Введение к работе
Актуальность проблемы
Загрязнение воздушного бассейна отходами химических, нефтехимических и металлургических предприятий ставит серьезные экологические проблемы. По существующим оценкам суммарный выброс окиси углерода в атмосферу составляет 1,4 109 тонн/год (Williams, et al, 1987). . СО является сильным дыхательным ядом, блокирующим терминальный участок дыхательной цепи у организмов различных уровней организации. Вместе с тем, известны микроорганизмы, окисляющие СО при использовании кислорода в качестве акцептора электронов (Cypionka, Meyer. 1983, Diekert, 1986, Волова, 1988).
Среди анаэробов способность расти в атмосфере СО обнаружена у представителей метаногенньгх, ацетогенных, фототрофных и сульфатредуцирующих бактерий (Daniels, et al., 1977, Diekert, et al., 1978. Davidova et al., 1994). Последние благодаря высокой метаболической изменчивости и строгой регуляции обменных процессов привлекают все большее внимание ученых. Биохимической основой устойчивости этой группы бактерий к окиси углерода является наличие у них активной СО-дегидрогеназы, а также гидрогеназ, различающихся по своей чувствительности к СО (Berlier et al., 1987, Diekert, 1994).
Сульфатредуцирующие бактерии обладают сложной энергозапасающей системой: у них обнаружены цитохромы с-типа, а также явление электрон-транспортного фосфорилирования, сопряженное с окислением органических субстратов и молекулярного водорода, получены доказательства существования обратимой АТФ-азы, а также данные о том, что цитсплазматическая мембрана функционирует по хемиосмотическому принципу (Peck, Lissolo, 1988). Однако в литературе отсутствуют данные о влиянии окиси углерода на энергетический обмен этих бактерий.
Принцип биохимического единства позволяет на примере микроорганизмов изучать основные особенности ответной реакции живой клетки на воздействие ингибиторов, которые в низких концентрациях являются наиболее эффективными регуляторами метаболизма (Звягильская. 1978, 1981). Сульфатредуцирующие бактерии могут явиться удобной моделью для выяснения механизмов устойчивости к окиси углерода, а изучение особенностей энергетического обмена в атмосфере СО позволит выявить тонкие механизмы регуляции внутриклеточных процессов, направленных на сохранение жизнеспособности.
Цель и задачи исследования
Целью настоящей работы является изучение влияния окиси углерода на энергетический стагус бактерий штамма D.desulfuricans В-1388. В соответствии с основной целью работы были поставлены следующие задачи:
-
Определить основные параметры роста бактерий D.desulfuricans В-1388 на лактатно-сульфатной среде в атмосфере 100%Аг или смеси: 5%СО+95%Аг.
-
Исследовать влияние окиси углерода на энергетические параметры и нуклеотидчый фонд клеток.
-
Исследовать влияние окиси углерода на цитохромный состав клеток.
4. Изучить устойчивость D.desulfuricans В-1388 к окиси углерода в
зависимости от исходного энергетического статуса клеток.
Научная новизна
Установлено, что введение окиси углерода в концентрации 5% в
аргоновую газовую фазу культуры D.desulfuricans В-1388, растущей на
лактатно-сульфатной среде, вызывает у бактерий состояние
неспецифического стресса и приводит к увеличению знергетігческих затрат на поддержание жизнедеятельности.
Изучен нуклеотидный состав сульфатредуцирующих бакгерий штамма Desulfovibrio desulfuricans В-1388. Показано, что внутриклеточное содержание пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов, а также восстановленных никотинамидадениндинуклеотидов зависит от фазы роста бактерий и условий культивирования.
Впервые установлено, что основной ответной реакцией
сульфатредуцирующих бактерий на культивирование в присутствии окиси углерода является образование в клетках избытка восстановленных пиридиннуклеотидов (НАД(Ф)Н) и увеличение продукции цитохромов с-типа.
Показано, что устойчивость D.desulfuricans В-1388 к окиси углерода в значительной степени определяется энергетическим зарядом аденилатной системы, выполняющим регуляторную функцию в метаболизме бактерий. Наблюдаемые изменения являются частью адаптационных процессов, происходящих в клетках в атмосфере дыхательного яда и направленных на сохранение жизнеспособности. Научно-практическая значимость
Полученные результаты расширяют представления о механизмах устойчивости сульфатредуцирующих бактерий к действию стрессоров и могут быть использованы при разработке оптимальных условий их культивирования с целью окисления/восстановления окиси углерода в
практике.
Апробация работы
Основные положения диссертационной работы доложены на 17 конференции молодых ученых биофака МГУ (Москва, 1986). Республиканской конференции молодых ученых-химиков (Таллин, 1987), Всесоюзной конференции "Лимитирование и ингибирование роста микроорганизмов" (Пущино, 1989), на 6 научной конференции молодых ученых КИБ (Казань, 1990), на конференции "Новые направления биотехнологии" (Пущино, 1990), итоговых научных конференциях КИБ РАН (Казань, 1993,1995,1996), Международной конференции Европейских стран "ЕВЕС96" (Бельгия, 1996), на 2 съезде Биохимического общества РАН (Москва, 1997), на 11 Всероссийской конференции «Ферменты микроорганизмов» (Казань, 1998г). Публикации
По теме диссертации опубликовано 9 статей и 10 тезисов. Структура диссертации
Диссертация, изложенная на 103 страницах машинописного текста, состоит из введения, обзора литературы, описания объектов и методов исследований, изложения результатов, их обсуждения, выводов и списка цитируемой литературы. Работа иллюстрирована 22 рисунками и 10 таблицами. Список литературы содержит 213 работ.