Жизнь микробов в экстремальных условиях - Кашнер Д.
Скачать (прямая ссылка):
Как правило, реакции биосинтеза сильнее ингибируются давлением по сравнению с реакциями катаболизма. Это различие, а также сравнительно высокая чувствительность к давлению синтеза белка свидетельствуют о том, что торможение роста микроорганизмов под действием давления, возможно, вызвано ингибированием синтеза белка (Pope, Berger, 1973; Berger, 1974). Этой же точки зрения придерживается и Элбрайт (Albright, 1975). Подробное изучение действия давления на различные этапы процесса белкового синтеза (Albright, 1969; Hildebrand, Pollard, 1972; Pope et al., 1975a, b; Schwarz, Landau, 1972a, b; Smith et al., 1975) позволило сделать вывод, что рибосомы играют очень важную роль в барочувствнтельности и что связывание аминоацилированной тРНК с полисомами является, по-видимому, наиболее чувствительной к давлению стадией процесса белкового синтеза. Однако, как показали исследования Элбрайта и соавторов (Arnold, Albright, 1971; Hardon, Albright,
1974), по крайней мере в некоторых случаях наиболее чувствительным к давлению этапом может быть амииоацилировагше тРНК
У высоко баротолерантной бактерии Pseudomonas bathycdes или у P. fluorescens включение меченых аминокислот во фракцию, нерастворимую в трихлоруксусной кислоте, гораздо меньше ингибируется давлением, чем их включение в соответствующую фракцию Е. coli, хотя P. fluorescens и нельзя назвать организмом с высокой барочувствителы-юстью (Swartz et al., 1974). Поуп и др. (Pope et al., 1975а) воспользовались этим различием для идентификации компонентов в системах, играющих наиболее важную роль в реакции организма на давление. Эти авторы получили гибридные системы для синтеза белка in vitro, которые содержали часть компонентов из Е. coli, а часть — из Pseudomonas. Устойчивость к давлению зависела от того, из какого источ-
ника были взяты рибосомы, в то время как происхождение растворимых факторов не оказывало никакого влияния на эту устойчивость. Более тонкий анализ показал, что основное значение имеет происхождение ЗОБ-субчастицы (Smith et al., 1975). Кроме того, функционирование рибосом под давлением зависит от содержания ионов в окружающей среде. Рибосомы Е. coli довольно чувствительны к давлению при высоких (150 мМ Na+ + + 60 мМ Mg2+) или низких (в отсутствие Na+ или в присутствии 16 мМ Мg2+) концентрациях ионов. Рибосомы P. fluorescens относительно баротолераитны при обоих уровнях концентрации,, а рибосомы P. bathycetes баротолераитны только при более высоких концентрациях (Smith et al., 1976). Эти исследования позволяют объяснить механизмы баротолерантности па молекулярном уровне, и можно ожидать, что в ближайшем будущем будут проведены интересные генетические эксперименты, которые расширят наши знания в этой области.
Как мы уже упоминали выше, способность 5. faecalis расти при высоком давлении на сложных средах зависит от источника энергии. Одна из последних работ Мацумуры (Matsumura, 1975) позволяет объяснить это явление. Мацумура установил, что существует прямая зависимость между баротолерантностыо и скоростями, с которыми АТР может быть получен из различных источников энергии. Чем выше эти скорости, тем устойчивее' бактерия к давлению. Кроме того, потребность в АТР для роста возрастает вместе с давлением, иа что указывает более низкий выход биомассы клеток на моль АТР (Marquis et al., 1971; Matsumura, 1975). Давление мало влияет иа катаболизм и образование АТР, но гораздо сильнее действует на рост и потребление’ АТР. При высоком давлении АТР поступает несколько меньше, а клеткам требуется его больше. Эта возросшая потребность объясняется, по-видимому, тем, что давление стимулирует АТРазу мембран 5. faecalis и выход клеточной биомассы на моль АТР можно увеличить, если добавить к питательной среде-0,01 мМ дициклогексилкарбодиимид, ингибитор АТРазы.
Создается впечатление, что в некоторых случаях давление ингибирует транспорт растворенных веществ в клетки и тем самым тормозит их рост. Это было показано, например, для 5. faecalis (Matsumura, 1975). Транспорт лактозы в клетки этого-организма осуществляется при помощи фосфотрансферазиой системы (Citti et al., 1965). При 1 атм поглощение н гидролиз лактозы ограничивают скорость роста — на среде с лактозой он протекает медленнее, чем на средах, которые вместо лактозы содержат глюкозу или галактозу. Скорость гидролиза мало зависит от давления, но транспорт сахара замедляется при его повышении. Таким образом торможение роста определяется непосредственно влиянием давления иа транспорт.
По мнению Мориты (Morita, 1975), давление в первую очередь повреждает клеточную мембрану, по крайней мере у психрофильных бактерий. Он пришел к этому выводу на основании исследования включения аминокислот или урацила и их катаболизма клетками психрофилов при 1 атм и при высоком давлении. Напротив, у других бактерий давление может стимулировать включение аминокислот (Schwarz, Landau, 1972а); таким образом, давление не всегда тормозит процессы транспорта. Например, при повышении давления усиливается поступление {3-галак-тозидов в клетки Е. coli (Schlamm, Daily, 1971; M.arquis, Keller,
