Жизнь микробов в экстремальных условиях - Кашнер Д.
Скачать (прямая ссылка):
ми (Fridovich, 1974, 1975). Если в сосуде, содержимое которого затем будет подвергнуто действию высокого давления, останется воздух, он будет медленно растворяться, и содержимое сосуда подвергнется действию высокого давления кислорода. Последнее может и не оказаться вредным для аэробного или факультативного организма, если количество оставшегося воздуха невелико. В действительности часто возникает другая проблема — предоставления организмам достаточного количества кислорода для дыхания. Методы подачи кислорода под давлением, позволяющие избегать действия, чрезмерно высоких концентраций этого газа на клетки, подробно рассмотрены в обзоре Маркиза (Marquis, 1976).
В настоящее время усилия многих исследователей направлены на то, чтобы установить природу повреждений, которые возникают в клетках при высоком давлении кислорода. Соответствующие данные для микроорганизмов можно найти в обзоре Готлиба (Gottlieb, 1971). Фридович (Fridovich, 1974, 1975) подробно рассматривает в целом проблему токсичности кислорода и роль пероксид-дисмутазы, которая обеспечивает защиту против токсичности. Оказалось, что гидростатическое давление заметно усиливает токсичность кислорода для аэробных и факультативных бактерий (ZoBell, Hittle, 1967). Например, ~1 атм кислорода (36 мкг-мл-1) при 1 атм гидростатического давления иногда даже стимулирует рост Е. coli, Bacillus subiilis или Bacillus megaterium в питательном бульоне. Однако при 100 атм гидростатического давления тот же уровень 02 летален для клеток всех трех видов, хотя само по себе гидростатическое давление такого уровня не подавляет их рост. Недавно мы попытались выяснить молекулярный механизм этого столь примечательного усиливающего действия давления. Сначала было выдвинуто предположение, что давление ингибирует активность пероксид-дисмутазы. Однако Стефен Том (Stephen Thom, неопубликованные данные) установил, что давления до 600 атм совсем не влияют на активность пероксид-дисмутазы 5. faecalis или Е. coli. Не исключено, что давление способно повышать образование свободных 'радикалов, что оно может стабилизировать их или усиливать повреждения, которые они вызывают, но во всяком случае давление не ингибирует активность пероксид-дисмутазы.
Мы обнаружили, что анестезирующие газы также увеличивают токсичность кислорода для S. faecalis и что это увеличение не зависит от какого-либо эффекта давления (Fenn, Marquis, 1968). Таким образом, создается впечатление, что в ингибирующем действии анестезирующих газов, кислорода и . самого по себе давления может быть нечто общее. Мы установили также, что анестезирующие газы эффективны не только в случае животных, но и бактериальных клеток. Эффективность оценивали
по замедлению роста. По эффективности газы можно расположить в следующем порядке: ксенон и закись азота> аргон ;> азот. Гелий при давлениях газа до 41 атм не оказывает воздействия. •Однако при более высоких давлениях (около 100 атм) гелий подавляет рост различных бактерий (Kenis, 1971). Напротив, гелий при давлении 68 атм в присутствии 0,2 атм кислорода стимулирует рост Е. coli на минимальной среде (Schlamm et al., 1974). Стимулирование выражается в том, что, как показывают кривые роста, лаг-фаза сокращается, в то время как скорость экспоненциального роста и выход биомассы остаются без изменений. Сокращение лаг-фазы является, по-видимому, результатом усиленного поглощения железа, так как гелий не оказывал влияния на культуры, к которым добавляли природное соединение, образующее хелатный комплекс с железом, а именно 2,3-диоксибензоилсерин или его предшественник — 2,3-диоксибен-зойную кислоту. Гидростатическое давление в 68 атм не оказывало стимулирующего воздействия; следовательно, этот эффект был вызван скорее гелием, а не давлением самим по себе. Как было обнаружено ранее, гелий при давлении 68 атм увеличивает также максимальную скорость поглощения р-галактозида клетками Е. coli, в то время как константа Михаэлиса реакции остается без изменений (Daily, Schlamm, 1972). То же самое давление гелия повышает чувствительность Staphylococcus aureus к колистиметату, но снижает чувствительность к пенициллину, цефалотину, ванкомицину и тетрациклину (Schlamm, Daily, 1972).
Анестезирующие газы замедляют рост Neurospora crassa (Buchheit et al., 1966). Скорость роста уменьшается на 50% при следующих парциальных давлениях газов: 0,8 атм Хе, 1,6 атм Кг, 3,8 атм Аг, 35 атм Ne и около 303 атм Не. Гидростатическое давление служит, по-видимому, важным фактором в подавлении роста гелием, но не в ингибировании его другими газами. В данной работе азот оказался не очень эффективным; в ряду активности он занимал то же место, что и гелий. Относительная растворимость газов в липидах непосредственно связана с их эффективностью, например с наркотическим действием на животных; в первую очередь эта взаимосвязь позволяет предполагать, что действие газов заключается в растворении липидной фазы клеточной мембраны, приводящем к изменению структуры мембраны и обратимой потере функции. Кроме того, эффективность непосредственно связана с размером молекул и поляризуемостью. Анестезирующие газы способны вызывать обратимые изменения структуры глобулярных белков (Balasubramanian, Wet-laufer, 1966); их ингибирующее действие может объясняться тем, что они денатурируют белки, Ъ. не тем — или по крайней мере не только тем, — что под их влиянием мембрана расширяется.
