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

искусственно создавать условия, необходимые для выживания (строитьубежищаотхолода, иметьтеплуюодежду и т.д.)

Втораястратегия, называемая пассивной, состоитв том,что организм, спасаясь от стресса, переходит в неактивное состоя- ние,такназываемую«скрытуюжизнь»(криптобиоз),превраща- ясь в случае микроорганизмов в специализированные клетки, называемые покоящимися (напримерхламидоспоры).

Внастоящеевремямымалознаемотом,каксигналодействии неблагоприятногофакторапередаетсяугрибов внутрьклетки. Но,поаналогиисдругимиэукариотами,можнопредположить, чтовКС,какивплазматическоймембране,трансдукциясигнала осуществляется особыми белками-рецепторами. В этом про- цессе участвует Ca2+ как вторичный мессенджер, система ино- зитольныхфосфолипидов,оксидазота,системаактивныхформ кислорода (АФК), происходит ингибирование или активация протеинкиназилифосфатаз,иизменяетсяфосфорилированное состояние внутриклеточных белков.

Значительноезатруднениепредставляетотсутствиеданныхо строенииплазматическоймембраныгрибовиееотличиях(если ониесть)отвысшихэукариотов.Темнеменеенакопленодоста- точноданных об изменениях в химическом составелипидного бислоя при действии стрессорных факторов, и следует особо отметить роль физического состояния мембран и их химиче- скогосостававбиохимическойадаптациигрибовкстрессовым воздействиям.

Еслипопуляцияпопадаетв неблагоприятныеусловия (чаще всегоэтоголод),торостовыепроцессыостанавливаются,ипро- исходитизменениеметаболизмаклеток.Этосоздаетусловиядля возникновения особых мутаций, чтобы адаптировать клетку к какому-тоновомусубстрату.Такоймеханизмполучилназвание адаптивных мутаций. В таких неделящихся клетках идет не- обычный синтез ДНК: удаляется один из участков нити ДНК, и в итоге происходит накопление мутаций, которыес большой частотой накапливаются в неделящихся клетках; их называют гипермутациями.Приэтомнакоплениетакихмутацийпроисхо- диттольковсубпопуляции,т.е.малойчастинерастущихклеток (полагают, что гипермутирующих клеток – одна на миллион).

http://www.mycology.ru

© Национальная академия микологии, 2013

62 Фундаментальные основы микологии и создание лекарственных...

Объектом изучения молекулярной природы адаптивных процессов была, в основном, кишечная палочка Escherichia coli (классическийобъект),удрожжевыхорганизмов–Saccharomyces cerevisiae, у мицелиальных грибов – представители порядка Mucorales. У последних значительно меньше известнооб уров- няхорганизацииадаптивныхреакций, вчастности,обуровнях генной экспрессии механизмов транскрипционной регуляции адаптивныхгенов.Однако,несмотрянамногообразиемеханиз- мов адаптации к различным видам стрессорных воздействий, можно выделить основные, действующие при любом виде стресса, причем наиболее эффективная регуляция адаптивных процессов происходит на уровне трансляции, транскрипции и стабилизации молекул белков.

Какоежезначениеимеетстрессдлябиотехнологиигрибных производств? Выше был приведен пример с гиперсинтетиком липидов мукоровым грибом C. japonica. Популяция клеток, выдержавшая тепловой стресс, при культивировании при оп- тимальной температуре стала активнее расти и образовывала бóльшую биомассу. В грибоводстве известен прием, когда понижение температуры становится фактором, вызывающим плодоношение. Выдерживание базидиоспор Agaricus bisporus при низкой температуре способствует увеличению всхожести на 15–20%. Выше отмечалось, что при стрессе происходит тор- можениежизненной активности (ТЖА).

Однако при действии определенных стрессоров, напри- мер, при недостатке в среде фосфора, наблюдается еще один механизм адаптации – образование специфических липидов. Так, И.В. Коновассоавт. показала,чтоугриба B. trispora, выра- щенного при дефиците фосфора, наблюдается появление двух новыхгликолипидов;крометого,значительнаячастьполярной фракции–29,1%–составляютгликолипиды(анефосфолипиды), один из которых имеет хроматографическую подвижность, со- впадающуюсостандартным препаратом цереброзида.

Такая лабильность состава полярных липидов наблюдается нетолькоугрибов,ноиупрокариот. Например,уактиномице- тов принедостаткефосфорапроисходитзаменафосфолипидов орнитингликолипидом или гликолипидами – у псевдомонад.

http://www.mycology.ru

У грибов – симбионтов лишайника – при окислительном стрессе обнаружено увеличение содержания бетаинового ли- пида (диацилглицеротриметилсерина); бетаиновые липиды обнаруживаются и у некоторых базидиомицетов при стрессе, причем одновременноснижаетсяуровень ФХ.

Согласносовременнымпредставлениям,физическоесостоя- ниемембранконтролируетэкспрессиюбелков тепловогошока (БТШ) и других генов. Общепринято считать, что синтез БТШ коррелируетсиндукциейустойчивостиктепловомушокуиряду других стрессовых воздействий, за исключением холодового шока.Предполагается,чтоэтистресс-белкивыполняютфункции деградациииреактивациибелков,поврежденныхпристрессо- выхвоздействиях.Несмотрянаэтопрактическиобщепринятое мнение об участии БТШ в формировании термоустойчивости (ТУ),накапливаютсяданныеотом,что,например,уS. cerevisiae стресс-белки не играют определяющей роли в возникновении устойчивости к повышенной температуре.

Для выживания при высоких температурах у дрожжей ос- нову защиты от стресса составляет убиквитин. Предполагают также,чтоТУсвязанасмалымицитоплазматическимиРНК(G8 PHK),которыенеобходимыдляселективнойтрансляциимРНК в условиях стресса. Более вероятно, что термоустойчивость у грибов связана с полиоксиуглеводами и сахарами (трегалозой

исахарозой),особенносдисахарид­ омтрегалозой(см.вглаве2, разд. 2.5. о роли трегалозы у грибов).

Возникает вопрос, какова роль стресса на организменном уровне или на уровне популяции? Другими словами, стресс – этоплохоилионнеобходим?Сейчасвсесвободнорассуждаюто стрессенабытовомуровне.Считается,чтовсеболезни,смертьи т.д. –отстресса. Ночтобылобысэволюциейвидовбезстресса,

ижизнь продолжалась бы в гомеостазе?

Вот один из примеров: мукоровый гриб Cunninghamella japonica подвергливконцестадиитрофофазыкратковременному действиюповышенной(нонелетальной)температуры.Проис- ходитбыстраяостановкаростовыхпроцессов,уровеньбиомассы мицелия становится значительно меньше, чем в контроле. Но, кактолькотемпературныйстрессзаменяетсякультивированием

http://www.mycology.ru

© Национальная академия микологии, 2013

64 Фундаментальные основы микологии и создание лекарственных...

принормальнойтемпературе,акультурапереноситсянасвежую среду,начинаетсяактивныйростмицелия,значительнопревы- шающийроствконтрольнойкультуре.Значитсострессом,если оннелетальный,невсетакпросто:хорошоилиплохо.Сейчасмы знаем,чтопроисходитпристрессенапопуляционномуровне.В этом случае следует исходить из предположения, что скорость мутагенеза при гомеостазе недостаточна для эволюционного процесса, и именнострессстановитсяускорителем эволюции.

Липидному составу мембран, в частности, количеству не- насыщенных жирных кислот (НЖК) и динамике мембранных липидов уделяется в последнее время особое внимание. Из- менения в окружающей среде или патологическое состояние клетки вызывают модификации в мембранных структурах и, соответственно,потерюрядафизиологическихфункций.Одна- коклеткакомпенсируетэтиповреждения, используябиохими- ческиемеханизмыгомовязкостнойилигомофазнойадаптации, которыепозволяютподдерживатьгомеостатическоеравновесие.

Укажем теперь, какие изменения наблюдаются в липидном бислое при действии стрессора. Это модификации в составе ацильных цепейлипидов. Они отмечаются у грибов в:

•степениненасыщенностилипидногобислоя,чтоосущест- вляетсязасчетдесатуразипроявляетсявувеличениидоли насыщенных или ненасыщенных жирных кислот;

•длине ацильных цепей липидов, при этом существенное значениеимеетчислочетныхинечетныхатомовуглерода;

•конфигурацииацильныхцепей(цис-транс–изомеризация);

•ветвлении ацильных цепей (образование изо- и антеизо- жирныхкислот–процесс,свойственный,восновном,про-

кариотам, но наблюдаемый также и у некоторых грибов). Следует отметить, что, согласно современным представле- ниям,основнымтриггеромвэтихизмененияхацильныхцепей являются изменения в конфигурации мембран и переход от ламеллярной фазы, где ацильные цепи липидов находятся в фазе геля, к жидкокристаллическому состоянию или неламел- лярнойН1-фазе,котораяхарактеризуетсяцилиндрамилипидов, укоторыхполярныегруппыоказываются поверхностнораспо-

ложенными (гексагональная фаза).

http://www.mycology.ru

Действиестрессораприводиттакжекизменениям в составе мембранных липидов, в соотношении фосфолипидов (ФЛ) и стеринов (Ст), а также в соотношении Ст и эфиров стеринов (ЭСт).Так,клеточныерецепторыклизофосфолипидамявляются промоторамисигнальныхэффектов. Значительныемодифика- ции отмечаются в количестве и составе нейтральныхлипидов. Вданномслучаеимеютсяввидубиохимическиемеханизмы,по- зволяющиеиспользоватьдлясинтезажирныхкислотзапасные триацилглицерины (путем их гидролиза).

В последние годы в адаптационных процессах большое зна- чениепридаютгликолипидам.Так,сфингозин-1-фосфатрегули- рует рост клеток, является сигнальной молекулой, ингибирует программируемуюклеточнуюсмерть,опосредованнуюцерами- дом. Сфинголипиды, в частности, С18-дигидросфингозин и С18- фитосфингозин, являются потенциальными стресс-сигналами удрожжей Saccharomyces при тепловом стрессе.

Привоздействиистрессора,вчастностивысокойтемперату- ры,длявыживанияорганизмовбольшоезначениеимеютспеци- альныебелки,образуемыевклеткахпринарушениигомеостаза. Такие белки,образуемые,например,притепловомвоздействии, назвали белками теплового шока – БТШ (HSPs). Впервые они были обнаружены у насекомых Drosophila более 30 лет назад. Последующие исследования позволили установить ряд осно- вополагающих закономерностей о свойствах БТШ. Оказалось, что эти белки синтезируются у животных, растений, грибов и бактерийпридействиивысокойтемпературы,причем,кактоль- коворганизменачинаетсясинтезБТШ,образованиеостальных белков, участвующих, например, в ростовых процессах, резко ингибируется.Однакосинтезэтихбелковобратим,иприснятии действия стрессора и перехода в гомеостаз образование БТШ прекращается.

Наиболееизученнымибелками,образующимисяпритепло- вомшоке,являютсябелкисмолекулярноймассой70,60и90кДа. Функции БТШ, кроме репаративной, полностью еще до конца не изучены. Вероятно, что они могут участвовать в процессах пролиферацииицитодифференцировки.Наиболееинтересное предположениесостоитвтом,чтоэтибелкимогутбытьиммуно-

http://www.mycology.ru