Жизнь микробов в экстремальных условиях - Кашнер Д.
Скачать (прямая ссылка):
А. СИНТЕЗ БЕЛКОВ
1. Изучение синтеза белков
на клеточном уровне
Синтез белков интактными клетками некоторых психрофильных микроорганизмов при относительно умеренных температурах прекращается. Например, синтез белков облигатным психрофи-лом Pseudomonas останавливается при 22,5°С (Harder, Veld-kamp, 1968). Аналогично в условиях-непрерывного культивирования в хемостате скорость' синтеза белков этим же организмом •быстро падала при температуре около 20°С (Harder, Veldkamp, 1967). В этих же условиях переставал синтезировать белки (судя по включению радиоактивных аминокислот) и одновременно утрачивал жизнеспособность М. cryophilus (Malcolm, 1968b).
В данном случае изменение скорости гибели клеток под действием различных температур соответствовало степени подавления белкового синтеза Начало потери жизнеспособности у V. marinus совпадало с началом подавления белкового синтеза при 22°С (Cooper, Morita, 1972). Синтез белков in vivo у Bacillus psychro-philus и Bacillus insolitus и их рост следовали параллельно друг другу, причем оба процесса протекали с меньшей скоростью при 30°С по сравнению с 20°С (Bobier et'al., 1972).
Как следует ожидать, синтез специфических клеточных белков должен быть чувствителен к температуре. Например, при относительно умеренной температуре 25°С синтез различных индуцируемых ферментных систем у психрофильных микроорганизмов подавляется. При 25°С прекращался синтез люминесцентной системы психрофильной фотобактерии, условно идентифицированной как штамм Photobacterium fischeri (Makemson, 1973). Кроме того, при 25°С отсутствовала индукция синтеза формиат-гидрогеназы (Quist, Stokes, 1969) у выделенного раньше штамма 82 психрофилы-юй бактерии (Upadhyay, Stokes, 1962). При 35°С психрофильный штамм Pseudomonas 548 перестает синтезировать протеазу (Kato et al., 1972), а психрофильная культура Pseudomonas fluorescens — ферментную систему окисления бензойной кислоты (Quist, Stokes, 1972).
2. Изучение синтеза белков
на субклеточном уровне
а. Рибосомы. Очевидно, при относительно умеренных температурах синтез белков микроорганизмами подавляется. Чтобы выявить чувствительные к этим температурам стадии, были изучены различные субклеточные фракции. Так, например, была исследована физическая устойчивость рибосом психрофилов, ме-зофилов и термофилов к нагреванию путем сравнения величин их гиперхромиого эффекта при 260 нм. Была установлена положительная корреляция между значениями Тш (температура, при которой поглощение при 260 нм возрастает на 50% максимальной величины) рибосом из 19 микроорганизмов и максимальной температурой их роста (Расе, Campbell, 1967). Кроме того, по мере повышения максимальной температуры роста увеличивается суммарное содержание гуанина и цитозина в рРНК, выделенной из каждого микроорганизма. Температуры, при которых начинается денатурация выделенных рРНК, меньше тех, при которых наблюдается гиперхромный эффект целых рибосом; следовательно, термостабильность рибосом обусловлена взаимодействием между РНК и белком.
При помощи аналогичного сравнительного подхода была измерена устойчивость к нагреванию рибосом из одного психро-
фильного, одного мезофильного и двух термофильных видов кло-стридиев (Irwin et al., 1973). Значения Тт психрофильиого и мезофильного видов почти не отличались друг от друга, в то время как величины Тт термофильных организмов были выше. При выделении и изучении рРНК из этих микроорганизмов оказалось, что величины Тт сходны между собой, правда, у психрофила и мезофила некоторая денатурация наблюдается при »более низких температурах, чем у термофилов. Профили денатурации рибосом из психрофильиого организма Candida gelida и мезофильного штамма Candida utilis (Nash, Grant, 1969) свидетельствуют о том, что рибосомы первого организма более чувствительны к нагреванию по сравнению с. рибосомами второго (величины Тт равны соответственно 49 и 52).
Следует отметить, что температуры, при которых происходит денатурация рибосом психрофильных микроорганизмов (исходя из величин Гт), гораздо больше, чем верхний предел роста этих организмов. Вместе с тем существует положительная корреляция между температурой денатурации рибосом или рРНК и максимальной температурой роста различных психрофилов, а также мезофилов и термофилов. Таким образом, трудно сказать, имеет ли такая взаимосвязь прямое отношение к верхней температурной границе роста психрофильных микроорганизмов.
Денатурация рибосом психрофильных микроорганизмов под действием температуры была обнаружена также при помощи цент^ифгугирова'ййя в градиенте плотности сахарозы. В отсутствие нагре'вания профиль седиментации рибосом психрофильиого организма С. gelida состоит из двух четких компонентов (Nash, Grant, 1969). После нагревания рибосом при 45°С в течение 5 мин количество более легкого компонента увеличивается. Повышение температуры еще на 5°С в течение того же периода времени приводило к полному исчезновению более тяжелого компонента, что указывает на разрушение рибосом. В свете возможного существования взаимосвязи между такой деградацией рибосом и максимальной температурой роста особый интерес представляет собой тот факт, что в аналогичных экспериментальных условиях рибосомы мезофильного вида того же рода, а именно Candida utilis, не претерпевали почти никаких изменений, и их профили денатурации совсем не содержали более легкого компонента. К тому же количество более тяжелого компонента было примерно одно и то же у обоих видов. В то же время, хотя анализ рибосом психрофильиого и мезофильного видов Clostridium при помощи центрифугирования в градиенте плотности сахарозы и позволил обнаружить структурные изменения при 55°С, рибосомы психрофильиого вида клостридиев подвергались агрегации, в то время как рибосомы мезофильного представителя клостридиев диссоциировали (Irwin et al,, 1973). Следовательно, характер
