Жизнь микробов в экстремальных условиях - Кашнер Д.
Скачать (прямая ссылка):
Полинг (Pauling, 1961) высказал предположение, что действие газов состоит в индуцировании образования клатратов и изменении структуры клеточной воды. Однако это предположение плохо согласуется с экспериментальными наблюдениями. В настоящее время мы не располагаем никакими или почти никакими подробными данными о биохимических механизмах, лежащих в основе подавления роста анестезирующими газами.
Анестезирующие газы замедляют также рост клеток HeLa в моиослойиой культуре (Bruemmer et al., 1967). По эффективности их можно расположить в следующей последовательности: ЫгО и Xe>Kr>Ar>Ne или Не. Ксенон при давлении 7,2 атм наносил необратимые повреждения клеткам; эти результаты отличаются от полученных нами данных, свидетельствующих лишь об обратимом замедлении роста 5. faecalis (Fenn, Marquis,.
1968). Ксенон подавлял также прикрепление клеток HeLa к стеклу.
Макдональд провел исследования действия высоких давлений гелия или водорода и высоких гидростатических давлений на деление клеток Tetrahymena pyriformis в массовой культуре или в микрокаплях (Macdonald, 1975). Еще раньше он установил, что гидростатическое давление в 175 атм ингибирует стадии, предшествующие клеточному делению, сильнее, чем само деление или увеличение биомассы (Macdonald, 1967а, Ь). Действие гидростатического давления настолько селективно, что его можно использовать для синхронизации клеточного цикла Tetrahymena (Zimmerman, Laurence, 1975). Как показали непосредственные наблюдения под микроскопом, гидростатические давления свыше 100 атм ингибируют деление клеток, в то время как действие гелия или водорода при тех же давлениях было менее ингибирующим (Macdonald, 1975). Иными словами, существует антагонизм между действием газов и торможением роста давлением. Гелий ингибирует сильнее, чем водород. При культивировании в микрокаплях при 100 атм кривые роста клеток под давлением водорода или гелия почти не отличались,, от кривых их роста под гидростатическим давлением. При 175 атм клетки лучше .всего росли под давлением водорода; однако под давлением гелия клетки росли лучше, чем только под гидростатическим давлением, причем все эти различия особенно четко были выражены при 250 атм.
Антагонизм между давлением и анестезирующими газами может быть с успехом использован для осуществления программ исследований, проводимых с целыо увеличения глубин, на которые возможно погружение человека. Опыты, которые проводятся в Институте медицины окружающей среды при Пенсильванском университете, показали, что человек способен эффективно работать на глубине моря около 480 м (давление приблизитель-
но 50 атм), и морской флот США планирует погружение до 600 м (давление приблизительно 62 атм). По мнению Макдональда (Macdonald, 1975), физиологический предел давления для погружения человека может достигать 150 атм. Как показали опыты с животными (Brauer et al., 1971), судорог при высоких давлениях от 50 до 100 атм можно избежать, если использовать анестезирующие газы. Были разработаны простые модели, объясняющие благоприятное действие анестезирующих газов в условиях повышенного давления. В этих моделях предполагается расширение гидрофобных областей под действием анестезирующих газов и антагонистическое сжатие данных областей под действием давления (Lever et al, 1971; Miller, 1972). Вместе с тем хорошо известно, что так называемый нервный синдром высокого давления сложен и состоит из многих элементов, только часть которых снимается при помощи анестезирующих газов. Для того чтобы мы смогли достаточно четко представить себе характер взаимодействий между гидростатическим давлением и парциальным давлением кислорода и анестезирующих газов в процессе их влияния на биологические системы, необходимы многочисленные исследования.
VIII. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Обзор последних достижений, сделанных в области баробиологии микроорганизмов, свидетельствует о том, что в ближайшее десятилетие мы вправе ожидать интересных результатов, которые прольют свет на молекулярные аспекты этой проблемы и позволят лучше оценить роль давления в качестве экологического фактора биосферы. Результаты последних исследований денатурации белков под действием давления заставили пересмотреть основные положения химии белков и ту роль, которую гидрофобные взаимодействия играют в поддержании нативной конформации белков. Более того, оказалось, что биополимеры способны подвергаться денатурации при давлениях биосферы менее 1000 атм, если остальные условия для поддержания нативных состояний отличаются от оптимальных. Чувствительность к давлению эукариот определяется, по-видимому, в основном диссоциацией микротрубочек под действием давления. Создается впечатление, что баротолерантность или барочувствительность прокариот также в сильной степени зависит от нарушения равновесия между нативным и денатурированным или агрегированным и диссоциированным состояниями биополимеров. Таким образом, барофизиологические реакции организмов с молекулярной точки зрения объясняются скорее изменением объемов реакции (ДУ), а не изменением объемов активации (ДУ^).
