Диссертация (1091621), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Эти соединения представляютсобой молекулу трегалозы, этерифицированную остатками миколовыхкислот–трегалозомиколаты(рис.3). Трегалозомиколатыявляютсяосновными гликолипидами клеточных стенок патогенных бактерий M.tuberculosis.Эти соединения считают фактором токсичности и вирулентностимикобактерий (cord-factor) [52]. Позже трегалозомиколаты были выделенытакже из бактерий рода Rhodococcus [53]. Кречмер с соавторами [54]обнаружили6-монокориномиколаты,6,6’-диацилатыи6-ацилатытрегалозы в органических экстрактах R. erythropolis DSM43215. В рядеработ установлено, что бактерии R.
erythropolis способны синтезироватьтрегалозомономиколаты [54, 55], трегалозодимиколаты [24, 22, 56] итрегалозотримиколаты [57]. В работе [58] показано, что бактерии R.erythropolis S-1 при росте на эфире фталата способны продуцировать13трегалолипиды, в состав которых входят остатки среднецепочечных идлинноцепочечных насыщенных и ненасыщенных жирных кислот (С10–С22)иихгидроксипроизводные(10-метилгексадекановаяи10-метилоктадекановая кислоты), а также остатки миколовых кислот (С35–С40миколовых кислот).Рисунок 3.
Структуры основных трегалолипидов, продуцируемыхбактериями рода Rhodococcus.В зависимости от физиологии и условий культивирования родококкичасто продуцируют несколько типов биосурфактантов, типичнымипредставителями которых являются трегалолипиды различного строения[1, 59]. Кроме миколатов трегалозы родоккоки способны синтезироватьразличные неионгенные трегалолипиды, такие как моно-, ди-, тетра-,гекса- и октаацильные производные трегалозы [24, 54, 60] и анионныетрегалолипиды - сукцинилтрегалолипиды (рис.
3) [23, 25, 26, 53, 61-63][7].Трегалолипиды,какбиосурфактанты,привлекливниманиеисследователей только после изучения динамики роста актинобактерийArthrobacter paraffineus KI4303 на углеводородных субстратах [64]. В этойработе было показано, что в составе слоя эмульсии на поверхности14культуральной среды содержатся трегалолипиды с разными остаткамижирных кислот. Позже было показано, что микроорганизмы родаRhodococcus при росте на гидрофобных субстратах (пример на нгексадекане) продуцируют трегалолипиды в качестве биосурфактантов, ипрежде всего, сукцинилтрегалолипиды (табл.2) [23, 26, 61, 63].Таблица 2. Трегалолипиды, продуцируемые родококками при ростена гидрофобных субстратахШтаммR.erythropolisDSM 43215СубстратыБиосурфактантыИсточникC14–C15н- дикориномиколаты трегалозы;[53]алканыили монокориномиколатыкеросинтрегалозы (внеклеточные –70%)Rhodococcus H13- н-алканыи гликолипиды(эндои[60]Aжирные спирты экзотипа)R.erythropolisн-гексадекансукцинилтетраэфиры[23]MS11трегалозыR.wratislaviensisн-гексадекансукцинилтетраэфиры[63]BN38трегалозыR.
erythropolisRhodococcus SD74R.erythropolis 3C9R. erythropolis 51T7Rhodococcus sp.PML026R. opacus 1CPR.ruber Z25Вн-гексадеканн-гексадекансукцинилтрегалозасукцинилтрегалолипиды[61][26]н-гексадекантрегалолипиды[65]н-алканы(тетрадекан)подсолнечноемаслон-алканын-гексадекантетраэфиры трегалозы[25]трегалолипиды[27]трегалозодимиколатыгликолипиды[56][66]рядеработ[23,25,26,63,67-70]сукцинилтрегалолипидыобладаютхорошимиустановлено,поверхностнымичтоиэмульгирующими свойствами, в том числе низким значением критическойконстантымицеллообразования(ККМ),высокойбиологическойактивностью, биодеградабельностью, низкой токсичностью.
Они нашлиприменение в экобиотехнологии, в медико-биологических исследованиях,вкосметологии,впищевой15промышленности[71].Сукцинилтрегалолипиды играют важную роль в деградации углеводородовнефти [23].1.2.2ФизиологическаярольибиологическаяактивностьтрегалолипидовФункциитрегалолипидовзависятотихстроенияитипавзаимодействия с клетками бактерий. Бактерии способны продуцироватьвнеклеточные трегалолипиды (экзотип) и трегалолипиды, связанные склеточной стенкой бактерий (эндотип). Трегалозомиколаты, как правило,связаны с клеточной стенкой бактерий. Как уже отмечали выше, этисоединенияиграютMycobacteriumважнуюtuberculosisрольв(туберкулезнойфизиологиипалочки),микобактерийопределяяихпатогенность и токсичность. Они представляют собой трегалозо-6,6'димиколаты (ТДМ), которые являются наиболее распространеннымигрануломатогенными и токсичными гликолипидами (корд-фактор) вмембране вирулентных Mycobacterium tuberculosis, что делает бактерииустойчивыми к противотуберкулезным препаратам [72].
Димиколатытрегалозы оказывают ряд иммуномодулирующих эффектов [52]. Ониспособны стимулировать как гуморальный, так и адаптивный иммунитетклеток. В работах[73,74] было выявлено, что мыши, которыхинкубировали с ТДМ, приобрели высокую устойчивость к инфекциивирусом гриппа. Большинство функций ТДМ могут быть связаны с ихспособностью индуцировать широкий спектр хемокинов (MCP-1, MIP1альфа, IL-8) и цитокинов (например, IL-12, IFN-гамма, TNF-альфа, IL-4,IL-6,IL-10).ТДМвместетрегалозомономиколатомс(ТММ)арабиногалактаномобразуютмиколатовнеотъемлемуюичастьцитоскелета клеточной стенки микобактерий, что обеспечивает высокуюгидрофобность и кислотоустойчивость клеточной поверхности.16Трегалолипиды родококков не обладают патогенными свойствами.Это обусловлено различиями в структуре трегалолипидов микобактерий иактинобактерий, к которым относятся родококки. Актинобактерии, какправило, продуцируют тетраэфиры трегалозы, в состав которых входятостатки среднецепочечных жирных кислот и остаток янтарной кислоты –сукцинилтрегалолипиды.
Тем не менее, трегалолипиды, продуцируемыеродококками,могутпроявлятьбиологическуюактивность.Так,трегалолипиды штамма R.erythropolis DSMZ 43215 не ингибировали ростграмотрицательных микроорганизмов и дрожжей, но подавляли ростконидий гриба Glomerella cingulata [75]. Изучение биологическойактивноститрегалолипидовродококков,проводимыенамоделяхфосфолипидных мембран, позволили описать молекулярные механизмывзаимодействиймеждумембранамииэтимисоединениями[76].Взаимодействия между трегалолипидом и фосфатидилхолином приводилок изменению стабильности бислоя, что указывает на способностьтрегалолипидов изменять проницаемость фосфолипидных мембран. Вработе [77] изучали влияние очищенного трегалолипида, продуцируемогобактериями Rhodococcus sp., на термотропные и структурные свойствамембран на основе фосфатидилэтаноламинов, содержащих остаткижирных кислот различной длины и насыщенности.
Было обнаружено, чтотрегалолипиды влияют на фазу перехода фосфатидилэтаноламиногобиослоя от геля к прозрачной жидкости, что приводит мембрану всостояние геля при более низкой температуре. Подобные результаты былиполученыприизучениивлияниятрегалолипидовнафосфатидилсериновую мембрану [78]. Авторы работы [68] предложилимеханизм мембранной пермеабилизации, в которой трегалолипидывключаются в мембраны фосфатидилхолина и образуют латеральныедомены, которые могут образовывать дефекты мембраны или «поры». Врезультате изучения гемолитической активности сукцинилтрегалолипидов,17продуцируемых бактериями Rhodococcus sp., обнаружена способность этихсоединений вызывать гемолиз эритроцитов человека путем коллоидноосмотического механизма, скорее всего, за счет образования областейусиленнойпроницаемости,или«пор»,обогащенныхсукцинилтрегалолипидами в мембране эритроцитов [68].Однако, в некоторых исследованиях у родококков обнаруженытрегалозомиколаты [24, 58, 64].
Так, в работе [23] авторы отмечают, чтотолько около 10% трегалозодимикалатов выделялось в культуральнуюсреду бактериями R.erythropolis, а остальные были связаны с клеточнойстенкойбактерий,чтоиобуславливаловысокуюгидрофобностьповерхности клеток.Следует отметить, что, большинство исследователей все-такисчитаютсукцинилтрегалолипидытипичнымитрегалолипидамиактинобактерий, в том числе родококков.
Синтез трегалолипидов уактинобактерий часто связан с ассимиляцией гидрофобных субстратов. Врядеработ[79-81]представленырезультатыизученияролитрегалолипидов, как биосурфактантов в биодеградации гидрофобныхсубстратов бактериями. Показано, что продукция трегалолипидныхбиосурфактантов тесно связана с поверхностными свойствами клетокбактерий-деструкторов.способствуютБиосурфактанты,увеличениюгидрофобностисвязанныеклеточнойсклетками,поверхности,обеспечивая прямой контакт между клетками и каплями гидрофобныхсубстратов [82].
Это согласуется с данными Тулевой с соавт. о спонтанномприсоединениинараннейэкспоненциальнойфазероставысокогидрофобной клеточной поверхности бактерий R. wratislaviensis иMicrococcus luteus к поверхности гидрофобного субстрата [63, 83]. Ростмикроорганизмов ограничивался разделом фаз углеводород-вода, чтоподтверждало высокую аффинность клеток к гидрофобному субстрату.Микроорганизмы могут использовать продуцируемые ими биоПАВ для18регулирования свойств клеточной поверхности, чтобы присоединяться илиотделятьсяотгидрофобнымсубстратамилиповерхностяхпринеобходимости [14]. Показано, что клетки Gordonia обладали высокойгидрофобностью клеточной поверхности на ранней экспоненциальнойфазе роста и оставались прикрепленными к крупным каплям гидрофобногосубстрата, поэтому поглощения субстрата осуществлялось клетками засчет прямого контакта [84].
Во время поздней экспоненциальной фазыростаклеткистановилисьгидрофильными,степеньадгезиикуглеводородам уменьшилась. Авторы предположили, что это привело кизменению механизма, посредством которого достигалась доступностьгидрофобного субстрата для бактерий Gordonia во время роста. Оказалось,что бактерии выделяют биоэмульгаторы в культуральную среду, чтопозволяет гидрофильным клеткам присоединяться к гидрофильномунаружному слою капель псевдосолюбилизированных углеводородов.Таким образом, трегалолипиды родококков могут выполнять важныефункции в ходе адаптации бактерий к росту на гидрофобных субстратах,главным образом, за счет поверхностной и эмульгирующей активности.Для микроорганизмов, способных утилизировать гидрофобныесубстраты, характерны три основных способа поглощения углеводородов[86]:- формирование в клеточной стенке липофильных каналов,заполненных гидрофобным веществом и обладающих высоким сродствомк углеводородам;- выделение в среду биоПАВ, которые могут эмульгировать исолюбилизируют углеводороды в водной фазе;-образованиегидрофобнойклеточнойстенкинаосновелипофильных соединений, что обеспечивает прямой контакт клеток скаплями углеводородов.19Поглощение псевдосолюбилизированных углеводородовПоглощение гидрофобных соединений в виде солюбилизированныхкапелейраспространеносредимикроорганизмов-деструкторовгидрофобных соединений.
Продуцирование биосурфактантов приводит кувеличениюпсевдорастворимостигидрофобныхвеществзасчетобразования эмульсии. Ли с соавторами [86] предложили, что поглощениеалканов клетками происходит в виде мицелл. Согласно данной модели,молекулы биоПАВ образовали мицеллы с углеводородами (рис. 4).Рисунок 4. Схема поглощения гидрофобного субстрата бактериями в видемицелл.Напервомэтапесвободныеплавающиемицеллыссолюбилизированной каплей углеводородов собираются вблизи клетки,после этого происходит процесс обмен между этими мицеллами иформируемым вокруг клетки гемимицеллярным слоем биосурфактанта.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
