МИКРОБИОЛОГИЯ, 2004, том 73, № 5, с. 674-686
ОБЗОР =
УДК 582.28(091+047)
МИКОЛОГИЯ В ИНСТИТУТЕ МИКРОБИОЛОГИИ РАИ: ИСТОРИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ
© 2004 г. Е. П. Феофилова*
Институт микробиологии им. С.Н. Виноградского РАН, Москва Поступила в редакцию 17.05.2004 г.
Обзор посвящен становлению и развитию микологии в ИНМИ им. С.Н. Виноградского РАН. В историческом плане, начиная с работ академика Г.А. Надсона, излагаются основные достижения ученых Института в области микологии, затрагивающие вопросы цитологии, генетики, физиологии и биохимии мицелиальных грибов и дрожжей. Рассматриваются наиболее значимые теоретические закономерности, полученные в лаборатории экспериментальной микологии при изучении микро- и ма-кромицетов. Особое внимание уделяется работам в области биотехнологии и медицины, в частности созданию новых лекарственных препаратов на основе биологически активных веществ грибов.
Наука о грибах называется микологией, но до сих пор нет четкого и исчерпывающего определения отличительных признаков организмов, которые мы называем грибами. Согласно одному из последних определений, грибы - это эукариот-ные гетеротрофные организмы, поглощающие питательные вещества в растворенной форме из окружающей среды, т.е., в отличие от животных эти организмы являются всасывальщиками или осмотрофами. Грибы имеют слабо дифференцированные ткани и клеточные стенки. Вегетативная стадия развития большинства грибов представлена мицелием или грибницей. В цикле развития грибы образуют покоящиеся клетки -споры, которые возникают в результате бесполой и половой репродукции. В состав клеточных стенок этих организмов входит аминополисаха-рид хитин, а в цитозоле мицелия присутствует гликоген [1]. Полагают, что грибы являются самыми древними из ныне живущих эукариот [2].
Изучение грибов началось еще в глубокой древности, и первое упоминание о них можно найти у древнегреческого ученого Теофраста (цит. по [3]). Но грибы долгое время не выделяли в самостоятельное царство и относили к растениям. Это было связано с тем, что эти организмы чрезвычайно гетерогенны по своим физиолого-био-химическим признакам и химическому составу клеток, и у них можно найти много общего с растениями, животными и прокариотами. Эти черты сходства доставляли много трудностей микологам, и французский ботаник А. Вейан писал еще в XVIII в. о том, что "грибы - это изобретение диа-вола для того, чтобы нарушить гармонию остальной природы, смущать и приводить в отчаяние исследователей" (цит. по [3]). Окончательное и доста-
* Адресат для корреспонденции (e-mail : feofilov@inmi.host.ru).
точно обоснованное экспериментально выделение грибов в самостоятельное царство произошло в XIX столетии [4], а к концу XX столетия была предложена новая "система жизни", состоящая уже из шести царств (Animalia, Protozoa, Bacteria, Fungi, Plantae, Chromista), где грибы прочно заняли свое место в виде отдельного царства [5].
Конец XX и начало XXI вв. характеризовались повышенным интересом к представителям царства Fungi. К этому времени были накоплены данные, показывающие, что именно грибы, благодаря большой гетерогенности физиолого-биохими-ческих свойств [4], могут стать основными продуцентами в биотехнологии и заменить растения, животных и бактерий. Этому способствовали и такие свойства грибов, как высокие скорости роста, способность накапливать боьшую биомассу, возможность создать многоцелевое, экологически чистое, неограниченное производство. Повышенному интересу к грибам способствовали также многочисленные исследования, показавшие, что эти организмы могут стать незаменимыми источниками для получения лекарственных препаратов, имеющих ранозаживляющую, анти-спидовую, иммуномодулирующую и особенно антираковую активности. Именно на основе этих достижений к 90-м годам прошлого столетия была создана новая область медицины - фармацевтическая микология [6].
Значительный вклад в эти достижения внесли исследования сотрудников ИНМИ РАН, где работы с грибами начались с момента основания Института и возглавлялись его первым директором - академиком АН СССР Г.А. Надсоном.
Работы, в которых объектами исследования были мицелиальные грибы и дрожжи, проводились в институте в двух направлениях: 1) изучение морфологии и физиолого-биохимических свойств грибов;
2) создание новых биотехнологий получения биологически активных веществ.
В 80-е годы прошлого столетия к этим направлениям было добавлено новое - получение лекарственных препаратов на основе грибной биомассы.
В 1934 г. в центре исследований Института микробиологии АН СССР была радиационная микробиология и основные работы проводились с дрожжами, т.е. с высшими сумчатыми грибами. Работами руководил Г.А. Надсон. Еще в 1920 г. он опубликовал свой первый классический труд "О действии радия на дрожжевые грибы в связи с общей проблемой влияния радия на живое вещество" [7]. В дальнейших исследованиях основной научной темой стало экспериментальное изменение наследственных свойств и образование новых рас микроорганизмов на примере действия радия и рентгеновских лучей на дрожжи БассНаготусе8 сегву181ав (раса XII). Эти исследования положили начало большой проблеме, которая была поставлена в то время перед биологией - созданию новых форм жизни [8].
Особое значение для дальнейшего развития радиобиологии в России имели работы Г.А. Над-сона по установлению закономерностей действия радия на клетки грибов. В результате наблюдений над облученными клетками дрожжей были описаны морфологические изменения, вызванные лучевым поражением. Впервые было показано существование "поля смерти" или "поля некроза", зон угнетения и зон стимуляции, возникающих при развитии дрожжевых организмов на твердой среде при облучении. В этих же исследованиях была установлена зависимость биологического эффекта от дозы радиации [9]. В дальнейшем эти работы с использованием последних достижений цитологии были продожены М.Н. Мейселем и его сотрудниками [10]. Результаты теоретических исследований Г.А. Надсона в области радиобиологии имели такое большое значение, что это позволило М.Н. Мейселю написать, что Г.А. Надсон "оставил неизгладимый вклад в микробиологии и радиобиологии" [10].
Работы Г.А. Надсона по радиобиологии нашли также практическое применение. Например, им была создана радиораса пекарских дрожжей, обладающая усиленной способностью к споруля-ции, в то время как заводская раса cerevisiae полностью потеряла эту способность, необходимую в условиях завода [11].
Многочисленные ученики Г.А. Надсона развивали его исследования, изучая мутагенное действие других физических, а также химических факторов. В.И. Кудрявцевым было впервые показано, что низкая температура (замораживание) приводит у дрожжей к изменению их морфологии с образованием амебовидных клеток, причем эта особенность стойко сохраняется как наследствен-
ный признак. Другим сотрудником Г.А. Надсона -М.Н. Мейселем - было установлено, что наследственные изменения у грибов могут быть получены и под действием хлороформа, цианистого калия и комбинированного действия (химического и физического) каменноугольной смолы и УФ-об-лучения. Большой интерес вызвали появившиеся в конце 1930-х гг. работы академика А.А. Имше-нецкого, впервые обнаружившего, что продукты жизнедеятельности дрожжей, накапливающиеся в среде по мере роста культуры, могут активировать мутационные процессы. Эти исследования помогли объяснить ранее наблюдавшиеся в заводской практике отличия в ряде физиологических свойств культур грибов, полученных из клеток, прошедших стадию идиофазы. Ранее еще одним учеником Г.А. Надсона - Н.А. Красильниковым -были получены новые штаммы Sporobolomyces и S. cerevisiae под действием супраоптимальной температуры.
Нельзя не остановиться на цитологических исследованиях Г.А. Надсона, впервые обратившего внимание на изменения в морфологии митохондрий под действием радиации, а также на способность этих клеточных органелл дрожжей к репаративным процессам. Эти работы нашли продолжение в исследованиях чл.-корр. АН СССР М.Н. Мейселя, который возглавил в ИНМИ РАН отдел сравнительной цитологии микроорганизмов, где значительное внимание уделялось дрожжевым организмам. В этой лаборатории работали известные цитологи - В.И. Бирюзова, Г.А. Медведева, М.Н. Погла-зова и другие. Свои исследования они проводили с использованием фазово-контрастного, анопт-рального устройств и других приспособлений к различным специальным (флуоресцентным и ультрафиолетовым) микроскопам, а также с помощью электронных микроскопов. Основным направлением работ отдела было изучение взаимосвязи структуры и функции микробных клеток в различных физиологических, в том числе экстремальных условиях. Наиболее детально в этих работах изучали дрожжевые организмы и в первую очередь S. cerevisiae.
В исследованиях сотрудников лаборатории М.Н. Мейселя было установлено, что радиологический эффект после лучевого поражения зависит не только от степени первичной повреждаемости клетки или ее отдельных клеточных структур, например митохондрий, что было показано ранее в работах Г.А. Надсона, но и ядер, хромосом и цитоплазмы. Впервые обращалось внимание на роль вторичных биохимических процессов, которые наблюдаются в клетке после ее облучения, и подчеркивалось значение реактивации, которая имеет место после облучения. Существенное значение для сохранения жизнеспособности дрожжевых клеток имеет сохранение целостности мембран, нарушение которых всегда происходит при
облучении. При этом наблюдается выход из клетки ряда метаболитов, что способствует синтезу других продуктов обмена [12]. Наиболее чувствительными к проникающей радиации оказались клетки дрожжей в период, предшествующий делению, или в начальной фазе роста. Митохондрии, микросомы, мембраны и клеточные стенки после облучения становятся более хрупкими, и происходит потеря их содержимого. Наблюдается нарушение ферментативной активности митохондрий, в частности, снижается скорость окислительного фосфорилирования [13]. И именно в этот период происходят существенные изменения в составе мембран, в частности, накопление сте-ринов [14]. Эту ус
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.