Пігментосинтезувальна активність бактеріальних та дріжджових клітин за дії важких металів

Продигіозин - один з декількох вторинних бактеріальних метаболітів у якому метоксибіпірольний фрагмент включений у дипірометиленову структуру. Дослідження впливу концентраційного ряду іонів металів на інтенсивність кольору пігменту у мікроорганізмів.

Рубрика Биология и естествознание
Вид статья
Язык украинский
Дата добавления 19.09.2017
Размер файла 327,4 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Здатність до утворення пігментів у мікроорганізмів детермінована генетично і тому може використовуватися як ідентифікаційна ознака.

Продигіозин - один із кількох вторинних бактеріальних метаболітів, що мають незвичайну структуру, у якій метоксибіпірольний фрагмент включений у дипірометиленову структуру. Результати багатьох експериментів показують, що продигіозин діє як аутоокиснений акцептор, тим самим підтверджується його можлива участь у диханні мікроорганізмів. В утворенні продигіозину беруть участь амінокислоти. Припускають, що накопичення амінокислот у середовищі в період стаціонарної фази призводить до більш швидкої появи літичних процесів. Це припущення підтверджує спостереження, що пігментований штам має більш пізній автолітичний процес, ніж безпігментний. Утворення пігменту в цьому випадку можна розглядати як адаптивний процес, викликаний зміною фізіологічного стану клітини. Інша точка зору відносно біологічного значення пірилдіпірилметенових пігментів заснована на їх здатності пригнічувати в лабораторних умовах ріст мікроорганізмів. Великий інтерес становить спостереження, що екзогенний продигіозин є потужним сенсибілізатором для деяких мікроорганізмів.

Піоцианін, який входить до класу феназинових пігментів, являє собою антибіотик бактерій виду Pseudomonas aeruginosa; активний проти всіх грампозитивних бактерій. Механізм утворення феназинового кільця піоцианіну все ще не з'ясований, хоча це питання вивчали кілька груп учених. Ранні досліди Blackwood і Naish на зростаючих культурах Pseudomonas aeruginosa показали, що гліцерин або діоксиацетон є кращими попередниками, ніж глюкоза, ацетат або фенілаланін. Ці дані дозволяють припустити, що піоцианін синтезується з проміжної сполуки, яка містить три вуглецеві атоми. Феназини, що синтезуються одним видом, можуть впливати на інші види та їхні тканини, причому цей вплив здійснюється різними шляхами. Вони одні з найперших бактеріальних продуктів, для яких була показана антибіотична активність проти інших мікроорганізмів. Бактеріостатичні властивості іодиніну та піоцианіну сьогодні вивчені детально. Є дані, що феназини володіють канцеростатичною активністю.

Іншою групою пігментів мікроорганізмів є каротиноїди, які належать до групи природних пігментів, забарвлених у жовтий, помаранчевий та червоний кольори. Специфічною ознакою каротиноїдів є наявність хромофора, що складається із низки кон'югованих подвійних зв'язків, кількість яких визначає характер забарвлення пігменту. Вони синтезуються рослинами, найпростішими, грибами та бактеріями.

Каротиноїдам притаманна антиоксидантна, протипухлинна та імуностимулювальна активності, а Я-каротин є провітаміном жиророзчинного вітаміну групи А. З огляду на це, каротиноїди зазвичай використовуються у виробництві кормів для тваринництва, харчовій та фармацевтичній промисловості, косметології як природні барвники або харчові добавки.

Відомо, що каротиноїди, які входять до складу вегетативних клітин Bacillus, мають жовте забарвлення, а пігменти спор - помаранчеве. Така здатність бактерій роду Bacillus може бути використана для створення біосенсорів. Проте слід зазначити, що прокаріоти та одноклітинні еукаріоти є найменш вивченими з точки зору організмів-сигналізаторів забруднень. На сьогодні новим напрямком досліджень у біоіндикації є використання пігментосинтезувальних бактерій як біоіндикаторів. Мікроорганізми найбільш чутливо реагують на зміни складу середовища та здатні швидко оновлювати біомасу, цим пояснюються переваги їх застосування в біоіндикаційних дослідженнях. Однак клітина прокаріот відрізняється від еукаріотичної клітини не тільки відсутністю ядра і багатьох органоїдів, але й спрощенням розмноження та особливостями дихання і харчування.

Дріжджі роду Rhodotorula культивували на твердому поживному середовищі Сабуро (бактерії - на МПА). У розплавлені середовища попередньо вносили солі ВМ (у перерахунку на катіон). Засівали мікроорганізми суцільним газоном методом Дригальського. Щільність суспензії становила 107 кл/см3. Культивування проводили в термостаті. Дріжджі та бактерії Serratia marcescens культивували за температури 28-29 0С, Pseudomonas aeruginosa - за 37 0С.

Облік результатів засівання бактерій на МПА з металами проводили візуально на 2 добу культивування (Ag+ - на 5 добу), дріжджів (та бактерій на середовищі МПА з сульфатом і хлоридом міді) - на 3 добу культивування, порівнюючи дослідні зразки з контролем. Для розрахунку різниці в інтенсивності кольору пігменту (dE) між дослідними чашками та контролем дріжджові колонії фотографували, розміщали фотографії в комп'ютерну програму Adobe Photoshop. Потім визначали показники каналів кольорової моделі (Lab) і в програмі CIEDE 2000 розраховували різницю в інтенсивності кольору пігменту. Статистичну обробку проводили за допомогою комп'ютерних програм «Microsoft Office Excel 2007» і «Statistica 10».

Серед пігментів можуть зустрічатися представники різних класів речовин: каротиноїди, феназинові барвники, піроли, азахінони, антоціани тощо, які здатні виконувати певні функції в клітині (табл. 1).

Дослідження показали, що концентраційні інтервали (КІ) між втратою пігменту та блокуванням росту простежувалися в дріжджових клітин і були в межах від 25 до 90% . Для бактерій S. marcescens КІ були лише для хлориду та сульфату цинку - 16,7 та 20% , відповідно (табл. 2). Дріжджові клітини виявилися дещо чутливішими за бактеріальні щодо дії на них більшої частини важких металів (табл. 3). Концентрації, з яких починалося блокування синтезу пігменту в Rh. aurantiaca Y-1193, були набагато меншими, ніж у бактерій S. marcescens MP-141 (для біхромату калію, нітрату нікелю, хлориду кадмію, хлориду міді, хлориду та сульфату цинку в 3,5, 3, 2, 1,3, 1,25, 4 рази меншими, відповідно). Проте для сульфату міді та нітрату срібла, навпаки, концентрації, з яких блокувався синтез пігментів, були нижчими у А marcescens MP-141, ніж у дріжджів (у 2 та 3 рази, відповідно).

Таблиця 1 - Характеристика деяких груп пігментів мікроорганізмів

Ознака

Піролові похідні (продигіозин)

Феназинові пігменти (піоцианін, іодинін)

Каротиноїди

Попередники синтезу

Амінокислота пролін

Феназин-1,6-дикарбонова кислота

Фітоїн, фітофлюїн, лікопін

Смуги поглинання, нм

530-535 (у кислих розчинах), 460470 (у лужних умовах)

400-600

280-550

Оптимальні умови утворення пігментів

T, °С

28-30

37

28-30

pH

6,0-6,5

7,2

2-6

Речовини, необхідні для синтезу пігментів

Вітаміни (тіамін), аніони SO4 ", мікроелементи (Mg, Zn, Mn, Rb, Ca, Fe), амінокислоти (гліцин, аланін тощо)

Глюкоза, азот, фосфор; поживне середовище на основі бурякового відвару

Для дріжджів роду Rhodotorula: глюкоза;

вуглець та азот (у співвідношенні 40:1)

Розчинність у воді

Не розчинні

Розчинні

Нерозчинні

Представники продуцентів-мікроорганізмів

Serratia marcescens, Actinomyces coelicolor, Act. longisporum, Act. Longispororu-ber

Види Pseudomonas, Streptomyces, Brevibacte-rium, Nocardia

Гриби (Mucoraceae), дріжджі (Sporobolomycetacea), актиноміцети (Actinoplanaceae), найпростіші, бактерії (Micrococcaceae)

Біологічне значення

Беруть участь у диханні

Створюють окислювально- відновну пару, здатну до передачі електронів

Беруть участь у фотосинтезі, фототропізмі, фото- рецепції; володіють антиоксидантною активністю

Таблиця 2 - Значення концентраційного інтервалу між втратою пігменту та інгібуванням росту в мікроорганізмів під впливом важких металів

Солі важких металів

Культури пігментосинтезувальних мікроорганізмів

Serratia marcescens MP- 141

Rhodotorula aurantiaca У-1193

Pseudomonas fluorescens var. pseudo-iodinum МР-11

Rhodotorula glutinis У-1335

Концентраційні інтервали між втратою пігменту та блокуванням росту,%

K2Cr207

- *

-

-

75

№(N03)260

-

50

-

-

Cda2

-

90

-

62,5

AgN0з

-

25

-

-

СиСЬо

-

50

Не досліджували

58,3

CuS04

-

50

-

-

Zna2

16,7

20

-

-

ZnS04

20

33,3

-

37,5

Примітка: -* - не спостерігалося концентраційного інтервалу.

Таблиця 3

Розрахунок різниці в інтенсивності кольору пігменту показав, що з підвищенням концентрації металів в середовищі значення dE збільшувалося (табл. 4). Так, наприклад, за концентрації хрому 10 мг/дм3 спостерігався суцільний ріст рожево забарвлених колоній А marcescens MP-141, dE дорівнювала 4,0 ум. од. Повністю синтез пігменту блокувався за концентрації Сг6+ 70 мг/дм3, тому dE складала 18,6 ум. од. Дріжджі Як. ажапкаса Y-П93 виявилися в 3,5 разу чутливішими відносно дії хрому на синтез пігменту, ніж А татсе8сет MP-14, і втрачали здатність його синтезувати за концентрації металу 20 мг/дм3, dE була 19,1 ум. од.

Таблиця 4 - Вплив концентраційного ряду іонів металів на інтенсивність кольору пігменту в мікроорганізмів

Солі важких металів

Концентрація металу, мг/дм3

S. marcescens MP-141

Rh. aurantiaca Y-1193

L

a

b

dE

L

a

b

dE

Контроль

44

24

23

-

38

22

34

-

10

40

21

23

4,0±0,02

21

12

22

14,6±0,05

20

35

18

20

8,5±0,06

14

12

20

19,1±0,03

К2СГ2О7

30

33

14

21

11,3±0,9

-

-

-

-

50

28

13

22

15, ±0,2

-

-

-

-

70

24

10

19

18,6±1,1

-

-

-

-

20

39

20

22

5,0±0,001

25

13

20

12,3±0,6

50

33

19

19

18

11

17

17,4±0,02

Nl(NЬ3)2 * 6H2O

70

33

20

20

9,7±0,8

16

10

18

18,5±0,7

100

31

17

18

18,8±0,3

14

10

16

20,0±0,04

150

21

14

18

19,2±1,0

-

-

-

-

4

35

15

20

9,5±0,05

35

15

16

9,0±0,03

7

30

13

20

13,6±1,2

33

14

14

10,7±0,7

10

28

11

18

15,6±0,07

31

12

11

13,1±0,001

CdCl2

20

26

10

16

17,2±0,2

22

11

11

17,1±0,2

40

23

9

14

19,5±0,05

20

10

12

17,8±0,9

60

-

-

-

-

19

10

10

19,1±0,04

100

-

-

-

-

19

9

8

20,0±0,3

200

-

-

-

-

17

6

9

21,1 ±0,7

1

33

23

21

9,5±0,06

35

20

30

3,0±0,006

5

28

14

20

14,6±0,05

33

18

25

5,7±0,001

7

25

12

17

17,1±1,0

32

18

23

7,0±0,005

AgNЬ3

10

22

9

16

20,1±0,4

30

16

23

8,2±0,007

15

-

-

-

-

26

13

19

11,9±0,9

25

-

-

-

-

18

9

17

17,8±0,3

30

-

-

-

-

16

8

16

19,3±0,005

40

-

-

-

-

15

8

14

20,3±0,02

Примітка:

1. L, a, b - показники каналів кольорової моделі CIE Lab.

2. dE - різниця в інтенсивності кольору між контролем і дослідом, розрахована за допомогою комп'ютерної програми CIEDE 2000.

Щодо дії ВМ на Ps. fluorescens var. pseudo-iodinum МР-11 та Rh. glutinis Y-1335, найбільш чутливими виявилися бактеріальні клітини (табл. 5).

Таблиця 5

Концентрації ВМ, з яких починалося інгібування синтезу пігментів, були нижчими у Ps. fluorescens var. pseudo-iodinum МР-11 (у 7,5, 12 та 1,5 разу для хлориду кадмію, сульфату міді та хлориду цинку, відповідно), ніж у Ек. glutinis У-1335. Остання культура проявила найбільшу чутливість за дії іонів хрому, арґентуму та нікелю (за концентрацій 10, 55 та 75 мг/дм3, відповідно, синтез каротиноїдів повністю блокувався). Стійкими дріжджі Ек. glutinis У-1335 виявилися під впливом купруму (сульфату), за концентрації іонів міді 1200 мг/дм3 на чашках спостерігався слабкий ріст безбарвних колоній.

Ек. glutinis У-1335 реагували втратою каротиноїдів із менших концентрацій (порівняно з втратою феназинових пігментів Ps. fluorescens var. pseudo-iodinum МР-11) біхромату калію та нітрату нікелю (у 10 і 2,6 разу, відповідно). Щодо сульфату цинку, то дріжджі виявилися також чутливішими за бактерії, але нітрат срібла спричинив більш токсичну дію на Ps. fluorescens var. pseudo-iodinum МР-11. Олігодинамічна дія купруму (хлориду) на дріжджі Ек. аигаЫшса У-1193 (А) та Ек. glutinis У-1335 (Б) представлена на рис. 1. Іони міді спричинили більш токсичний вплив на дріжджі Ек. аигапкаса, можливо, це пов'язано з тим, що вони синтезують менший спектр каротиноїдних пігментів, які виконують в клітині захисну функцію.

продигіозин бактеріальний метоксибіпірольний пігмент

Із проведеного порівняльного аналізу щодо впливу різних концентрацій металів на синтез пігментів прокаріот та одноклітинних еукаріот можна зробити висновки, що дріжджові клітини доцільніше використовувати в біоіндикаційних дослідженнях.

По-перше, це пов'язано з тим, що дріжджі майже для кожного металу мали КІ між втратою пігменту та блокуванням росту. По-друге, дріжджі здатні реагувати втратою пігменту з менших концентрацій металів, ніж прокаріотичні клітини.

Проте індикацію нітрату срібла та сульфату міді доцільніше проводити за допомогою бактерій обох видів, а хлориду кадмію та цинку - з використанням Ps. fluorescens уаг. pseudo-iodinum МР-11.

Отже, отримані результати спонукають нас продовжити дослідження щодо вивчення впливу ксенобіотиків на синтез пігменту мікроорганізмів із метою їх застосування в біоіндикаційних дослідженнях.

Висновки.

1. Концентраційні інтервали між втратою пігменту та блокуванням росту простежувалися в дріжджових клітин і коливалися в межах від 25 до 90%. Для бактерій S. marcescens MP-141 концентраційні інтервали були лише для хлориду та сульфату цинку - 16,7 та 20% , відповідно.

2. Розрахунок різниці в інтенсивності кольору пігменту показав, що з підвищенням концентрації металів в середовищі значення dE збільшувалося. Так, за концентрації хрому в середовищі Сабуро 10 мг/дм3 спостерігався суцільний ріст рожево забарвлених колоній S. marcescens MP-141, dE дорівнювала 4,0 ум. од. Повністю синтез пігменту блокувався за концентрації Cr6+ 70 мг/дм3, тому dE складала 18,6 ум. од.

3. Дріжджові клітини виявилися чутливішими за бактеріальні щодо дії на них більшої частини важких металів і реагували втратою пігменту з менших концентрацій металів, ніж прокаріотичні клітини, тому їх можна рекомендувати для біоіндикації важких металів у довкіллі. Проте індикацію нітрату срібла та сульфату міді доцільніше проводити за допомогою бактерій обох видів, а хлориду кадмію та цинку - з використанням Ps. fluorescens var. pseudo-iodinum МР-11.

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Наявність хромофора, що складається із низки кон’югованих подвійних зв’язків, кількість яких визначає характер забарвлення пігменту - одне зі специфічних особливостей каротиноїдів. Піоцианін - антибіотик, активний проти всіх грампозитивних бактерій.

    статья [426,3 K], добавлен 21.09.2017

  • Дія стресу, викликаного іонами важких металів. Дослідження змін активності гваякол пероксидази та ізоферментного спектру гваякол пероксидази рослин тютюну в умовах стресу, викликаного важкими металами. Роль антиоксидантної системи в захисті рослин.

    курсовая работа [1,6 M], добавлен 31.12.2013

  • Важкі метали в навколишньому середовищі. Їх хімічні властивості і роль для живої природи. Вплив важких металів на ріст і розвиток рослин. Важкі метали - забруднювачі навколишнього середовища. Межі витривалості навантаження важкими металами.

    реферат [28,7 K], добавлен 31.03.2007

  • Предмет, історія розвитку і завдання мікробіології. Основні типи та склад бактеріальних клітин. Класифікація, морфологія, будова та розмноження клітин грибів та дріжджів. Відмінні ознаки і морфологія вірусів та інфекцій. Поняття та сутність імунітету.

    курс лекций [975,8 K], добавлен 22.02.2010

  • Фізико-хімічні, біологічні, фармакологічні властивості і застосування металів нанорозмірів. Методи отримання та характеристика наночастинок золота, їх взаємодія з білками, з бактеріальними клітинами; вплив на ферментативну активність пухлинних клітин.

    презентация [362,3 K], добавлен 20.09.2013

  • Особливості та основні способи іммобілізації. Характеристика носіїв іммобілізованих ферментів та клітин мікроорганізмів, сфери їх застосування. Принципи роботи ферментних і клітинних біосенсорів, їх використання для визначення концентрації різних сполук.

    реферат [398,4 K], добавлен 02.10.2013

  • Суть процесу перетворення азоту мікроорганізмами. Характеристика бульбочкових бактерій та вільноживучих азот-фіксаторів. Опис процесів амоніфікації, нітрифікації, денітрифікації. Особливості використання бактеріальних препаратів в сільському господарстві.

    курсовая работа [1,6 M], добавлен 21.09.2010

  • Бактерії як найдавніші з усіх відомих організмів. Коротка історична довідка про їх появу. Поширення бактерій. Форми бактеріальних клітин. Спірили, бацили, вібріони, стрептококи. Рух бактерій. Монотрихи, лофотрихт, перитрихи. Автотрофи та гетеротрофи.

    презентация [7,5 M], добавлен 02.03.2015

  • Загальна і анатомо-морфологічна характеристика ряду Перетинчастокрилі досліджуваної території. Проведення фенологічного спостереження та аналізу впливу метеорологічних умов на активність бджіл. Особливості поведінки комах представників даного ряду.

    дипломная работа [9,8 M], добавлен 24.10.2011

  • Основні джерела антропогенного забруднення довкілля. Вплив важких металів на фізіолого-біохімічні процеси рослин, зміни в них за впливу полютантів. Структура та властивості, функції глутатіон-залежних ферментів в насінні представників роду Acer L.

    дипломная работа [950,6 K], добавлен 11.03.2015

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.