Факультет

Студентам

Посетителям

Влияние температуры на пигментообразование микроорганизмов

Вопросам влияния температурного режима на синтез пигментов бактериями и грибами посвящены единичные работы. По данным Williams et al. (1965), максимальное образование продигиозина Serratia marcescens происходило при температурах 15—35°, повышение температуры до 40° ингибировало процесс, что было связано с разрушением фермента, ответственного за образование пигмента.

Образование красного пигмента типа пульхеррина у Bacillus cereus var. alestri наблюдалось только при 15° и было обусловлено тем, что фермент, ответственный за пигментацию клеток, активен лишь при 15°. Синтез того же пигмента у Candida pulcherrima не зависел от температуры (Uffen, Canale-Parola, 1966). По данным Е. Л. Рубан (1972), понижение температуры культивирования ниже оптимальной стимулирует образование пигментов у некоторых микроорганизмов.

Исследования, касающиеся связи меланиногенеза с термоустойчивостью выполнялись главным образом на животных. Sussman (1949) наблюдал усиление черной окраски надкрыльев у Coleoptera при небольшом повышении температуры выше оптимальной. Определенная стимуляция меланиногенеза регистрировалась также при перепадах температуры. Автор справедливо полагает, что воздействие субоптимальных температур на синтез пигмента может быть косвенным, и в связи с этим выдвигает оригинальное объяснение наблюдаемого явления. По его мнению, воздействие экстремальных температур приводит к частичной деструкции белков. Продукты этой деструкции могут служить субстратом для тирозиназы, которая переводит их в меланоидины, освобождая клетку от токсинов белкового распада. Высокая активность тирозиназы интенсивно пигментированных форм способствует их устойчивости к воздействию повышенных температур.

Зависимость термоустойчивости от степени меланиновой пигментации позднее была подтверждена на образцах кожи мутантов двух генетически обособленных линий мышей (Foster, 1967). Термостабильность образцов кожи определяли в аппарате Варбурга по изменению тирозиназной активности и образованию меланинов и их предшественников. В изученных линиях, мышей только черный генотип был термостабилен, и даже жесткое температурное воздействие (55° в течение 30 мин) не влияло на тирозиназную активность и меланиногенез. У всех остальных цветных мутантов в этих условиях наблюдалось ослабление тирозиназной активности с одновременным уменьшением образования меланина и его предшественников. Таким образом, доказана связь термоустойчивости с интенсивным образованием меланина у животных.

С помощью метода ЭПР изучали реакцию меланина на повышенные температуры. Экстракты меланина из семян лука, куколок бабочки, кожи головастиков, человеческих волос, темноокрашенных семян гвоздики, дельфиниума и конского каштана одинаково реагировали на экстремальные температуры: с повышением ее до 60° и выше сигнал ЭПР постепенно увеличивался, что, по мнению авторов, может свидетельствовать о нарастании структурных изменений в молекуле пигмента (Edwards et al., 1961).

Нами совместно с сотрудниками отдела свободных радикалов Института физической химии АН УССР проведено испытание термоустойчивости темноцветных представителей семейства Dematiaceae с одновременной регистрацией парамагнитного состояния их меланиновых пигментов in vivo и in vitro. Объектами изучения были Cladosporium transchelii, его цветные мутанты Ч-1, К-1 и светлый БМ, Stemphylium ilicis и термофил Humicola lanuginosa, для которых установлена меланиновая природа их пигмента (Жданова, 1973, 1976). Тепловой обработке от 40 до 140° с интервалом 10° подвергали свежеотделенные от среды и высушенные в вакуум-эксикаторе образцы грибных пленок (300 мг) в течение 1, 2, 3 и 4 ч. Для каждой из экспозиций определяли предельно высокую температуру, выше которой конидии грибов не образовывали макроколоний на питательной среде. Критерием термоустойчивости служила выживаемость — количество колоний, образовавшихся из обработанных конидий, в процентах к количеству колоний из необработанных конидий (контроль), принятому за 100%. Температурную зависимость сигнала ЭПР высушенных образцов грибных пленок и меланина, изолированного из Cladosporium transchelii, изучали на спектрометре ЭПР. Каждый образец нагревали в такой последовательности: 20° → 40° → 20° → 60° → 20° → 80° → 20° … до 200° → 20°. Предварительные исследования показали, что форма и ширина сигнала ЭПР у грибных пленок (конидии и мицелий) и одних конидий практически одинаковы. Температурную зависимость сигнала ЭПР мутанта БМ не изучали в связи с тем, что концентрация ПЦ гриба находилась за пределами чувствительности спектрометра ЭПР.

Наибольшей терморезистентностью отличались высушенные конидии Stemphylium ilicis. Выживаемость их описывалась кривой сигмоидного типа с обширным плечом, которое после 2—3-часовой термической обработки регистрировалось еще при 80—90° и только с повышением температуры кривая выживаемости резко снижалась. С увеличением экспозиции уменьшалось значение сублетальных температур для конидий гриба, составляющее 60 мин после воздействия температурой (140°) и 3—4 ч после 120°. Сублетальные температуры для Humicola lanuginosa в пределах 1—4 ч воздействия составили 100—120° соответственно. Примерно такой же была термоустойчивость конидий Cladosporium transchelii (диапазон сублетальных температур 90—120°). Термоустойчивость мутантов Ч-1 и К-1 была примерно одинаковой, но несколько ниже, чем С. transchelii. Еще менее стойким к нагреванию оказался мутант БМ. Выживаемость обработанных конидий мутантов Ч-1, К-1 и БМ графически изображалась кривой сигмоидного типа.

Культуры активно вегетирующие более чувствительны к действию экстремальных температур. В порядке убывания изученные штаммы по выживаемости распределились следующим образом: Н. lanuginosa > S. ilicis > Ч-1 > С. transchelii > К-1 > БМ и подчинялись экспоненциальной зависимости. Терморезистентность изученных видов темноцветных гифомицетов в ряде случаев превосходит таковую, установленную ранее для грибов (Беккер, 1963; Dewerell, 1965; Doyle, Marth, 1975; Майорова и др., 1976). Различия по устойчивости видов к тепловому воздействию, выявленные на сухих и влажных образцах грибов, подтверждаются характером их выживаемости (Логинова и др., 1966; Махрова и др., 1976; Molin, 1977). Среди изученных нами влажных образцов наибольшей устойчивостью отличались конидии термофила Humicola lanuginosa, а среди высушенных — мезофила Stemphylium ilicis.

Кроме того, мы попытались выяснить реакцию меланина на повышение температуры, исследуя его в грибной клетке и в изолированном виде. Нами установлено, что при нагревании сухих грибных образцов и пигмента в резонаторе прибора ЭПР интенсивность сигналов ЭПР существенно возрастает. После нагревания грибной пленки до соответствующей температуры интенсивность I сигнала ЭПР достигала постоянного значения в течение нескольких минут, при снижении температуры до комнатной (20° С) стабильное значение I устанавливалось за время, меньшее необходимого для записи спектра ЭПР и далее не изменялось на протяжении нескольких дней.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что в ходе нагревания ↔ охлаждения образца происходит необратимое увеличение сигнала ЭПР и обратимое увеличение ↔ уменьшение. Необратимое увеличение было выражено тем слабее, чем больше степень пигментации гриба в ряду изученных штаммов: К-1 < С. transchelii < Ч-1 < Stemphylium ilicis. Особенно резкий рост сигнала регистрировали у светлоокрашенного мутанта К-1, у которого содержание ПЦ было наименьшим. Различия в кинетике сигнала ЭПР мутанта К-1 в атмосфере воздуха, аргона и вакууме сравнительно небольшие. Следовательно, процессы изменения концентрации ПЦ существенно не связаны с окислением меланинового пигмента кислородом воздуха.

Мы разделяем предположение Felix et al. (1978), согласно которому в меланиновом пигменте существует окислительно-восстановительное равновесие между хиноидными и фенольными группами и семихинонными ПЦ, которое может смещаться в сторону повышенного образования ПЦ под действием различных факторов.

По нашим данным, ширина сигнала ЭПР мутанта К-1 практически не изменяется с возрастанием его интенсивности в несколько раз или незначительно увеличивается. Обратимое увеличение — уменьшение количества ПЦ (n) при нагревании — охлаждении образца примерно в одинаковой степени выражено у С. transchelii и его темноокрашенного мутанта Ч-1. При этом значение необратимой компоненты медленно увеличивается с повышением температуры до 200°. Поведение изолированного меланина почти идентично таковому в грибной клетке С. transchelii. Отличается реакция меланина Stemphylium ilicis на повышенные температуры. Необратимая компонента у гриба в этих условиях практически отсутствовала.

Ранее мы установили, что устойчивость некоторых видов семейства Dematiaceae к таким экстремальным факторам, как УФ- и γ-излучение, недостаток или избыток кислорода в окружающей среде, коррелирует со степенью пигментации грибов (Жданова и др., 1973, 1974). По нашим наблюдениям, действие неблагоприятного фактора приводило к изменению окислительно-восстановительного состояния пигмента. Однако при воздействии повышенной температуры корреляция терморезистентности гриба со степенью его пигментации (или величиной температурной зависимости сигнала ЭПР) при сравнении сухих грибных образцов не выявлена, хотя изменение окислительно-восстановительного состояния имеет место.

Характерно, что появление необратимой компоненты наблюдается при температурах, летальных для изученный видов. Отсутствие необратимого термального изменения меланина у S. ilicis в сочетании с высокой термоустойчивостью гриба позволяет с большой осторожностью предположить участие меланина как одного из составляющих в устойчивости к высокотемпературному влиянию. По-видимому, у других изученных нами объектов меланиновый пигмент не участвует непосредственно в защите сухих грибных клеток от повышенных температур. В варианте с влажными образцами в ряду мезофильных культур Stemphylium ilicis, Cladosporium transchelii, мутанты Ч-1, K-l и БМ наблюдалась явно выраженная зависимость терморезистентности от степени пигментации гриба.

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: