Факультет

Студентам

Посетителям

Термоустойчивость грибов

Явление термофилии привлекает внимание многих исследователей по причине изучения механизмов приспособленности микроорганизмов к неблагоприятным температурным условиям и поиска перспективных продуцентов биологически активных веществ, обладающих высокой скоростью роста (Логинова и др., 1966, 1973; Campbell, Расе, 1968; Crisan, 1973; Билай, 1973; 1979; Тулемисова, Бекмаханова, 1977; Квасников, Исакова, 1978).

Изучение термоустойчивости, т. е. реакции микроорганизмов, принадлежащих к разным температурным группам, на кратковременное нагревание, также представляет большой интерес. Термоустойчивость живых организмов подчас значительно превышает температурные границы биокинетической зоны. Если приспособленность к существованию при высоких температурах у термофилов определяется их геномом, то в основе термоустойчивости мезофилов лежит генетическая адаптация микроорганизмов к неблагоприятному влиянию высоких температур окружающей среды, при этом выживание или обратимое поражение клеток связано с термостабильностью отдельных клеточных компонентов (Crisan, 1973; Карасевич, 1975). Таким образом, термоустойчивые организмы не обязательно относятся к термофилам.

В настоящее время проводятся широкие исследования термоустойчивости бактерий и особенно представителей рода Bacillus, которые оказались наиболее стойкими по этому признаку. Толчком к развитию таких исследований послужили достижения в области освоения космического пространства и необходимость надежной стерилизации космических аппаратов. Из проб почвы, отобранных в районе мыса Канаверал, был выделен мезофил Bacillus xerothermodurans (Bond et al., 1970, 1975). Термоустойчивость его самая высокая из известных для земных организмов и на уровне сублетальной дозы составляет при температуре 125° — 139 ч, 130° — 54 ч, 135° — 24 ч, 140° — 13 ч, 145° — 8 ч и 150° — 2,5 ч. Морфология спор В. xerothermodurans и их оболочек не позволяет объяснить столь высокую устойчивость организма к повышенным температурам (Bond, Favero, 1975; Gouvao et al., 1977).

Основным тестом по определению термоустойчивости в службе карантина планет (Холл, 1975) является Bacillus subtilis var. niger, который относится к мезофилам, но по этому свойству превосходит известные термофильные бактерии. Тепловая обработка спор производится нагреванием суспензии их в воде или буфере, а также нагреванием сухих спор. Кинетика тепловой инактивации бактерий интенсивно изучается с привлечением современного математического аппарата (Холл, 1975). Полученные результаты графически подобны дозным кривым в радиобиологии и получили название термограмм (Busta, 1967; Molin, Osmund, 1975; Molin, 1977).

Анализ полученной дозной зависимости позволил выявить гетерогенность спор Вас. subtilis var. niger по отношению к тепловому воздействию. Среди спор были чувствительные и устойчивые. В пределах изученных температур (от 120 до 180°) количество спор устойчивой фракции не изменялось и при общем количестве 6,2 ∙ 107 спор составляло примерно 1 ∙ 105. Термоустойчивость в 7 раз превышала таковую чувствительной фракции (Molin, Osmund, 1975).

По мнению Shull et al. (1963), сигмоидный характер кривой выживаемости свидетельствует о неоднородности облучаемых клеток. Такая неоднородность обусловлена присутствием активированных тепловым воздействием клеток, что обусловливает определенную задержку их гибели (плечо сигмоидной кривой выживаемости). Авторы предполагают, что понятие «тепловая активность» включает определенные защитные перестройки, происходящие в клетке, которые по мере нарастания температуры или времени воздействия ослабевают. Аналогичным образом объясняют тепловую гибель спор Bacillus megaterium (Alderton et al., 1964). Выживаемость спор или вегетативных бактериальных клеток при влажной тепловой обработке почти всегда подчинялась экспоненциальной зависимости.

Davis et al. (1963) изучали устойчивость конидий Aspergillus niger к ультравысоким температурам после высушивания их в вакууме. Конидии гриба выживали после 7-суточного пребывания в вакууме при температуре 100—107°. Конидии Cereospora carthami выживали после действия сухого прогревания (65°) в течение 10 мин и после 55°— 12 ч. Склероции Ramularia carthami выдерживали тепловую обработку при 100° в течение 10 мин, 90° — 1 ч, 80° — 4 ч и 50° — 12 ч. Значительная термоустойчивость обнаружена у некоторых видов грибов, помещенных в условия, моделирующие суточные перепады температур на Марсе (от —94 до +25°) (Curtis, 1967). Из 20 изученных видов наиболее устойчивыми оказались темноцветные гифомицеты: Alternaria dauci, виды Curvularia, Dicoccum asperum, Helminthosporium sativum, Stemphylium ilicis, виды Phoma, а также Ophiobolus graminis. Сравнению устойчивости к тепловой обработке сухих и влажных конидий Bauveria bassiama посвящено сообщение И. П. Майоровой и др. (1976). Отмечена значительная термоустойчивость конидиальных суспензий Aspergillus niger, Humicola fuscoatra, Byssochlamys fulva, которая у последних двух видов подчинялась экспоненциальной зависимости (Lubieniecki-von Scheihorn, Heiss, 1974). Виды Aspergillus flavus и A. parasiticus при экспозиции в воде при температуре 40° выживали на протяжении 14 ч, а при 60° — в течение 1—8 мин, по мере увеличения накопления афлатоксина термоустойчивость упомянутых видов возрастала (Doyle, Marth, 1975). Конидии Trichophyton mentagrophytes при 20° оставались живыми в воде в течение года, при 48° срок их жизни сокращался до 30 мин, а при 60° — до 2 мин (Hashimoto, Blumenthal, 1978). Таким образом, как правило, термоустойчивость активно метаболизирующих конидий значительно уступает таковой конидий подсушенных.

Приспособленность к биологически экстремальным температурам нарастает от мезофильных к термотолерантным микроорганизмам, которых отличает большая легкость перестройки ферментативного аппарата, необходимая для существования в условиях субоптимальных температур (Campbell, Расе, 1968; Карасевич, 1975). С повышением температуры на 10° выше оптимальной у микроорганизмов разных температурных групп увеличиваются скорость ферментативных реакций и потребление энергетического субстрата в 2—4 раза. При этом процессы роста и размножения замедляются. Вследствие нарушения равновесия между биосинтезом и энергоснабжением в клетке накапливается избыток энергии и равновесие в ней достигается выделением больших количеств недоокисленных продуктов метаболизма, биосинтезом запасных веществ, рассеиванием энергии в виде тепла (Ячевский, 1933; Dewerell, 1965; Логинова и др., 1966).

У многих организмов (простейшие, лишайники, мхи, грибы, водоросли, микроорганизмы) обнаружена способность к температурной закалке. Сущность этого явления состоит в том, что под влиянием субоптимальных температур термоустойчивость вегетирующего организма увеличивается, но с понижением температуры она возвращается к исходному состоянию (Александров, 1975). Условия, благоприятные для температурной закалки, достаточно часто встречаются в природе или их моделируют в лаборатории.

У мезофильных, термотолерантных и термофильных бактерий, дрожжей и гифомицетов при субоптимальных температурах отмечали усиленное накопление жирных кислот, преимущественно насыщенных (Crisan, 1973; Barran, Miller, 1976). Известно, что дыхательные ферменты дрожжевых грибов, как правило, имеют более высокий температурный оптимум, чем оптимум их роста. Аналогичная зависимость обнаружена у термофильных грибов Thermoascus aurantiacus, Thermus aquaticus, Humicola incolens и мезофила Serpula lacrymans. Дыхательная активность термофильных грибов незначительно превышает таковую мезофильных, но одинаково резкое ускорение переноса электронов по дыхательной цепи при температуре выше оптимальной у тех и других свидетельствует о большой приспособленности дыхательных ферментов к биологически экстремальным температурам (Rippon, Anderson, 1970; Crisan, 1973).

Принципиальной особенностью термофилов является повышенная термоустойчивость их белков, а иногда ускоренный белковый синтез (Логинова и др., 1966, 1973; Бил ай, 1979). Термостабильность белков и ферментов термофильных и мезофильных грибов практически не изучалась, хотя имеются сообщения (Cravori, Colla; цит. по Crisan, 1973) о преимущественном образовании термостабильных белков у Penicillium duponti и Н. lanuginosa в условиях повышенных температур. По данным авторов, температурный оптимум рибонуклеаз мезофильных штаммов 8 видов грибов составлял 55°, термофильных — 60,5°. Наряду с этим термостабильность целлюлозолитических ферментов мезофильных штаммов Aspergillus fumigatus оказалась выше таковой термофильных штаммов. Отмечено, что у термофильных бактерий молекулы нуклеиновых кислот и некоторых ферментов более термостабильны, чем у мезофильных (Бiлай, 1973).

Таким образом, изменения, связанные с действием высоких температур, в пределах каждой из рассмотренных экологических групп сходны, но наступают при разных для мезофилов и термофилов абсолютных значениях субоптимальных температур.

Термоустойчивость термотолерантных и мезофильных микроорганизмов может быть связана с отдельными клеточными структурами, термостабильными или выполняющими в организме защитную роль. Установлено, что термоустойчивость ряда видов мхов, лишайников, грибов изменяется в процессе онтогенеза. Характер такого изменения неоднозначен и у разных организмов проявляется на разных стадиях развития. На терморезистентность микроорганизмов существенно влияет комплекс экологических условий, способствующих активной вегетации или состоянию покоя. Последнее наступает при подсушивании организма и сопровождается резким снижением ферментативной активности, способствующей большей устойчивости к неблагоприятным условиям существования, в том числе к биологически экстремальным температурам. По мнению В. Я. Александрова (1975), основная причина повышения теплоустойчивости высушенных организмов состоит в разнице температурной инактивации сухих и растворенных в воде белков (120—150 и 60—70° соответственно). Повышение термоустойчивости сухих спор термофильных бактерий по. сравнению с влажными связывают еще с отсутствием в них свободной воды и повышением удельной массы связанной воды (Логинова и др., 1966; Simko et al., 1971). Однако полное высушивание бактериальных спор способствует повышению их чувствительности к субоптимальным температурам (Molin, 1977). Мы предполагаем, что аналогичные изменения должны происходить и у мезофильных микроорганизмов.

На терморезистентность спор и вегетативных клеток бактерий положительно влияет присутствие солей и кислотность окружающей среды (Логинова и др., 1966; Александров, 1975).

Защитное действие оказывали сахара, глицерин, глюкоза, альбумин, нуклеиновые кислоты, высокомолекулярные жирные кислоты (пальмитиновая и олеиновая), ионы Ca2+ и Mn2+, дипиколиновая кислота, добавленные в питательную среду (Логинова и др., 1966; Gould, Dring, 1974).

Анионы хлора усиливали терморезистентность Staphylococcus aureus; оптимальная концентрация ионов K+ и аниона Н2РО4 стимулировала термоустойчивость Bacillus stearothermophillus (Hurst et al., 1978; Gauthier et al., 1978). На споры Bacillus subtilis благоприятно влияла предварительная обработка их 2,5%-ным раствором фенола, благодаря чему выживаемость спор В. subtilis после дальнейшего выдерживания при температуре 63, 70 и 80° увеличивалась (Russell, Loosemore, 1964).

Из перечисленных защитных факторов особенно важны наблюдаемые в природных условиях, и прежде всего режим влажности. Кроме того, принципиальное значение имеет внутренняя перестройка организма, приводящая к мобилизации защитных сил под влиянием термального шока. Существуют гипотезы, согласно которым решающее значение в термоустойчивости микроорганизмов, в том числе грибов, имеет уровень конформационной гибкости белковых молекул и модификации фосфолипидного состава клеточных мембран (Александров, 1975; Crisan, 1973). В согласии с ними находятся данные А. Н. Руденок и С. В. Конева (1973) о предполагаемом механизме термоустойчивости дрожжевых клеток Saccharomyces cerevisiae и Candida utilis. Увеличение терморезистентности клеток в густой клеточной суспензии авторы объясняют выделением из них защитных веществ, способствующих стабилизации клеточных мембран. Эти вещества — ароматические и гетероциклические аминокислоты.

Источник: Н. Н. Жданова, А. И. Василевская. Экстремальная экология грибов в природе и эксперименте. Киев: Наук. думка, 1982

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.



Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: