Диссертация (1154512), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Связывание ГАМК со специфическимитрансмембранными структурами (пре- или постсинаптически) приводит кизменениютрансмембранногопотенциала,гиперполяризациимембранынейрона и остановке нервного импульса.ГАМК-рецепторы у человека делят на два класса: ГАМКА (Mehta andTicku, 1999; Bettler et al., 2004) являются ионотропными рецепторами ипредставляютсобойпентамернымитрансмембранныерецепторами,состоящими из 5 субъединиц, расположенных вокруг канала, который29открывается при связывнии с лигандом. На сегодняшний день известны 19генов, кодирующих 7 субъединиц ГАМКА рецепторов: α (альфа), β (бета), γ(гамма), δ (дельта), ε (эпсилон), π (пи), θ (тета), andρ (ро).
В мозгеэкспрессируются в основном ГАМКА рецепторы (Bowery et al, 1987.). ГАМКБявляются связанными с белками метаботропными рецепторами, или Gсвязанными белками (Barnard et al., 1998; Bormann, 2000; Bowery et al., 2002).ГАМКБ рецепторы являются гетеродимерами. Сегодня известны два типа этихрецепторов ГАМКB1 и ГАМКB2.ГАМК рецепторы есть практически во всех органах, они широкопредставлены в кишечнике на поверхности нейронов энтеральной системы (вжелудке, в тонком и толстом кишечнике) и на поверхности иммунных клеток Т-клеток, макрофагов и дендритных клеток (Schousboe et al., 2007). Вероятно,ГАМК является регулятором моторной и секретрной активностей в ЖКТ(Auteri et al., 2015). Есть свидетельства, что ГАМК является посредникоммежду нервной и иммунной системами; Действие ГАМК на иммунные клеткизаключается в подавлении синтеза провоспалительных интерлейкинов иусилении синтеза противоспалительных интерлейкинов (Shiratsushi et al., 2009;Fuks et al., 2012; Soltani et al., 2011; Bjurstom et al., 2008).1.3.3 Функции ГАМК в нервной системе человека и её связь сзаболеваниямиГАМК обладает гипотензивным, диуретическим и анксиолитическимдействием в организме млекопитающих (Jacobs et al., 1993; Wong et al., 2003).ГАМК используется в лечении бессонницы, депрессии и вегетативныхнарушений нервной системы (Okada et al., 2000.), а также для стимуляциииммунных клеток, так как она обладает иммуномодулирующими свойствами(Auteri et al., 2015).
Есть данные, что ГАМК стимулирует синтез инсулинаподжелудочной железой (Adeghate et al., 2002).30Нарушения в гамкергической системе передачи сигналов приводит квисочной эпилепсии, болезни Паркинсона, болезни Хантингтона, тревожностии депрессии (Kleppner and Tobin, 2001). Так как ГАМК является тормознымнейромедиатором, недостаток ГАМК в мозге приводит к эпилепсии(судорожные приступы) (Snodgass, 1992). Небольшое снижение ГАМК, какправило, ведёт к повышению встревожности у человека (Kalueff et al., 2007).Повышение уровня ГАМК ведёт к седативному, анксиолитическому иантиэпилептическому эффекту (Kalueff et al., 2007). Антидепрессанты в основекоторых лежат бензодиазепины, как раз увеличивают афинность между ГАМКи её рецепторами, что приводит к успокоительному эффекту (Gielen et al.,2012).1.3.4 Синтез ГАМК микроорганизмамиГАМКобразуетсяврезультатенеобратимойреакцииальфа-декарбоксилирования L-глютаминовой кислоты с помощью пиридоксаль-5фосфат зависимого фермента (PLP) глутаматдекарбоксилазы (GAD).
Первыеупоминания в литературе о способности микроорганизмов превращать одниаминокислоты в другие встречаются в работах (Ellinger 1900, Abderhalden et al.1913, and Ackermann 1910). В них было показано, что, если смешать смесьразных культур микроорганизмов с аминокислотами, в среде появляются новыеаминокислоты. В этих опытах ещё не были известны ни механизмы, ниферменты, ни микроорганизмы, участвующие в этой реакции. В более позднихработах использовали чистые культуры микроорганизмов, выделенные изкишечника, и идентифицировали аминокислоты, образуемые отдельнымимикроорганизмами (Berthelot and Bertrand 1911, 1912, Sasaki 1914; Arai, 1921).Способностью к синтезу ГАМК обладает много видов бактерий(например, Esherichia coli, Streptococcus salivarius, Listeria monocytogenes,Corynebacterium glutamicum и др.), в частности лактобатерии (Lactobacillusplantarum, Lactobacillus brevis, L.rhamnosus, Lactococcus lactis, Lactobacillus31futsaii, Lactobacillus sakei, Lactobacillus buchneri, Lactobacillus paracasei,Lactobacillus reuteri, Bifidobacterium dentium, Bifidobacterium adolescentis,Bifidobacterium infantis, Enterococccus avium, Enterococcus faeciumи др.) идрожжи (Monascus purpureus, Rhizopus microsporus, Pichia anomala, Aspergillusoryzae и др.) (Karatzas et al., 2010; Okai et al., 2014; Su et al., 2011; Divyashri etal., 2015; wang et al., 2003; Guo et al., 2011; Kim et al., 2015).Таблица 5.
Количество ГАМК синтезируемой штаммами бактерий и грибов.ШтаммRhizopus microsporus var.oligosporus IFO 32002;Rhizopus microsporus var.oligosporus IFO 32003Streptococcus salivariussubsq. Thermophilus Y2Lactobacillus plantarumDSM19463; Lactobacillusplantarum Taj-Apis 362Lactobacillus brevisDPC6108; Lactobacillusbrevis NCL912;Lactobacillus brevis K203Lactobacillus rhamnosusYS9Lactobacillus sakei A156Lactobacillus buchneri MS;Lactobacillus buchneriWPZ001Lactobacillus paracaseiNFRI7415Bifidobacterium dentiumDPC6333, Bifidobacteriumdentium NFBC2243Bifidobacterium infantisUCC35624Bifidobacterium adolescentisDPC6044Lactococcus lactisB;Lactococcus lactis subsq.Lactis Accession No.JN618456)Enterococccus avium G-15Продукция ГАМК (г/л)Ссылка17,4 ; 15(Aoki et al., 2003)7,9(Yang et al., 2008)0,5; 1,16(Di Cagno et al., 2010;Tajabadi et al., 2015)32; 35,6; 44,4(Barrett et al., 2012; Li etal., 2010a; Binh et al., 2014)19,28(Lin , 2013)15,81(Sa et al., 2015)25,88; 129(Cho et al., 2007; Zhao etal., 2015)0,52(Komatsukazi et al., 2005,2008)8,62;12,485,68(Barrett et al., 2012)3,171,1; 3,68(Bhanwar et al., 2013; Lu etal., 2008)115(Tamura et al., 2010)32Эта способность значительно варьирует между видами и штаммамибактерий (табл.5).
Найдены штаммы, способные синтезировать ГАМК вколичествах, превышающих 100 г/л (например, L.buchneri WPZ001). Такиештаммы используются в пищевой промышленности для получения ГАМК иобогощения ГАМК пищевых продуктов. Однако, подобные штаммы, как мыполагаем, не стоит использовать в качестве пробиотиков так как могутнарушить метаболический баланс в кишечнике.В литературе описан ряд способов увеличения количества синтезируемойГАМК: например, увеличение количества предшественника глутамата до 5 %приводило к увеличению синтеза ГАМК штаммом Lactobacillus brevis DPC6108в 3 раза.
Для бифидобактерий максимальное количества ГАМК былодостигнуто при 3% предшественника (Barrett et al., 2012). Другие факторы,такие как концентрация мальтозы, дрожжевого экстракта, NaCl, CaCl2, Tween икофактора PLP, исходный pH среды и температура влияют на синтез ГАМК идля получения макисмального количества ГАМК, требуется оптимизация этихусловий (Binh et al., 2014).Клонирование генов глютаматдекарбоксилазы (gad), определяющихсинтез ГАМК и увеличение числа их копий в клетке также увеличивалопродукцию ГАМК.
В работе (Park and Oh, 2006) клонирование гена gad изштамма L.brevis OPK-3 в штамм Bacillus subtilis приводило к увеличениюсинтеза ГАМК. Клонирование генов gad1 и gad2 из штамма L.brevis Lb85 вштамм Corynebacterium glutamicum также приводило к увеличению синтезаГАМК в два раза (Shi et al., 2013). В другой работе клонирование гена gadB изштамма Lactococcus lactis в штамм E.coli позволило получить наиболееэффективныйГАМК-продуцирующийштамм;среднееколичествосинтезированной ГАМК составило 614,15 г/л (Ke et al., 2016). Также былклонирован ген gad из штамма L.plantarum GB01-21, после того как егоподвергали искусственному мутагенезу и сверхэкспрессирован в штамме E.coliBL21.
Максимальное количество синтезированной рекомбинантным штаммом33E.coli ГАМК составило 204,5 г/л, что превысило количество синтезированнойГАМК штаммом L.plantarum GB01-21 в 3,24 раза (Tian et al., 2012).За последние 10 лет было опубликовано около 70 работ, посвящённыхизучению синтеза ГАМК у бактерий. 53 из них направлены на изучениеспособности к синтезу ГАМК у молочнокислых бактерий, в частности улактобацилл, выделенных из овощей, фруктов и сыров. Такие штаммыиспользуются для получения продуктов питания, обогащённых ГАМК, иобладают рядом полезных свойств для организма.Но способность к синтезу ГАМК лактобациллами и бифидобактериями,выделеннми из кишечника людей, остаётся мало изученной.1.3.5 Характеристика генов и белков, обусловливающих синтез ГАМКБлагодаря работам (Gale, 1940, 1947) стало известно о специфическойактивности различных декарбоксилаз в отношении аминокислот. В 1946 былипредприняты первые попытки выделения фермента GAD (Gale et al., 1946),которые были продолжены (Najaar et al, 1953).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
