Жизнь микробов в экстремальных условиях - Кашнер Д.
Скачать (прямая ссылка):
Было высказано предположение (Babel et al., 1972), что кардинальные температуры роста зависят от конформации одного или нескольких ключевых ферментов. Основываясь на этом допущении, авторы дают следующие определения кардинальных температур: Ттш — минимальная температура роста, при которой у белков наблюдается переход от жесткой, неактивной конформации к конформации с ограниченной гибкостью; r0pt — оптимальная температура роста, определяющая наиболее благоприятное конформационное состояние ферментных белков; при Ттах начинаются нарушения конформации белков и снижение их ферментативной активности, а выше этой температуры рост прекращается вследствие тепловой денатурации белков. Сравнение свойств нуклеиновых кислот, липидов и ферментов привело к выводу, что за определение Ттах скорее всего несут ответственность ферменты. Была сделана попытка (Babel et al., 1972) объяснить наличие у бактерий минимальной температуры роста,, используя для этого термофил В. stearothermophilus АТСС 12980,. который имеет следующие кардинальные температуры роста: 37°С (Тщв), 63°С (Тopt) и 72°С (Тшах). При интерпретации полученных данных авторы исключили многие из возможных причин существования Tmin, например накопление токсичных продуктов обмена из-за дисбаланса ферментов с разными температурными характеристиками, ингибирование по принципу обратной связи,
репрессию синтеза ферментов, подавление мембранного транспорта, изменения в мембранах и ошибки трансляции при синтезе белков. Было высказано предположение, что главным фактором, контролирующим Тщщ, является ДНК-зависимая РНК-полиме-раза. На кривой активности этого фермента из В. stearothermo-philus АТСС 12980 обнаруживается резкая точка перегиба при температуре 33°С, ниже которой энергия активации равна 65 ккал - моль-1, а выше— 13 ккал-моль-1, что свидетельствует о значительном возрастании каталитической активности.
Следует подчеркнуть, что, за исключением способности размножаться при высоких температурах, термофильные микроорганизмы в общем напоминают своих мезофильных аналогов в том отношении, что они используют для роста такие же источники углерода и азота, имеют сходные метаболические пути и по способам получения энергии и питательных веществ делятся на аэробов, анаэробов, факультативных анаэробов, автотрофов и гетеротрофов. Однако экстремальные термофилы, по-видимому, не связаны близким родством с нетермофильными изолятами. Термофилы встречаются в разнообразных (и часто необычных) условиях окружающей среды, включая арктические ледники, только что выпавший снег, термальные водоемы, пески пустынь, почву умеренной и тропической зон, молоко и различные пищевые продукты.
Ниже приводится перечень опубликованных ранее обзоров, освещающих различные аспекты термофилии: Gaughran, 1947; Allen, 1953; Koffler, 1957; Brock, 1967; Chapman, 1967; Brandts, 1967; Farrell, Rose, 1967a, b; Campbell, Pace, 1968; Friedman, 1968; Castenholz, 1969; Farrell, Campbell, 1969; Brock, 1970; Brock, Darland, 1970; Singleton, Amelunxen, 1973; Williams, 1975; Ljtmgdahl, Sherod, 1976.
III. ВОЗМОЖНЫЕ МЕХАНИЗМЫ ТЕРМОФИЛИИ
И БЛИЗКИЕ АСПЕКТЫ;
ОБЩИЕ СООБРАЖЕНИЯ
А. ЛИПИДЫ И МЕМБРАНЫ
Хейлбрун (Heilbrunn, 1924) и Билерадек (Belehradek, 1931) впервые сообщили, что липиды термофильных организмов имеют более высокие температуры плавления, чем липиды нетермофильных. Было высказано предположение, что верхний температурный предел роста бактерий определяется температурой плавления клеточных липидов. Канеда (Kaneda, 1963) показал, что у некоторых мезофильных видов рода Bacillus преобладают жирные кислоты с разветвленной цепью из 15 атомов углерода. Брок (Brock, 1967) предположил, что возрастание процентного содер-
жаиия насыщенных и разветвленных жирных кислот при повышении температуры выращивания микроорганизмов приводит к образованию более устойчивой клеточной мембраны. Было обнаружено, что к главным липидным компонентам некоторых экстремальных термофилов относятся жирные кислоты, содержащие 17, 18 и 19 атомов углерода (Bauman, Simmonds, 1969). Дарон (Daron, 1970) изучил жирнокислотный состав липидных экстрактов, полученных из термофильного представителя рода Bacillus, сходного с В. stearothermophilus. Жирные кислоты с 16 или 17 атомами углерода составляли свыше 80% общего их количества; разветвленные жирные кислоты преобладали над нормальными. Повышение температуры выращивания от 40 до 60°С вызывало 3—4-кратное увеличение соотношения между нормальной и разветвленной гексадекановыми кислотами и снижение доли ненасыщенных жирных кислот.
Было изучено влияние температуры выращивания клеток Т. aquaticus (Ray et al. 1971a) на их жирнокислотный состав. В ответ на повышение температуры (от 50 до 75°С с интервалами в 5°С) в клетках снижалась доля моноеновых и разветвленных С17-жирных кислот и увеличивалась доля высокоплавких изо-Cie- и я-С^-жирных кислот. В клетках, выращенных при 75°С, общее содержание жирных кислот было на 70% выше, чем в клетках, выращенных при 50°С; наиболее сильно возросло содержание изо-CiQ- и я-С^-жирных кислот. В последующей работе те же авторы (Ray et al., 1971b) показали, что при изменении температуры выращивания от 50 до 75°С (с интервалами в 5°С) наблюдалось двукратное увеличение уровня фосфолипидов и ка-ротиноидов и четырехкратное увеличение количества гликолипидов. При повышении температуры доля липидов каждого класса сохранялась постоянной. На основе этих данных авторы высказали предположение, что липиды играют определенную роль в молекулярном механизме термофилии, причем гликолипиды, по-видимому, способствуют термостабильности мембран.
