/urococcus и Pyrococcxia использовать аминокислоты, моно- и диеахариды, что позволяет уточнить их роль в микробном сообществе гидротерм. Задачи исследования.
1. Выяснить способность ряда представителей рассматриваемой
физиологической грушш архебактерий транспортировать в клетки
аминокислоты, моно- и дисахариди.
-
Изучить транспортные системы экстремальных термофилов.
-
Изучить способность к утилизации Сахаров и аминокислот. Научная новизна в практическая значимость. Впервые показано, что архебактерий родов Ругососаиа, ТПегтососсиа и 1)ези.1/игососсиа, которые в лабораторных условиях не растут на средах, содержащих в
качестве единственного источника углерода и энергии простые сахара (моно- и дисахариди) или свободные аминокислоты, способна поглощать из среды и аккумулировать в клетках аминокислоты, моно- и дисахариди. Величины скорости поглощения данных субстратов клетками изученных экстремально-термофильных анаэробных архебактерий шеют тот же порядок, что и соответствующие показатели для термофильных анаэробных эубактерйй. AnaeroceUum thermophlltm и dlctyoglcmcua turgldus, которые были использованы для сравнения Как бактерии, способные расти на средах с полисахаридами.или простыми сахарвми в качестве единственного источника углерода и энергия. Изучены некоторые характеристики транспорта серина у О.агщІаІуНсиз. Показана возможность метаболического превращения моно- и дисахаридов клетками D.cmylolytlcua. Выявлено, что условием утилизации Сахаров и аминокислот D.amylolyttctia является наличие относительно больших количеств пептона в среде. Выдвинуты гипотезы о роли пептона в утилизации аминокислот и Сахаров.
Апробация работ'. Материалы диссерташги долокены на совместном. заседании лаборатории микробной биогеохимии, лаборатории микробных сообществ и лаборатории микробной трансформации минералов. Отдельные материалы были представлены на конкурсе НИР ИНШ РАН. Публикации. По материалам диссертации опубликована I статья, и I статья сдана в печать.
Объем и структура работы. Диссертация изложена на /Л 0 страницах машинописного текста и ' состоит из разделов "Введение", "Обзор литературы", "Экспериментальная часть" (вкллчащего главы "Объекты и методы исследования", "Результаты и их обсуждение"), "Заключение","Выводы" и "Список литературы" (включающий 195 наименований), диссертация содержит 25 рисунков и 12 таблиц.