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

I наблюдается интенсивное накопление биомассы бактерий и образование уксусной и масляной кислот. Далее происходит резкое падение кислотности в среде выращивания и переход в фазу II, связанную с падением численности бактерий и об- разованием совершенно других продуктов – ацетона, этанола

ибутанола. В болеепозднихисследованияхдвухфазностьбыла установлена при образовании антибиотиков у актиномицетов

имицелиальных грибов. Так был установлен ряд закономер- ностей, которые в последствии легли в основу классической биотехнологии.

Суть их состояла в следующем:

•активный рост биомассы (или, как это стали называть позднее, стадия «биоза») сопровождается образованием специфических метаболитов, например, синтетических интермедиатов и ключевых соединений, таких как белки и ДНК, резкоотличающихся от продуктов второй фазы;

•после активного роста начинается остановка процессов пролиферации с последующим автолизом клетки и об- разованием новых продуктов, возникающих в результате измененного метаболизма.

Всовременной биотехнологии на этом явлении основаны многиебиотехнологическиепроизводства,например,антибио- тиков,лимоннойкислоты,получениякаротиноидов,гормонов

идругихсоединений, которыеможнополучитьтольковфазуII развитиягрибов.Черезнескольколетпослеоткрытиядвухфаз- ности процессов броженияэтазакономерностьначалашироко обсуждаться за рубежом, была опубликована основополагаю- щая статья Бу’Лока (Bu’Lock), и были введены новые термины

– вторичный метаболизм, трофофаза и идиофаза – без ссылки на работу В.Н. Шапошникова и его учеников о двухфазности процессов брожения.

Практическое значение вторичных метаболитов трудно переоценить. Особоговниманиязаслуживаеттотфакт,чторяд закономерностейэтогопроцессаможноперенестинакультуры тканей животных и растений, причем особый интерес в этом отношении представляют ткани меланомы. В животноводстве широко применяются ростстимулирующие препараты акти-

http://www.mycology.ru

© Национальная академия микологии, 2013

52 Фундаментальные основы микологии и создание лекарственных...

номицетного происхождения, например, давно используются кормогризин, витамицин и кормарин. Вторичные метаболиты грибовнаходятприменениевкачествестимуляторовростасель- скохозяйственныхрастений.Радиклоноваякислота,получаемая изнизшихгрибов,значительноускоряетростпроростковрисаи китайскойкапусты.α-ГормонSaccharomyces cerevisiae вызывает усиление ростаовса засчетускоренияудлинения колеоптиля.

Особоезначениеимеютвторичныеметаболитыизопреноид- ной структуры – убихиноны, изучение кинетики образования которыхугрибовпозволяетотнестиихквторичнымметаболи- там. Обнаружено, в частности, что гексагидроубихинон-4 ока- зывает профилактическоедействие при пищевой дистрофии у обезьян.Этопозволяетприменятьубихиноныприособойформе анемии,вызываемойбелковымголоданием.Большоезначениев медицинеисельскомхозяйствеимеюткаротиноиды–ликопин, лютеин,зеаксантинидр.Способыихполученияипрактическая значимость приведеныдальше (Часть 3, разд. 2.1.)

Литература

Беккер М.Е.,Дамберг Б.Е., РапопортА.И. Анабиоз микроорганизмов. Рига: «ЗИНАТНЕ», 1981. 253 с.

БухаринО.В., ГинцбургА.Л., РомановаЮ.М.,Эль-РегистанГ.И. Меха- низмы выживания бактерий. М.: Медицина, 2005. 349 с.

Голдовский А.М. Анабиоз и его практическое значение. Л.: Наука, 1986. 169 с.

КоломийцеваИ.К.Липидывгибернациииискусственномгипобиозе млекопитающих // Биохимия. 2011. Т. 76. № 12. С. 1604–1614.

Ушатинская Р.С. Скрытая жизнь и анабиоз. М.: Наука, 1990. 182 с. Феофилова Е.П. Гетероталлизм мукоровых грибов: биологическое

значениеи использованиев биотехнологии // Прикл. биохимия и микробиология. 2006. Т. 42. № 5. С. 501–519.

Харрис Г. Ядро и цитоплазма. М.: Мир, 1973. 185 с.

Шапошников В.Н. Физиология обмена веществ микроорганизмов в связи сэволюцией функций. М.: Изд-во АН СССР, 1960. 156 с.

BuLock J.D. The biosynthesis of natural products. An introduction to secondary metabolism. London–Toronto–Sydney: MacGrow-Hill Publishing Company Limited, 1965. 210 p.

http://www.mycology.ru

© Национальная академия микологии, 2013

Глава 4

Диморфизмугрибов ифакторы, оказывающиевлияниенаморфогенез

Диморфизмопределяетжизненнуюстратегиюгрибовпутем образования клеток альтернативных морфотипов, обеспечи- вающих рост и выживание культуры в различных (в том числе стрессовых) условиях. Для диморфных грибов характерно об- разованиедвухморфологическихформ–мицелиальнойидрож- жеподобной.Ихнаиболеесущественныеразличияобусловлены структуройимеханизмамиформированияклеточнойстенки,а такжехарактеромростаклетки(апикальнымилисферическим).

Проявлениедиморфизмаугрибовсопряженоссущественны- миизменениямибиосинтетическихиэнергетическихпроцессов

иструктурно-морфологическиххарактеристик,чтоимеетадап- тивный характер и направлено на поддержание жизнеспособ- ностиорганизмавизменившихсяусловиях.Морфогенетический ответ грибов вызывают многие факторы окружающей среды, среди которых основными считаются наличие сбраживаемой гексозы и анаэробная атмосфера, способствующие развитию дрожжеподобных клеток, а присутствие кислорода обычно благоприятнодля развития мицелия.

Впоследние годы интерес к изучению диморфизма грибов возросблагодарятому,чтоэтотфеноменсвязансширокимрас- пространением возбудителей микозов животных и человека

ипатогенов сельскохозяйственных растений. Мицелиальная

идрожжевая формы диморфных грибов, многие из которых являются патогенными, имеют разную вирулентность. Наи- большуюзначимостьдлячеловекаимеютвызывающиеоппорту- нистическиемикозыаскомицетныеибазидиомицетныегрибы,

53

http://www.mycology.ru

© Национальная академия микологии, 2013

54 Фундаментальные основы микологии и создание лекарственных...

такие как Candida albicans, C. glabrata, C. lusitania, Cryptococcus neoformans, Blastomyces dermatitidis, Paracoccidioides brasiliensis, а такжефитопатогенныегрибыUstilago maydis, Colletotrichum sp.,

Magnaporthe grisea и др. У большинства грибов мицелиальная форманеобходимадля инвазии в организм хозяина, адрожже- подобнаяформаболееустойчивакантибиотикам,повышенным температурам и кислотности, а также к низкому содержанию кислородавсреде.Мукоровыегрибы,укоторыхибыловпервые открытоявлениедиморфизма,являютсяклассическоймоделью для исследований. Хотя в своем большинстве они не патоген- ны, отдельные виды в определенных условиях также могут вы- зывать оппортунистические инфекции – мукормикозы разной локализации, при этом патогенной формой гриба является мицелиальная.

Принято считать, что морфогенез грибов сводится к форме клетки,котораяопределяетсясоставомистроениемклеточной стенки. Клеточныестенкигифмицелиянеимеютвыраженных слоев, они более плотные, менее волокнистые, чем клеточные стенки дрожжеподобных клеток. Соответственно, дрожжепо- добные клетки характеризуются более толстыми и рыхлыми клеточными стенками сдвумя хорошо различимыми слоями.

Главным структурным компонентом клеточных стенок (КС) гиф и дрожжеподобных клеток мукоровых грибов являются фибриллы хитина и хитозана, погруженные в матрикс поли- уронидов мукорана и мукоровой кислоты, гликопротеины и гликопептиды. Основные различия КС двух морфологических формкасаются,главнымобразом,содержанияманнозыибелка

– главных компонентов мукоранового матрикса, уровень кото- рых выше в дрожжеподобных клетках, и фукозо- и галактозо- содержащих полимеров, в большем количестве содержащихся в мицелиальных КС.

Отложение материала новой КС при сферическом (дрож- жеподобном) росте происходит диффузной интеркаляцией по всейповерхностиклетки, адлярастущегомицелияхарактерно апикальноеотложениеновогоматериала.Исследованиесинтеза хитина и хитозана in vivo по результатам включения N-ацетил- D-[3H]-глюкозамина в полимеры показало, что их биосинтез в

http://www.mycology.ru

мицелии осуществляется c гораздо более высокой скоростью, чемвдрожжеподобныхклетках.Такжепоказано,чтовмицелии содержится большехитина, чем в дрожжеподобных клетках.

Кроме компонентов КС в определении формы клеток при- нимаютучастие компоненты цитоскелета – актин и тубулин.

Помимотакихприродныхморфопоэтическихфакторов,как глюкоза, СО2, N2, сывороточные факторы, температура, в ис- следованиях по влиянию на характер роста мукоровых грибов используются синтетические соединения, которые вызывают сходный эффект, однако механизмыдействия которых различ- ны. Среди них вещества, ингибирующие митохондриальные процессы транспорта электронов (цианид, антимицин А) и окислительного фосфорилирования (олигомицин), токсиче- ские соединения (хлоранилины), хлорамфеникол, различные азолы – ингибиторы биосинтеза стеринов, циклолейцин – ин- гибитор S-аденозилдеметилазы. Показано, что блокирование синтеза фосфолипидов полиеновым антибиотиком церулени- ном,ингибирующимсинтетазужирныхкислот,предотвращает образование мицелия. Кроме того, известно, что уровень рН регулирует многие физиологические процессы, влияющие на морфологию и проявление диморфизма у различных грибов,

таких как Aspergillus nidulans, Fusarium sp., Candida albicans, Mucor circinelloides var.lusitanicus.

Мицелий и дрожжеподобные клетки характеризуются существенными метаболическими различиями, например, в энергетическом метаболизме (дыхание и брожение), углерод- номметаболизме(болеевысокиеактивностиферментовцикла трикарбоновыхкислотвмицелиииферментовглиоксилатного циклаудрожжеподоныхклеток),азотномметаболизме(в дрож- жеподобнойформеактивностьНАД-иНАДФ-зависимойглута- матдегидрогеназ ниже,чем в мицелиальной), атакжев составе липидов.

Врегуляцииморфологическихпереходовмицелий–дрожже- подобные клетки принимают участие различные эндогенные регуляторы. Циклический АМФ является эффектором цАМФзависимыхпротеинкиназумногихдрожжейигрибов,которые участвуют в передаче сигнала, регулируют характер роста и в

http://www.mycology.ru