Влияние наноалмазов на рост строго анаэробных бактерий и их чувствительность к антибиотическому действию белков параспоральных кристаллов Bacillus thuringiensisтезисы доклада
Аннотация:Наноалмазы (НА) находят всё большее применение во многих отраслях, в том числе
– в медицине и биологии. Каждая частица НА – это надмолекула с монокристаллическим
алмазным ядром, окружённым покровом из функциональных групп (окси-, карбокси-, карбонильных и др.), которые в значительной степени определяют свойства НА. Эти группы - неотъемлемая часть надмолекул НА разных типов, и особенно – ультрадисперсных НА детонационного синтеза (УДА), высокоэффективных антиоксидантов, иммобилизаторов, сорбентов.
Мы исследовали влияние УДА на рост строго анаэробных бактерий – мезофильного Clostridium acetobutylicum шт.MSUMD7 и термофильной Moorella thermoautotrophica шт.DSMZ1974, которых выращивали при 37 0 и 58 0С, соответственно, применяя модифицированную технику Хангейта. УДА добавляли в начале роста культур или после нескольких часов их экспоненциального роста, до концентрации в среде 14 – 96 мкг/мл. Использовали суспензии УДА исходные (УДАI) и обработанные HNO3 конц. (УДАII). Сканирующая электронная микроскопия (СЭМ) этих суспензий показала наличие в них агрегатов различной величины, в случае УДАII часть их составляли особо крупные (до нескольких десятков мкм). Добавление к растущей в течение 3 ч культуре C. acetobutylicum суспензий УДАI и УДАII привело к увеличению значений биомассы через сутки на 30% и 15% по сравнению с контролем, соответственно. Следовательно, эффект более мелких УДАI примерно вдвое выше, чем УДАII. После добавления к растущей в течение 16 ч M. thermoautotrophica УДАII скорость роста в первые 2 часа после этого возросла в 1,25 раза. К концу культивирования биомасса опытной и контрольной культур различалась незначительно. Следовательно, добавление УДА к активно растущим культурам увеличивало скорость их
роста. Добавление УДАII в начале культивирования обоих видов исследованных бактерий
также увеличивало скорость роста биомассы, особенно в первые 2–5ч культивирования,
при этом конечные значения биомассы в опыте обычно не превышали контрольных, а
иногда даже были меньше их на 20–30%. Особо интересным представляется изучение влияния УДА на проявление антибактериальной активности белков параспоральных кристаллов энтомопатогенной
бактерии B. thuringiensis. Cry-белки, образующие эти кристаллы, являются не только
высокоспецифичными токсинами ряда беспозвоночных, но и оказывают антимикробное
действие. Эти белки полифункциональны, механизм их активности уникален и
различается в зависимости от клеток-мишеней. Основной эффект действия Cry-белков на
такие клетки – мембранотропный. В состав кристаллов некоторых подвидов B.
thuringiensis входят и неспецифические цитолитические Cyt-белки, также нарушающие
проницаемость цитоплазматических мембран (ЦМ), но посредством отличающегося
механизма. Антибактериальная активность белков кристаллов включает и стадию
взаимодействия с клеточными стенками чувствительных бактерий, приводящую к
разрушению этих стенок. В опытах показано увеличение активности Cry-белков благодаря
специфическому взаимодействию с клеточными стенками чувствительных бактерий.
Неспецифическое же взаимодействие с УДА не оказывало подобного влияния на
активность белков кристаллов, а ослабляло последнюю.
Субингибиторные концентрации Cry11A, Cyt1A подавляли рост M. thermoautotrophica. При этом интенсивность выделения газов (Н2 , СО2) в первые 2–5 ч
роста в пересчёте на единицу биомассы возрастала в 2–3 раза, что может
свидетельствовать об увеличении проницаемости ЦМ и об изменении метаболизма. При
добавлении УДАII к среде с белками кристаллов ингибиторный эффект этих белков на рост биомассы незначительно усиливался только в течение первых 2-х часов, а затем
сводился к нулю. Интенсивность газовыделения была слабее, чем при добавлении к среде
только белков кристаллов. В присутствии УДАII усиливался рост биомассы в первые часы
развития культуры C. acetobutylicum и немного возрастал антимикробный эффект Cyt1A.
При дальнейшем культивировании биомасса росла более интенсивно, а проявление
антибактериальной активности Cyt1A значительно ослабевало. СЭМ показала, что клетки
C. acetobutylicum, растущие в присутствии УДАI, в основном находятся в питательной
среде, а лизирующиеся при добавлении к этой среде Cry11A и Cyt1A в значительной
степени осаждаются на поверхности УДАI.
Изучение влияния НА на развитие бактерий, проявление биологической активности
белков и других соединений открывает новые возможности сравнительного
моделирования взаимодействий компонентов живой и неживой природы в биосфере, а
также перспективно при разработках с целью использования экстремофильных
микроорганизмов в биотехнологии.