Материал: Феофилова, Е. П. Фундаментальные основы микологии и создание лекарственных препаратов из мицелиальных грибов

© Национальная академия микологии, 2013

46 Фундаментальные основы микологии и создание лекарственных...

Литература

Мысякина И.С., Фунтикова Н.С. Рольстеринов в морфогенетических процессах и диморфизме грибов // Микробиология. 2007. Т. 76. № 1. С. 5–18.

Мысякина И.С., Феофилова Е.П. Липиды в морфогенетических про- цессах мицелиальных грибов // Микробиология. 2011. Т. 80. № 3. С. 291–300.

Терешина В.М., Меморская А.С., Феофилова Е.П., Немцев Д.В., Коз- лов В.М. Получение из мицелиальных грибов полисахаридных комплексовиопределениестепениихдеацетилирования//Микро- биология. 1997. Т. 66. № 1. С. 88–89.

Феофилова Е.П. Гетероталлизм мукоровых грибов: биологическая функция и использование в биотехнологии // Прикл. биохимия и микробиология. 2006. Т. 42. № 5. С. 501–519.

Феофилова Е.П., Терешина В.М., Кочкина Г.А. О филогенетических связяхгрибовсемействаChanephoraceaeспозицийгетероталлизма // Микробиология. 1997. Т. 66. № 6. С. 840–845.

BarreroA.F., Herrador M.M., Artaega P., Gil. J., Gonzales L.-A., Alcalde E., Cerda-OlmedoE.Newapocarotenoidandβ-carotencleavageinBlakes- lea trispora //Organic&BiomolecularChemistry.2011.V.9.P.7190–7195.

Gooday G.W. Sporopollenin formation in ascospore wall of Neurospora crassa // Arch. Microbiol. 1971. V. 101. P. 145–151.

Gooday G.W. Hormoneof mycelial fungi. The Mycota. Ed. J.G.H. Wessels, F. Meinhardt. Berlin-Heidelberg-London-N.Y.: Springer-Verlag, 1994. V. 1. P. 401–409.

HasanH.A.Gibberellinandauxin-indoleproductionbyplantroot-fungiand theirbiosynthesisundersalinity-calciuminteraction//ActaMicrobiol. Immunol. Hung. 2002. V. 49. № 1. P. 105–118.

Weete J.D. Lipids in fungal growthand reproduction // The Fungal Spore: MorphogeneticControls/Eds.TurianG.,HohlH.R.London-NewYork- Toronto- Sydney-San Francisco: Acad. Press, 1981. P. 463–486.

WeeteJ.D.Structureandfunctionofsterolsinfungi//Adv.LipidRes.1989. V. 23. P. 115–167.

http://www.mycology.ru

© Национальная академия микологии, 2013

Глава 3

Цикл развитиягрибов, вторичный метаболизмипокой

Спора, попадая в благоприятные условия, начинает про- растать, и в этом процессе различают следующие стадии, ос- нованные на морфологических изменениях: набухание споры, образованиепроростковойтрубочки,ееудлинение,образование гифы и ее ветвление. В настоящее время более приняты следу- ющиестадиипрорастания: набухание, адгезия,деконденсация ядер, инициирование поляризованного роста, митоз, рост гиф и образование септ. Под термином «спора» у грибов понима- ется специализированная клетка, образующаяся в результате бесполого или полового процесса. Поэтому в широком смысле споругрибоврассматриваюткак«началоиконецразвитияэтих организмов». Процесс спорообразования можно представить как определенную стратегию многих организмов (растений, животных, микроорганизмов), позволяющихсохранитьгеном-

ный материал (genomic safe house).

Этотпроцессвызываетcяцелымрядомнеблагоприятныхфак- торов: голоданием, охлаждением, нагреванием, химическими реагентами,втомчислеядами,атакжесветом,радиациейидр.

Среди этих физико-химических факторов наиболее распро- страненным является голодание. Споры в жизненном цикле грибов кромеосновнойфункции (завершенияпроцессабеспо- лойиполовойрепродукции)выполняютещедве:обеспечивают способностьвыживатьпринаступлениинеблагоприятныхусло- вийиспособствуютраспространениювидавовнешнемареале.

После того, как спора прорастает, наступает фаза активного роста. Этуфазуназываюттрофофазой,т.е. фазой питания. Она

47

http://www.mycology.ru

© Национальная академия микологии, 2013

48 Фундаментальные основы микологии и создание лекарственных...

продолжается, пока в среде достаточно питательного субстра- та. Как только начинается его истощение, ростовые процессы останавливаются, начинается новыйэтап развитияорганизма, называемый вторичным метаболизмом, а затем происходит переход к особому состоянию – криптобиозу, скрытой жизни (у грибов его называют покоем). Покой у спор грибов может бытьконститутивным(эндогенным)иэкзогенным.Дляпервого характерны такие признаки, как специальные клеточные ба- рьеры для проникновения питательных веществ, образование метаболических блоков, наличие аутоингибиторных соедине- ний. Такое состояние покоя имеет более сложную регуляцию и контролируетсянацитоплазматическомуровне,причемвэтом процессеучаствуютдолгоживущиематрицы.Значениеэтихма- триц для процесса цитодифферецировки, влияние на процесс спорогенеза ингибиторов синтеза белка (циклогексимида) и нуклеиновыхкислот(актиномицинаD)подробнообсуждается в неустаревшей досих пор книгеХарриса (1973).

Второй тип покоя – экзогенный – иногда называют покоем, зависящим целиком от окружающих факторов, среди которых решающим является влажность. Действительно, как только действие неблагоприятного фактора снимается, начинаются процессы вегетативного роста. Это состояние покоя зависит в большинствеслучаевототсутствияводы,икактолькоспорагри- бовпопадаетвводноеокружение,ивнеепроникаетвода,начи- наютсяпроцессыпрорастания.Вданномслучаедополнительной активации,т.е.обработоктеплом,химическимисоединениями, нарушающимицелостностьклеточнойоболочки,нетребуется.

Рядавтороввводятещетермининдуцированныйпокой,или вторичный покой. В качестве примера можно привести уреди- ниоспоры Puccinia graminis tritici, которым для прорастания необходим термошок, но только после того, как споры этого ржавчинного грибахранились нахолоде.

В фазу подготовки к переходу к покою (эта фаза в развитии грибовназываетсяидиофазой)метаболизмклеткирезкоменя- ется, и начинают синтезироваться соединения, необходимые для обеспечения покоя, т.е. процесса спорообразования. У му- коровыхгрибовэтокаротиноиды,триспоровыекислоты,споро-

http://www.mycology.ru

полленин. Последний входит в состав клеточной стеники (КС) спор,приэтомрезкоувеличиваетсясинтезхитинаиβ-глюкана, так что спора хорошо защищена от внешних неблагоприятных воздействий. В спорах грибов содержатся самоингибиторы прорастания, например триметиламины, метил-цис-ферулат (метиловый эфир цис-феруловой кислоты), канавалин.

Какотмечалосьвыше, в идиофазерезкоизменяетсяметабо- лизмгрибной гифы, иначинаютпреобладатьпроцессытакна- зываемоговторичногометаболизма.Этоявлениележитвоснове многихбиотехнологическихпроцессов, поэтомумысочливоз- можнымуделитьемуособоевнимание. Крометого, вторичный метаболизм широко распространен среди микроорганизмов, растений и животных, поэтому изучение этого явления пред- ставляетсобой общебиологическую задачу.

У микроорганизмов вторичный метаболизм обнаруживает специфические черты: в процессе развития культур микробов можноболеечеткоидентифицироватьфазуроста(трофофазу)и фазуспециализацииклеток(идиофазу).Видиофазепроисходит синтез специальных соединений – гормонов, антибиотиков, токсинов,некоторыхпигментов,алкалоидовидр.,–называемых вторичными метаболитами.

Согласносовременнымпредставлениям,квторичнымметабо- литамотносятсоединения,обладающиеследующимипризнака- ми:узкойвидовойспецифичностью,большимразнообразиемхи- мическогостроения,способностьюсинтезироватьсякультурами микроорганизмовприопределенныхусловияхкультивирования

инаопределенныхфазах их развития. Синтез вторичных мета- болитов происходит на фоне глубоких изменений клеточного метаболизма, является выражением клеточной специализации

изависитотдифференциальной экспрессии генов. Вторичныйметаболизмпредставляетсобойхарактернуюосо-

бенностьобщегообменаклеток,обусловленгенетическииосу- ществляетсяспецифическимиферментами. Синтезвторичных соединенийрегулируетсясинтазами,которыерепрессированы в период активного роста культур микроорганизмов. Данные последних лет позволяют предположить, что в образовании вторичных метаболитов не участвуют некоторые контрольные

http://www.mycology.ru

© Национальная академия микологии, 2013

50 Фундаментальные основы микологии и создание лекарственных...

механизмы (например, регуляция нуклеозидполифосфатами), координирующие синтез первичных метаболитов. В то же времяобнаруженыуникальныемеханизмысинтезавторичных соединений, не свойственные первичному обмену. Большое значениеимееткомпартментализациявторичныхметаболитов, так как пространственное расположение в клетке этих соеди- нений является одним из важных контрольных механизмов во вторичном метаболизме. В этом плане значительный интерес представляетисследованиебиологическихреакций,спомощью которых вторичные метаболиты удерживаются в специальных компартментах.

Вторичныеметаболитывыполняютумикроорганизмовраз- нообразные функции и тесно связаны с первичным обменом. Ранеесчитали,чтобиологическаярольвторичныхпродуктов,в частностиантибиотиков,сводитсяк«биологическомуоружию» микробной клетки в борьбе с конкурирующими видами. В по- следние годы синтез вторичных метаболитов рассматривается какмеханизм,способствующийбиохимическойэволюциивидов

иувеличивающий ихвозможностьадаптироватьсяивыживать приизмененииокружающихусловий,вчастности, пристрессе

иобразованиипокоящихсяклеток. Например, β-каротин (вто- ричный метаболит) подвергается процессу окислительной по- лимеризациисобразованиемспорополленина,которыйвходит в состав оболочки спор мукоровых грибов.

Необходимо отметить, что фундаментом, на котором воз- никло учение о вторичном метаболизме у микроорганизмов, послужилиработыакадемикаВ.Н.Шапошниковаиегоучеников

овзаимосвязи процессов сбраживания с конструктивным об- меном иодвухфазности в обменевеществ умикроорганизмов. Впервые В.Н. Шапошников на примере ацетонобутилового броженияпоказал,чтоорганизмвфазероста–трофофазе(или по терминологии В.И. Шапошникова – I фазе) по метаболизму резкоотличаетсяоттогожеорганизма, нов идиофазе(IIфаза).

Феномендвухфазности был впервыеобнаружен на примере ацетонобутилового брожения Clostridium acetobutylicum при организациив г. Грозномзаводапопроизводствуацетонаи бу- танола. Сущностьэтогопроцессасостоялавследующем. Вфазе

http://www.mycology.ru