Введение к работе
Актуальность проблемы. В последние годы в связи с расширением исследований в области олеобиотехнологии и дефицитом растительных масел усилился интерес к изучению липидов микроорганизмов (в том числе мицелиальных грибов. Этому способствовали также исследования,показавшие,что липиды служат не только структурными и запасными соединениями,но выполняют такие важнейшие функции, как барьерная,участвуют в мембранном транспорте,в координировании контрольных механизмов /Weete,I980;Kpenc,I98I/,B передаче информации в качестве вторичных мессенджеров /Berridge, 1984;Рас-муссен,1989/,в термосенсорных реакциях /Roff ot al .,1984/ и в адаптации организмов к стрессовым воздействиям /Куликов и др., 1988; Хочачка,Сомеро,І988;Т1іотрбоп et al .,1989/.
Эти данные о функциональном значении липидов позволяют с новых позиций подойти к изучению процесса их свободнорадикального окисления (СРО) и роли антиоксидантов (АО) - важнейшего фактора, , определяющего интенсивность СРО. Удобную модель при проведении экспериментов представляют низшие эукариоты - мицелиальные грибы, способные быстро накапливать липидсодержащую биомассу на относительно простых средах и обладающие определенным сходством в составе мембранных липидов с высшими эукариотами.
К началу настоящих исследований влияние природных АО на ли-пидообразование грибов было ограничено единичными данными /Haley, Jack,1977/,а работы по изучению действия синтетических АО на рост, образование и состав липидов мицелиальных грибов полностью отсутствовали. Теоретическая и практическая важность исс.чсдрвашП в этом направлении диктовалась не только пироким использованием грибов в биотехнологии,но и особым интересом к АО как к соединениям, способным резко повышать устойчивость организмов к изменяіо'ірімся
- г -
факторам внешней среды,т.е. являющихся адаптогенами.В связи с этим в задачу исследования входило также изучение влияния такого распространенного экологического фактора,как температура,на состав и физико-химические свойства липидов в норме и при добавлении АО. Установленные в этом направлении закономерности,помимо выяснения роли АО,могли также дать новую информацию о биохимических механизмах адаптации мицелиальных грибов к стрессовым воздействиям.
Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы явилось изучение влияния природных и синтетических АО на рост,образование и состав липидов у представителей низших эукариотов - мицелиальных грибов в условиях роста при оптимальной (норма) и неоптимальных температурах (стресс).Исследования проводились с мукоровим грибом CunnLaghamella jjapoaica ,являющимся активным продуцентом липидов,способным накапливать до 40-5054 этих соединений от веса сухого мицелия. В связи с поставленной целью исследовали!
-
Изменение ряда физико-химических свойств липидов (антиокислительной активности (А0А),микровяэкости,степени ненасыщенности (СН), состава полярных и нейтральных липидов) в процессе роста C.japonica.
-
Влияние АО (природных и синтетических) на рост C.japoal-са , образование и состав липидов.
-
Влияние различных температур культивирования на важнейшие физико-химические свойства липидов,интенсивность некоторых метаболических процессов и ультраструктуру мицелия O.japonlca.
-
Действие АО в условиях стресса на образование биомассы и состав липидов C.Japoaica.
-
На основании полученных данных, а также результатов опытов с использованием ингибитора синтеза белка и соединений,изме-
нягощих текучесть липидного бислоя,обсудить функциональную роль липидов в биохимических механизмах адаптации С. japonica к стрессовым воздействиям и значение АО в этом процессе.
Научная новизна полученных результатов. Показано, что у C.japonica АОА полярных липидов - величина,отражающая содержание АО в мицелии - коррелирует с активностью ростовых процессов, интенсивностью липидообразования, определенным составом и микровязкостью липидов.
Природные и синтетические АО,введенные в среду выращивания C.japonica ,обладают общностью действия: в определенных условиях культивирования стимулируют рост мицелия, увеличивают ненасшцен-ность липидов,изменяют состав мембранных липидов в сторону увеличения содержания легкоокисляемых и более ненасыщенных фосфолипи-дов, в частности фосфатидилэтаноламина и фосфатидилсерина.
Изучение роста и липидообразования С.заропісав условиях стресса позволило высказать предположение о функционировании у грибов ряда адаптационных механизмов,способствующих поддержанию ' состояния энантиостаза. Это: изменение ненасыщенности и длины ацильных цепей мембранных липидов,модификации изомерного состава линолевой и линоленовой кислот,изменение состава фосфолипидов,соотношения стерины/эфиры стеринов и количества свободных жирных кислот. На основании опытов с циклогексимидом установлено,что при понижении температуры происходит индукция синтеза пальмитоолеил--КоА-десатуразы и изменяется активность десатураз,участвующих в дегидрировании жирных кислот семейства Cjg. Данные,полученные в опытах с 17р-эстрадиолдипропионатом и новокаином,позволяют высказать предположение,что индукция указанных контрольных механизмов у o.japonica регулируется модуляциями текучести липидной компоненты мембран.
- 4 -^гнкционирование этих термоадаптационных процессов в липид-ном бислое сопровождается характерными изменениями в ультраструктуре мицелия (в составе и морфологии клеточной стенки, липидных гранул и др.клеточных структур),а также в интенсивности ряда метаболических процессов (потреблении субстрата,образовании АТФ). Введение АО в условиях стресса показало,что эти соединения существенно влияют на состав мембранных липидов,увеличивают их СН за счет модификаций в уровне Cjg.j и Cjg.3 и способствуют росту мицелия после его адаптации.
Полученные результаты свидетельствуют о важной роли СРО в процессах роста и липидообраэования у мицелиальных грибов и дают новую информацию о механизме действия АО как адаптогенных мембра-нотропных соединениях.
Установленная выше способность АО влиять на состав липидов исследуемого гриба может найти практическое применение. Нами показана возможность использования липидов G.japonica при производстве косметических кремов с целью замены высокоолеинового оливкового масла (получен акт испытаний). При этом выход липидсодер-жащей биомассы с повышенным уровнем Cjg.j может быть увеличен введением АО при повышении температуры выращивания гриба.
Добавление АО и понижение температуры культивирования способствуют увеличению в составе липидов O.japonica содержания 3^-^18:3» необходимой для фармацевтической промышленности. В этих же условиях биомасса гриба обогащается высоконенасыщенными фосфо-липидами, которые необходимы при лечении ряда тяжелых наследственных заболеваний.
Источником для получения природных АО может служить культу-ральная жидкость после выращивания мицелиальных грибов,что представляет интерес при создании безотходных биотехнологий.
Апробация работы. Результаты исследований были доложены на конференции молодых ученых и специалистов НПО"Комплекс"(Москва, 1984);на УІІ съезде ВМО (Алма-Ата,1985);на Всесоюзном совещании . "Синтез и применение пищевых добавок"(Могилев,1985);на ІУ Всесоюзной Межуниверситетской конференции молодых ученых по"Биологии клетки"(Тбилиси,1985);на II и III. Всесоюзных конференциях"Биоан-тиоксидант"(Черноголовка,198б;Москва,1989);на конференциях молодых ученых биологического факультета МГУ (Москва,1986;1990); на Всесоюзном совещании"Химия запаха пищи" (Каунас,1987); на Всесоюзной конференции"Структурно-функциональная организация клеток микроорганизмов"(Пущино,1987); на Всесоюзной конференции"Антропогенная экология микромицетов,охрана окружающей среды и аспекты математического моделирования"(Киев,1990).Цикл работ по материалам диссертации отмечен премией на конкурсе научных работ Института микробиологии АН СССР (1985 г.).
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на страницах машинописного текста,содержит 13 таблиц и 48 рисунков.' Она состоит из введения,обзора литературы,описания объектов и методов исследования,экспериментальной части,обсуждения результатов,выводов.Список цитируемой литературы включает ^^наименований.