Исследование процесса физиологической адаптации бактерий к тяжёлой воде - рефераты, скачать рефераты, бесплатно рефераты

Рефераты. Исследование процесса физиологической адаптации бактерий к тяжёлой воде

Аминокислотный анализ гидролизатов суммарных белков биомассы проводили на приборе Biotronic LC 5001 (ФРГ); 230 x 3,2 мм; рабочее давление 50-60 атм; скорость подачи натрийцитратного буфера 18.5; нингидрина 9.25 мл/ч; детекция при 570 нм и 440 нм (для пролина).

Анализ углеводов осуществляли на жидкостном хроматографе Knauer (ФРГ), снабженным насосом Gilson (ФРГ) и рефрактометром Waters К 401 (ФРГ); неподвижная фаза: Separon NH2, 10 мкм; 10 x 250 мм; подвижная фаза: ацетонитрил-вода, (75:25); скорость подачи: 0.6 мл/мин.

Липиды анализировали на хроматографе Beckman Gold System (США), снабжённым насосом Model 166 (США) и детектором Model 126 (США); неподвижная фаза: Ultrasphere ODS 5 мкм; 4.6 x 250 мм; подвижная фаза: линейный градиент 5 мМ KH2PO4-ацетонитрил; 100% в течении 50 мин; скорость подачи: 0.5 мл/мин; детекция при 210 нм.

Уровни включения дейтерия в аминокислоты белковых гидролизатов определяли методом масс-спектрометрии электронного удара в виде метиловых эфиров N-диметиламинонафталин-5-сульфонильных (дансильных) производных аминокислот на приборе MB-80A (Hitachi, Япония) при ионизирующем напряжении 70 эВ.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Адаптация облигатных метилотрофных бактерий M. flagellatum.

Для проведения адаптации к тяжёлой воде были использованы представители двух различных таксономических групп метилотрофных бактерий, взятых из коллекции ГОСНИИ Генетики: лейцинпродуцирующий штамм облигатных метилотрофных бактерий Methylobacilus flagellatum, ассимилирующий метанол по 2-кето-3-дезокси-6-фосфоглюконатальдолазному варианту рибулозо-5-монофосфатного (РМФ) цикла фиксации углерода [25] и фенилаланинпродуцирующий штамм факультативных метилотрофных бактерий Brevibacterium methylicum, ассимилирующий метанол по РМФ-циклу фиксации углерода [26]. Для культивирования и адаптации данных штаммов метилотрофных бактерий использовали минимальные среды М9, содержащие в качестве источников дейтерия 2H2O и [U-2H]метанол. В зависимости от физиологической потребности того или иного штамма бактерий в углеродном субстрате использовали 0.5-2% концентрации метанола в ростовых средах. Для компенсации ауксотрофности по лейцину и изолейцину эти аминокислоты добавляли в ростовые среды в протонированном виде в концентрациях 10 мг/л. В обычных условиях культивирования на протонированных средах уровни накопления фенилаланина и лейцина в культуральных жидкостях штаммов-продуцентов достигали величины 0.8 и 1.0 г/л соответственно.

Табл. 1

Влияние изотопного состава среды на рост штамма M. flagellaum

Номер Компоненты среды, % Величина Выход Время опыта лаг-фазы биомассы генер. Н2О 2H2О метанол [U-2Н]метанол часы % от конт- часы роля
1	99.0	0	1.0	0	0	100	1.1
2	99.0	0	0.5	0.5	0.2	91.0	0.8
3	99.0	0	0	1.0	0.8	81.0	1.0
4	49.5	49.5	1.0	0	2.4	76.0	1.4
5	49.5	49.5	0.5	0.5	5.7	75.0	1.2
6	49.5	49.5	0	1.0	6.7	70.0	1.3
7	24.5	74.5	1.0	0	5.6	29.0	1.4

Для проведения адаптации был выбран ступенчатый режим увеличения концентрации 2H2О в ростовых средах в присутствии 0.5-1% метанола/[U-2H]метанола , так как мы предположили, что постепенное привыкание организма к дейтерию будет оказывать благоприятный эффект на параметры роста и общее самочувствие культуры (табл. 1). При этом штамм M. flagellatum обнаружил повышенную чувствительность к 2H2O: ингибирование скорости роста бактерий наблюдалось при концентрации 2H2О в среде 74.5%, в то время как [U-2H]метанол не оказывал существенного влияния на скорость роста культуры. Так, на среде, содержащей 74.5% 2H2О выход микробной биомассы составил 29%, что в 3.4 раза ниже, чем в контрольных экспериментах, когда использовали обычную воду и метанол (табл. 1, опыт 1), в то время как выход микробной биомассы на водной среде с 1% [U-2H]метанолом был снижен всего лишь в 1.2 раза. В связи с тем, что роста бактерий на более высокой концентрации 2H2O достичь не удалось в дальнейших экспериментах использовали биомассу M. flagellatum, полученную со среды, содержащей 74.5% 2H2О.

Адаптация факультативных метилотрофных бактерий B. methylicum.

Попытки адаптировать штамм B. methylicum к росту на максимально дейтерированной среде при сохранении способности к биосинтезу фенилаланина привели к положительному результату. К данному штамму метилотрофных бактерий был применён специальный подход по адаптации, который заключался в серии из нескольких адаптационных пассажей исходной культуры на твёрдых агаризованных средах с 2% [U-2H]метанолом при ступенчатом увеличении концентрации тяжёлой воды в них (от 0 до 98% 2H2О), как показано в табл. 2. При этом последовательно отбирали отдельные колонии, выросшие на средах, содержащих дейтерий. Затем их пересевали на среды с большей степенью дейтерированности, включая среду с 98% 2H2О (степень выживаемости бактерий на конечной максимально дейтерированной среде составила не более 50%). За ходом адаптации следили по изменениям продолжительности лаг-фазы, времени клеточной генерации и выходов микробной биомассы, а также по максимальному уровню накопления фенилаланина в культуральной жидкости (рис. 1).

В отсутствии дейтериймеченных субстратов продолжительность лаг-фазы не превышала 20 ч, в то время как с увеличением концентрации 2H2О в ростовых средах до 98% продолжительность лаг-фазы увеличивалась до 60 часов (таблица 2, опыт 10). Отмечено, что длительность времени клеточной генерации с увеличением концентрации 2H2O в ростовых средах постепенно увеличивается, достигая 4,9 часов на среде с 98% 2H2O и 2% [U-2H]метанолом (табл. 2, опыт 10). В отличие от тяжёлой воды, [U-2H]метанол не вызывал существенного ингибирования роста и не оказывал влияния на выходе микробной биомассы. Напротив, на максимально дейтерированнной среде выход микробной биомассы был снижен в 3.3 раза по сравнению с контролем. Важно то, что выход микробной биомассы и уровень накопления фенилаланина в культуральной жидкости при росте адаптированного к 2Н2О микроорганизма в максимально дейтерированной среде изменяются по сравнению с контрольными условиями на 13 и 5%, т. е. незначительно (табл. 2, опыт 10').

Адаптированные к 2Н2О клетки сохранили способность синтезировать и экзогенно продуцировать фенилаланин в ростовую среду. Причём общей особенностью биосинтеза фенилаланина в Н2О/2H2O-средах было увеличение его продукции на раней фазе экспоненциального роста B. methylicum, когда выход микробной биомассы был незначителен (рис. 2). Во всех экспериментах наблюдалось ингибирование биосинтеза фенилаланина на поздней фазе экспоненциального роста и снижение его концентрации в ростовых средах. Согласно данным по микроскопическому исследованию растущей популяции микроорганизмов, подобный характер динамики секреции фенилаланина не коррелировал с качественными изменениями ростовых характеристик культуры на различных стадиях роста, что служило подтверждением морфологической однородности микробной популяции. Скорее всего, накопленный в процессе роста фенилаланин ингибировал ферменты собственного пути биосинтеза. Кроме того, не исключена возможность, что при ферментации без рН-статирования может происходить как обратное превращение секретируемого фенилаланина в интермедиаторные соединения его биосинтеза, так и ассимиляция фенилаланина клеткой для обеспечения собственных метаболических потребностей, что отмечено в других работах [27, 28]. Данные по исследованию культуральной жидкости методом ТСХ показали, что кроме фенилаланина штамм B. methylicum синтезирует и накапливает в культуральной жидкости (на уровне 5-6 ммоль) другие аминокислоты (аланин, валин, лейцин, изолейцин), присутствие которых также подтверждалось масс-спектрометрическим анализом метиловых эфиров их DNS-производных.

Табл. 2

Влияние изотопного состава среды на рост штамма B. methylicum и уровень накопления фенилаланина в культуральной жидкости (КЖ)

Номер Компоненты среды, % Величина Выход Время ген. Уровень опыта лаг-фазы биомассы накопле- Н2О 2H2О метанол [U-2Н]метанол часы % от кон- ния Phe троля в КЖ % от контроля
1	98	0	2	0	20	100	2.2	100
2	98	0	0	2	30	92.3	2.4	99.1
3	73.5	24.5	2	0	32	90.6	2.4	96.3
4	73.5	24.5	0	2	34	85.9	2.6	97.1
5	49.0	49,0	2	0	40	70.1	3.0	98.0
6	49.0	49.0	0	2	44	60.5	3.2	98.8
7	24.5	73.5	2	0	45	56.4	3.5	90.4
8	24.5	73.5	0	2	49	47.2	3.8	87.6
9	0	98.0	2	0	58	32.9	4.4	42.5
10	0	98.0	0	2	60	30.1	4.9	37.0
10'	0	98.0	0	2	40	87.0	2.9	95.0

Страницы: 1, 2, 3, 4