МИКРОБИОЛОГИЯ, 2007, том 76, № 2, с. 282-284
КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ
УДК 579.262
ФОРМИРОВАНИЕ АГРЕГИРОВАННЫХ СТРУКТУР СВЕТЯЩИМИСЯ БАКТЕРИЯМИ В ПРИСУТСТВИИ УГЛЕВОДОВ
© 2007 г. Г. А. Выдрякова*'1, Т. В. Кирпиченко**, А. А. Лифантьева**
*Институт биофизики СО РАН, Красноярск **Красноярский государственный университет Поступила в редакцию 06.02.2006 г.
Способность бактерий к агрегации, формированию структур более высокого уровня (колоний, биопленок) является общим свойством микроорганизмов. Колонизация поверхностей бактериями происходит в несколько стадий: прикрепление клеток микроорганизмов к поверхности (адгезия), рост адгезированных клеток на поверхности с образованием прикрепленного монослоя, образование и слияние микроколоний, формирование и функционирование зрелой биопленки [1]. Формирование микроколоний бактериями (в частности, Pseudomonas aeruginosa и Vibrio cholerae) обусловлено наличием маннозочувствительных пилей типа IV, а слияние микроколоний - с интенсивным синтезом экзополисахаридов на данном этапе развития биопленок. Специфическая адгезия позволяет микроорганизмам заселять определенные местообитания, соответствующие их потребностям. Способность бактериальных клеток к адгезии обусловлена наличием на их поверхности макромолекул - адгезинов. Адгезины могут быть фимбри-альными (фимбрии, или пили), характерными для грамотрицательных бактерий, и афимбриальны-ми, присущими в большей степени грамположи-тельным бактериям. Многие фимбриальные адгезины являются углеводсвязывающими протеинами, т.е. лектинами. Мы предположили участие лектинов в межклеточных взаимодействиях при формировании микроколоний и биопленок культурами светящихся бактерий. Об участии лектинов в данных процессах могло бы свидетельствовать ингибирование их образования в присутствии углеводов. Ингибирование образования биопленок возможно также и на этапе их формирования из микроколоний в результате ингибирования синтеза экзополисахаридов.
Целью данной работы было определение возможного участия лектинов в образовании агрегированных сообществ светящимися бактериями видов Vibrio harveyi, Vibrio fischeri, Photobacterium phosphoreum, Photobacterium leiognathi.
Объектами исследования служили: 18 культур P. phosphoreum, 3 - P. leiognathi, 3 - V. fischeri, 16 -
1 Адресат для корреспонденции (e-mail: vydryakova@mail.ru).
V. harveyi из Коллекции культур светящихся бактерий Института биофизики СО РАН (IBSO 836). Формирование биопленок наблюдали в течение недели на поверхности жидкой полусинтетической среды следующего состава (г/л): NaCl - 30; MgSO4 ■ 7H2O - 0.2; KH2PO4 ■ 12H2O - 1; Na2HPO4 - 6; (NH4)2HPO4 - 0.5; пептон - 5; глицерин - 3 мл; вода дистиллированная - до 1 л. Образование микроколоний наблюдали в течение месяца в полужидкой полусинтетической среде с 2 г/л агара визуально, а также с использованием бинокулярной лупы. Для изучения действия углеводов на формирование агрегированных сообществ в среды культивирования вносили следующие углеводы фирмы "Sigma" в концентрации 1%: сахарозу, фруктозу, маннозу, маннит, галактозу, мальтозу, глюкозу, арабинозу, лактозу, .-ацетил^-галактозамин, .-ацетил-D-глюкозамин.
Как известно, клетки светящихся бактерий имеют на своей поверхности лектины различной углеводной специфичности [2]. Бактерии вида P. phosphoreum формируют гранулы как в естественных (световые органы морских животных), так и в искусственных условиях (микроколонии в полужидкой агаризованной среде) в отличие от светящихся бактерий P. leiognathi, V. fischeri и V. harveyi [3]. Наблюдение действия углеводов на формирование микроколоний в полужидком агаре светящимися бактериями P. phosphoreum разных экологических групп (табл. 1) выявило ингибирование их образования всеми углеводами при культивировании штамма-комменсала 1883: в средах с углеводами имел место диффузный рост, в то время как в контроле рост культуры сопровождался образованием микроколоний. Низкая интенсивность образования колоний наблюдалась в процессе роста штамма 491, выделенного из воды, и штамма-симбионта 1856. В то же время симбиоти-ческая культура 1909 очень интенсивно формировала микроколонии во всех вариантах сред, кроме сред, содержавших сахарозу, галактозу или .-аце-тил^-галактозамин. Также активно формировал микроколонии типовой штамм 1 (NCMB 1282) за исключением вариантов сред с мальтозой, глюкозой, галактозой. Таким образом, наиболее интен-
ФОРМИРОВАНИЕ АГРЕГИРОВАННЫХ СТРУКТУР
283
Таблица 1. Формирование микроколоний культурами Photobacterium phosphoreum в присутствии углеводов
Штамм
Углевод 1883 (ком-мен-сал) 491 (свободно-живущий) 1856 (симбионт) 1909 (симбионт) 1 (типовой)
Контроль + ± + + +
Манноза - - + + +
Глюкоза - ± - + -
Мальтоза - ± - + -
Арабиноза - + + + +
Галактоза - - - - ±
.-ацетил-Б-галактозамин - ± - - +
Сахароза - + ± - +
Лактоза - - - + +
Маннит - ± + + +
Фруктоза - ± - + +
сивным было ингибирование образования микроколоний в средах, содержащих галактозу, что позволяет предположить участие лектинов с
галактозной специфичностью в их формировании светящимися бактериями Р. ркозркогеыт.
Образование биопленок светящимися бактериями наблюдали на поверхности жидкой полусинтетической среды. Для всех исследованных культур из разных экологических групп независимо от видовой принадлежности показано ингибирование образования биопленок .-ацетил-Б-глюкозами-ном, глюкозой, маннозой, галактозой (табл. 2), в отношении других углеводов имела место штам-мовая специфичность. Полученные данные могут свидетельствовать об участии лектинов с соответствующей специфичностью в процессе формирования биопленок или об ингибировании соответствующими углеводами синтеза полисахаридов внеклеточного матрикса в процессе формирования биопленок из микроколоний. Ранее мы предположили участие лектинов с .-ацетил-Б-галак-тозаминной специфичностью в инициации симбиоза светящихся бактерий с морскими животными [2]. Ингибирование формирования микроколоний в средах, содержащих галактозу, свидетельствует о возможном участии лектинов с галактозной специфичностью в образовании микроколоний (возможно, и в процессе формирования биопленок) светящимися бактериями Р. ркозркогеыт. Поскольку манноза не ингибировала образование микроколоний штаммами-симбионтами, но препятствовала образованию ими биопленок, можно предположить участие маннозоспецифичных лектинов на этапе формирования биопленок из микроколоний. Таким образом, лектины разной углеводной специфичности участвуют, по-видимому, не только в
Таблица 2. Образование биопленок светящимися бактериями в присутствии углеводов
Свободноживущие Комменсалы Симбионт
Углеводы Р. leiognathi V. fischeri V. harveyi Р. phos-р^пит V. fischeri V. harveyi Р. phos-рИопит
54 208 554 1231 1212 72 178 491 2089 1920 1175 1909
Манноза - - ± - - - - - - - - ±
Глюкоза - - - - - - - - - - - ±
Мальтоза + + + + + - - + - - + -
Арабиноза + + - - - + + - - - + Нет роста
Галактоза - ± - - - ± - - - - - -
.-ацетил-Б-глюкозамин - ± - - - - - - - - - ±
Сахароза + + + + + + + + - - + ±
Лактоза + + + + + + + + - - + -
Маннит + + + + + + - + - - + +
Фруктоза ± ± - - - - - + - - - -
284
ВЫДРЯКОВА и др.
формировании агрегированных сообществ светящимися бактериями, но и принимают участие на разных этапах колонизации световых органов морских животных симбиотическими светящимися бактериями P. phosphoreum.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Parsek M.R., Greenberg E.P. Acyl-homoserine lactone quorum sensing in gram-negative bacteria: a signaling mechanism involved in associations with higher organ-
isms // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2000. V. 97. P. 8789-8793.
2. Выдрякова Г.А. Углеводная специфичность светящихся бактерий // Прикл. биохимия и микробиология. 2006. № 4. C. 413-417.
3. Медведева С.Е., Выдрякова Г.А., Пузырь А.П, Могильная О.А. Морфологические особенности роста светящихся бактерий на агаризованных средах различной вязкости // Сиб. биол. журн. 1993. № 6. C. 18-23.
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.