Влияние биологически-активных веществ на физико-химические характеристики клетки

Известно, что многие пигменты проявляют антибиотические свойства. Пигментообразование является стойким признаком. Между пигментацией и образованием вторичных метаболитов существует такая тесная корреляция, что при наличии пигментов можно с большой долей вероятности ожидать образования антибиотиков и других биологически активных веществ. Пигменты у многих микроорганизмов представляют собой вторичные метаболиты. Образуются пигменты не у всех микроорганизмов. Уже по их структуре можно понять, что они являются производными метаболитов или структурными компонентами клеток. Например, на средах, где развивается Serratia marcescens ярко- красная окраска её колоний, а также клеточных суспензий обусловлена присутствием пигмента продигиозина. Молекула продигиозина содержит три пиррольных кольца [Пигменты бактерий].

Продигиозин выполняет активную роль в метаболизме S.marcescens и связан, по-видимому, с энергообменом клетки. Serratia marcescens - бактерии семейства Enterobacteriaceae, которым свойственна способность синтезировать пигмент-продигиозин. Пигмент локализован в клеточной оболочке. Роль продигиозина в метаболизме клетки-продуцента до сих пор не ясна [Андреева, 1999].

Бактериальные клеточные стенки – это нерастворимые полимеры. Сшитые пептидные боковые цепи пептидогликана имеют меньше степеней свободы, чем точки роста пептидогликанов, содержащие несшитые пептидные цепи; последние и служат центрами комплексообразования с антибиотиками [Егоров, 1986]. Клеточные стенки бактерий и плесневых грибков сильно отличаются от клеточной оболочки животных клеток. Именно, многие нетоксичные антибиотики блокируют образование клеточных стенок. Например, так действуют пенициллин, бацитрацин, цефалоспорины и другие антибиотики [Егоров, 1986]. Антибиотик полимиксин связывается с клеточной мембраной многих грамотрицательных бактерий и нарушает функцию клеточной мембраны. Известно, хлорамфеникол специфически блокирует этот процесс у многих бактерий [Биотехнология]. Гормоны влияют и меняют проницаемость мембран клетки и органоидов. В результате этого изменяются условия мембранного транспорта субстратов, ферментов, ионов и метаболитов и, соответственно, все виды метаболизма [Геннис, 2000]. Влияния гормонов на плазматическую мембрану является взаимодействие, благодаря которому осуществляется липолитический и антилиполитический эффект гормонов [Онкология].

Фосфолипиды влияют на активность белков, ферментов, которые входят в состав их мембраны. Изменяют конформацию, а также создают гидрофобную среду [Биологический форум].

Фураноны, в свою очередь, также способны влиять на активность белков, их конформацию, ферментативную активность клетки и т.д. [Гимадеева с соавт., 2011; Митько с соавт., 2011; Маргулис с соавт., 2012; Белоногова с соавт., 2013].

Биопленки как фактор патогенности

Способность бактерий образовывать биопленки является фактором патогенности. Биопленки – это гетерогенные структуры, состоящие из бактериальных клеток, окруженные матрицей и прикрепленные к твердой поверхности. Бактерии в биопленках в 100-1000 раз устойчивы к противомикробным препаратам. Избавление от биопленок сложный процесс, например, они вызывают следующие заболевания: муковисцидоз, инфекции мочевыводящих путей, заболевание пародонта и другие [Olsen, 2015].

Cтадии развития биопленки

1- первичное прикрепление (адгезия, сорбция). Эта стадия обратима.

2- окончательное (необратимое) прикрепление (фиксация).

3- созревание.

4- рост.

5- дисперсия (выброс бактерий).

Основные свойства биопленки:

- микроорганизмы в биопленке устойчивы к антибиотикам, антимикробным веществам, стрессовым факторам;

- бактерии в биопленке вырабатывают вещества, которые они не образуют, будучи в культуре;

- взаимодействие разных типов микроорганизмов;

- бактерии собраны в микроколонии;

-микроколонии окружены защитным матриксом;

- внутри микроколоний – различная среда;

- бактерии имеют примитивную и простую систему связи;

- бактерии в биопленке ведут себя не так, как в культуральной среде [Биопленки].

Многие бактерии приспособились к жизни в биопленках. Определяющей чертой биопленок является образование внеклеточного матрикса, который связывает клетки вместе. Матрица биопленок обеспечивает многочисленные преимущества, включая защиту от стрессовых воздействий окружающей среды, повышение доступности питательных веществ [Nadell et al., 2015].

Биопленки обладают высокой устойчивостью к антимикробным препаратам и защищают себя от внешних воздействий любыми путями. Биопленки являются цепко, прикрепленными к поверхности и препятствуют проникновению молекул и клеток. С другой стороны, некоторые биопленки полезны для своего хозяина и содержат защитные микроорганизмы. Микроорганизмы в биопленках представляют патоген-ассоциированные молекулярные структуры и антигены, которые могут быть представлены как врожденные иммунные клетки и опсонины, ведущие к активации нейтрофилов и других лейкоцитов. Нейтрофилы - часть первой линии защиты и содержат антимикробные стратегии, позволяющие им атаковать патогенные биопленки. Биопленки частично, но не полностью защищены от действия нейтрофилов, которые включают в себя процессы фагоцитоза, дегрануляции, образование нейтрофильных ловушек. Эти факторы могут быть решающими в возникновении заболеваний пародонта, воспаление с последующим некрозом [Hirschfeld, 2014].

Бактериальные биопленки трудно лечить. Биопленки позволяют бактериям сохранять устойчивость к антибиотикам. Существует гипотеза, что ультразвук разрушает биопленки, оставляя бактерии более уязвимыми для антисептиков или антибиотиков [Crone et al., 2015].

Например, образование биопленок является критически важным для экологического выживания и передачи холерного вибриона. Vibrio cholerae – патоген, вызывает холеру и другие кишечные инфекции. Образование биопленок индуцируется при низких температурах через повышение уровня сигнальной молекулы, циклическая дигуанилатная молекула (ц-ди-ГМФ) [Townsley et al., 2015].

Биопленки в промышленности

Биопленки вызывают серьезные трудности в промышленности, например:

- биокоррозия трубопроводов;

- обрастания технологического оборудования;

- обрастания нефтяных платформ.

В пищевой промышленности образование биопленок на продуктах питания повышает риск заражения патогенными микроорганизмами. В результате чего наблюдается возникновение инфекций у людей. В природных условиях могут вызывать ухудшение экологического состояния, например, изменения качества и чистоты воды [Биопленки].

Подземные воды используются в качестве ценного ресурса для питьевой воды в мире. Возрастающая антропогенная деятельность оказывает возрастающее давление на ресурсы подземных вод. Одним из последствий увеличения отбора подземных вод в сочетании с увеличением отбора воды в сухую погоду приводит к снижению уровня грунтовых вод в водоносных горизонтах. Биопленки в пределах водоносных горизонтов подземных вод обеспечивают защиту подземных вод путем удаления загрязнителей, поступающих в систему землепользования. Провели следующий эксперимент, влияние высыхания на биопленки, присутствующих в водоносных горизонтах подземных вод с использованием полевых и лабораторных экспериментов. В обоих экспериментах наблюдалось снижение активности ферментов (глюкозидазы, эстеразы и фосфатазы), но в высушенных образцах эффект сильнее проявляется по сравнению с влажными образцами. Тем не менее, сопоставляя все данные вместе, никаких существенных различий между образцами не было обнаружено.

Исследование показывает, что биопленки в системах подземных вод являются устойчивыми и могут выдерживать периоды высыхания [Weaver et al., 2015].

⇐ Предыдущая1234Следующая ⇒

Поделиться: