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

D-глюкозамина. Этисоединения, которыевходятв состав био- полимерахитина, способствуютнетолькоускорениюпроцесса прорастания,ноисинхронномувыходуспоризсостоянияпокоя.

В биотехнологиичасто пользуются ещеодним приемом, ко- торый получил название «пробуждение спящих спор». С этой целью устанавливают соединения, которые ускоряют прорас- тание спор, это могут быть некоторые аминокислоты, моно- сахариды и, особенно, цАМФ. Собранные споры перед внесе- нием в ферментационнуюсреду культивируют в течение 30–60 минутвприсутствиисоединений-стимуляторов,подвлиянием которых образуются «наклюнувшиеся» споры, которые далее вносят в ферментер. Этот прием обеспечивает сокращение на 4–6часоввремениферментациидляполученияконечногопро- дукта. Данные по изучению химического состава спор грибов аскомицетного аффинитета позволили также установить, что прорастаниеспорсвязанонетолькосизменениямивуглеводном

ифосфолипидном составе, но и с резким повышением уровня гиббереллинов(свободныхисвязанных),атакжесувеличением уровня нейтральных липидов, в частности, эфиров стеринов, что в какой-то степени напоминает процессы, происходящиеу растений. Поэтомупредварительная краткосрочнаяобработка спор гиббереллинами перед посевом обеспечивает более бы- строеисинхронноепрорастаниепосевногоматериалавусловиях ферментера.

Покоящиеся споры имеют еще один биохимический меха- низм, способный контролировать состояние покоя. Это спе- циальные соединения, называемые самоингибиторами или аутоингибиторами прорастания. Наиболее подробно изучен

исинтезирован ингибитор прорастания спор Colletotrichum gloesporioides, названный глоеспороном. Состояние покоя и прорастаниеконидийуPenicillium paneum регулируетсялетучим самоингибитором 1-октен-3-олом. Этот ингибитор является продуктом ферментативного разрушения линолевой кисло- ты липооксигеназой и гидропероксиделиазой. Запах грибов, особенно свежесобранных и слегка поврежденных, связан с биосинтезом 1-октен-3-ола. У агриковых грибов запах сильно ощущается в мякоти шляпки, где образуются споры. Этот за-

http://www.mycology.ru

© Национальная академия микологии, 2013

82 Фундаментальные основы микологии и создание лекарственных...

пах наиболее характерен для плодовых тел Agaricus bisporus с величинойшляпки35смизакрытымпокрывалом.1-Октен-3-ол выделяетсяввоздушнуюсредувоченьвысокихконцентрациях

втовремя, когдаобразуются пропагулы, какупенициллов, так и у агариковых грибов, у которых это соединение выполняет функцию ингибитора прорастания. Кроме того, 1-октен-3-ол можетвыполнятьроль«драйвера»вобразованииспориихрас- пространении в воздухе.

Совместнос1-октен-3-оломугрибовможетпроисходитьсин- тез другого метаболита – 10-оксо-транс-8-деценовой кислоты. Полагают,чтоэтотауторегуляторработаетв тандемес 1-октен- 3-оломиучаствуеттакжев регуляцииростовыхпроцессов – ре- гулируетростмицелияиинициациюплодовыхтел.Этиданные позволяютпредположить,чтопродуктыферментативногораз- рушения линолевой кислоты могут иметь большое значение в транзиции образования у грибов сексуальных и вегетативных структур при нарушении состояния покоя.

Уржавчиных грибов имеются свои специфические ауто- ингибиторы прорастания – метиловый эфир цис-феруловой кислоты и метиловый эфир 3,4-диметоксикоричной кислоты. Основная функция этих соединений та же, что и у вышеука- занных аутоингибиторов – подавление процесса прорастания спор после их образования и при переносе их с воздушными потоками. Поэтому у грибов синтезируется обычно два типа ауторегуляторов – летучие и нелетучие соеднения.

Следует отметить еще один фактор, регулирующий состоя- ние покоя – это концентрация спор в среде. Скопление в среде большогоколичестваспорприводиткугнетениюихпрорастания из-заналичиясамоингибиторов,накапливающихсявоченьвы- сокойконцентрации. Вэтомслучаедостаточнопромытьспоры

вводе, и можно наблюдать их интенсивное прорастание.

Всохранениисостояния покоя, вероятно, большоезначение имеет КС грибов, в частности ее химический состав. Как от- мечалось выше, в КС грибов удивительным образом собраны соединения, защищающие спору от литических ферментов, ядов, высокой температуры и других стрессовых воздействий (аминополисахариды,глюканы,белки,липиды,спорополленин,

http://www.mycology.ru

мукоран и др.). Интересно, что соединения, входящие в состав КС,могутвлиятьинаинтенсивностьспорогенеза.Так,длягри- ба – патогена беспозвоночных Beauveria bassiana – добавление хитозана к среде выращивания приводит к интенсификации спорообразования. Основным фактором, сохраняющим со- стояние покоя, является регуляция проницаемости клеточной стенки споры, в первую очередь, для воды. О том, что измене- ние проницаемости клеточной стенки, вызванное, например, изменением осмотическогодавления (обработка глицерином) приводит при наблюдении в микроскоп к «просветлению» КС, былоизвестноещев80-егодыпрошлогостолетияприизучении активации спор Phycomyces blakesleeanus. Данные последних летпоказали,чтоизменениепроницаемостисвязаносфазовым состояниемлипидного бислоя.

Таким образом, в настоящее время, благодаря теоретиче- ским разработкам в области микологии, мы можем управлять основной частью биотехнологического процесса получения БАВ из грибов, а именно иметь активный споровый материал

ирегулировать процессего прорастания.

2.2.Феноменапикальногоростагрибов иегозна- чениедлябиотехнологии. Перспективыпрактиче-

скогоиспользованияхитинагрибов

Благодаря апикальному росту (гифа растет своим кончиком соскоростьюдо100мкмвминуту)грибыспособнынакапливать рекорднобольшиеколичествабиомассы.Этаспособностьмице- лиальных грибов чрезвычайно важнадля биотехнологических производств. В среднем, выход биомассы на хорошо сбаланси- рованнойпоисточникамуглеродаиазотасредеможетдостигать более40гсухогомицелияна1лсреды.Уникальнаяспособность грибов кбыстромуростутребуетподдержания высокойактив- ности специальных образований – активных филаментов и микротрубочек,атакжеинтенсивныхбиосинтетическихпроцес- сов и высокой активности механизмов вторичного транспорта субстратов. Кроме того, интенсивный рост и морфология КС зависитотеехимическогосостава.

http://www.mycology.ru

© Национальная академия микологии, 2013

84 Фундаментальные основы микологии и создание лекарственных...

КСгрибовсостоитизструктурныхполимеровиматрикса.Для современнойбиотехнологии(см.Часть2,разд.2.1)наибольший интерес представляет структурная часть КС, состоящая из по- лисахаридов: хитин, β(1-3)–β(1-6) глюканы, β(1-4)-глюкан (цел- люлоза). Последняя входит в состав КС псевдогрибов. Особое внимание в медицине и в промышленности уделяется сейчас хитину и егодеацетилированному производному – хитозану.

Интерес к хитину и, особенно, хитозану постоянно растет, что объясняется их уникальными свойствами, позволяющими использовать эти полиаминосахариды в различных областях промышленности,вмедицинеисельскомхозяйстве.Основным источником полученияхитинадосих порявляется панцирьсо- держащее сырье (ПСС), получаемое как отход от производств,

вкоторых используют представителей Arthropoda. Мировых запасов ПСС хватитдля получения 150 тыс. тхитина в год.

Однако,несмотрянато,чтовпоследниегодызапасыракоо- бразныхувеличиваютсязасчетихискусственногоразведения, всеостреевстаетвопросоновыхисточникахполученияхитина. Имимогутбытьнекоторыеводоросли,вчастностиThalassiosira fluviatilis иCyclotella cryptica,насекомые,гидробионты(напри-

мергидроидObelia longissima,моллюскфараоновакаракатица) и грибы. Из диатомовых водорослей получают высококри- сталличные хитиновые волокна, выход которых составляет 76–80%. Однако все попытки культивировать эти водоросли

вискусственных условиях в виде периодических культур или путемпроточногокультивированиянеявляютсяэкономически выгодными, так как выход биомассы водорослей оказывается незначительным.

Вэтом отношении более перспективны гидроиды Obelia longissima, которые легко культивируются в условиях моря. В настоящее время разработан и запатентован способ получе- нияхитинаихитозанаизбиомассыэтихгидроидов.Источники получения хитина могут быть и более экзотическими: предло- женополучатьхитинизнадкрыльевтараканов,майскихжуков, кораллов и термитов. Но, к сожалению, все эти методы полу- ченияаминополисахаридов непошлидалееуровнякустарного производства. Учитывая достаточно низкую предполагаемую

http://www.mycology.ru

стоимостьхитина,получаемогоизгрибов,именноэтотисточник должен статьодним из основных в биотехнологии ХХI в.

Внастоящеевремяневызываетсомнений,чтоименномице- лиальныегрибы,относящиесякпорядкуEurotialesиMucorales, представят наибольший интерес для биотехнологов как про- дуценты аминополисахаридов. Объясняется это следующими причинами. Как отмечалось выше, из всех известных орга- низмов, образующих хитин, грибы обладают самой высокой скоростью роста. Получение грибной биомассы происходит в ферментерах и не зависит от сезонности и капризов погоды. Содержание хитина в грибах достаточно высокое – до 60% от весаклеточнойстенки.Длявыращиваниягрибнойбиомассыв качествепитательныхсредможноиспользоватьсамыедешевые субстраты–жидкиеотходыцеллюлозно-бумажнойпромышлен- ности(сульфитныещелока),годовойобъемкоторыхпревышает сотнимиллионовтоннвгод,атакжекрахмалсодержащиеотходы пищевой промышленности, отходы от молочных производств, например, сыворотку идругиеотходы.

Производство грибного хитина имеет ряд технологических преимуществ по сравнению с производством хитина крабов. Например, отпадает необходимость в размельчении получае- могоконечногопродукта,удаленияизнегокарбонатакальция. Производство становится экологически более чистым, так как при получении грибного хитина применяются разбавленные кислотыищелочи,нетребуетсясозданиябольшихотстойников для агрессивных жидкостей.

Однако хитин мицелиальных грибов отличается от хитина других биологических объектов по своим физико-химическим свойствам.Увсехисследованныхгрибовхитинсодержитменьше азота, чем хитин Arthropoda.

Хитины, полученные из грибов и других природных источ- ников, отличаются также и по степени кристалличности. Наи- болеевысококристалличнойформойявляетсяхитинArthropoda (краба C. magister и криля) и гидроидов. Сравнение хитинов грибов показывает, что хитин плодовых тел A. bisporus имеет более кристалличную форму, а хитин мукоровых грибов имеет наименее упорядочную структуру и большее число аморфных

http://www.mycology.ru