МИКРОБИОЛОГИЯ, 2013, том 82, № 2, с. 254-256
= ХРОНИКА РЕЦЕНЗИЯ
на монографию Елены Викторовны Ермиловой "Молекулярные аспекты адаптации прокариот". СПб.: Химиздат, 2012. 344 с.
БО1: 10.7868/8002636561302016Х
Во втором издании монографии Елены Викторовны Ермиловой "Молекулярные аспекты адаптации прокариот" обобщены и систематизированы последние достижения микробиологии, молекулярной биологии и генетики в области изучения адаптации прокариот к внешним факторам среды на молекулярном уровне. В книгу включены новые данные, полученные в лаборатории Адаптации микроорганизмов (каф. микробиологии биолого-почвенного факультета Санкт-Петербургского госуниверситета), и результаты, обсуждаемые в мировой литературе последних лет по данной проблеме. Автором подробно обсуждаются механизмы и принципы регуляции основных молекулярно-гене-тических процессов на примере адаптации прокариот к недостатку или отсутствию в среде питательных компонентов (¡часть) и действию основных физико-химических факторов, характеризующих условия среды их обитания (II часть).
Рецензируемая книга Ермиловой Е.В. представляется мне очень актуальной в свете использования биологического потенциала в современном сельскохозяйственном производстве. Изучение моле-кулярно-генетических отношений микроорганизмов и растений, выполненные в последние годы, в том числе, и с участием отечественных исследователей показывает, что микробно-растительные системы (МРС) образуются в природе за счет функциональной интеграции геномов партнеров. Такие системы могут обеспечить значительно больший потенциал адаптации по сравнению с возможностями самих растений. Вероятно, в ходе эволюции растительный геном формировался не только путем накопления генов устойчивости к различным стрессам, но и за счет генов, обеспечивающих заселение растений различной полезной микрофлорой. Поэтому оценка адаптационных возможностей прокариот и конкретных механизмов этих адаптаций позволит реально представить, а потом и практически использовать МРС для обеспечения устойчивого и экологически сбалансированного производства сельскохозяйственной продукции.
Глава 1 "Адаптация эвтрофов к субоптимальным концентрациям питательных субстратов" посвящена анализу молекулярных механизмов, которые позволяют бактериям оптимизировать
использование имеющихся в окружающей среде субстратов — источников углерода и энергии, азота, фосфора и микроэлементов. Особое внимание уделено рассмотрению контрольных механизмов, обеспечивающих координированный ответ про-кариотной клетки на недостаток нескольких ключевых питательных компонентов. Последний аспект особенно интересен, так как подобные условия нередко наблюдается в природных эко-топах.
В Главе 2 "Адаптация эвтрофов к условиям голодания" обсуждается концепция глобального клеточного ответа бактерий-эвтрофов на стрессовые воздействия. Основное внимание уделяется сложно регулируемой адаптации бактерий, не способных к дифференцировке в особые резистентные формы, при их переходе в стационарную фазу роста. Приводятся последние данные о молекулярных механизмах контроля "строгого ответа". Характеризуются системы токсин-антитоксин и подчеркивается их роль в контроле качества генной экспрессии и редукции синтеза поврежденных продуктов. На эвтрофах, способных к дифференцировке в особые устойчивые формы, рассматриваются молекулярные механизмы, интегрирующие информацию о метаболическом состоянии бактерий и условиях окружающей среды, которые необходимы для выбора ими программы развития при переходе в стационарную фазу роста.
Глава 3 "Адаптация олиготрофов к низким концентрациям питательных субстратов" содержит немногочисленные данные, имеющиеся в литературе, относительно особенностей регуляции генной экспрессии у олиготрофов. Особый интерес представляет обсуждение особой группы бактерий - ультрамикробактерий и особенностей организации их генома. Автором рассматривается концепция олиготрофии как особой стратегии роста организмов в бедных средах.
Глава 4 "Осмоадаптация" посвящена подробной характеристике двух основных типов стратегии прокариот при их адаптации к высоким значениям осмолярности среды. Приводятся данные о молекулярных механизмах адаптации гало-фильных прокариот к высокосолевым средам. На примере регуляции аккумуляции в клетках сов-
РЕЦЕНЗИЯ
255
местимых растворов рассматриваются такие фундаментальные вопросы современной биологии прокариот как организация систем восприятия и внутриклеточной передачи сигналов, а также механизмы, контролирующие транскрипцию, трансляцию. Особый интерес представляет обсуждение данных о механизмах осморегуля-ции бактерий, использующих оба типа стратегии для адаптации к высоким значениям осмолярно-сти среды.
В главе 5 "Адаптация к температуре" автором подробно обсуждаются молекулярные механизмы, которые обеспечивают адаптацию мезофилов, психрофилов и термофилов к разным температурным условиям среды. Рассматриваются ключевые компоненты, вовлеченные в регуляцию экспрессии генов при различных температурах. Особый интерес представляют последние данные относительно структуры, функции и регуляции разных классов бактериальных белков-шаперонов. Подробно обсуждаются результаты исследований молекулярной адаптации к низким температурам. Анализируются механизмы регуляции экспрессии белков холодового шока, рассматривается роль ша-перонов РНК. Обсуждается феномен кристаллизации льда и его использование в молекулярной биологии и промышленности.
Глава 6 "Адаптация к содержанию кислорода в среде" посвящена обсуждению роли кислорода в процессах генерирования энергии и вредных окислителей. Автором анализируется организация комплексной регуляторной сети, обеспечивающей оптимальную адаптацию бактерий к концентрации этого фактора в среде. Особый интерес представляет рассмотрение чувствительных и высокоспецифичных сенсоров, обеспечивающих регистрацию сигнала (содержание кислорода) и его пребразо-вание в регуляторный ответ — изменения экспрессии генов.
В главе 7 "Адаптация к концентрации ионов водорода в среде" анализируются результаты исследований механизмов адаптации к разным значениям рН-среды у нейтрофилов, ацидофилов и алакало-филов. Автором обсуждаются возможные механизмы восприятия сигнала "рН среды". Приводится характеристика генов и белков, вовлеченных в ответы прокариот на действие неблагоприятных значений рН. Особый интерес представляет анализ адаптационных механизмов к кислотности среды у ряда патогенов как стратегия поиска мишений для разработки новых лекарственных препаратов. Отдельно рассматриваются последние данные о компонентах, вовлеченных в адаптацию ацидофилов и ал-калофилов к экстремальным значениям рН среды.
Глава 8 "Адаптация к действию излучений" посвящена подробному обсуждению механизмов адаптации к действию излучений разных длин волн, влияющих на разные аспекты жизнедея-
тельности прокариот. Автором обсуждается одно из важных открытий последнего времени, которое состоит в выявлении индуцированного видимым светом контроля генной экспрессии у нефо-тосинтезирующих бактерий, что свидетельствует о большем, чем думали ранее, значении видимого света для бактериальной физиологии. Значительное внимание уделяется анализу действия на прокариоты УФ излучения. Это особенно важно, поскольку эти исследования носят не только фундаментальный характер, но и способствуют пониманию ряда закономерностей, наблюдаемых также у эукариот, включая человека. Особое внимание уделено подробной характеристике бактерий, проявляющих повышенную резистентность к ионизирующим излучениям.
В главе 9 "Адаптация к высокому гидростатическому давлению" приводится имеющаяся в литературе информация относительно молекулярных механизмов адаптации некоторых бактерий к высокому гидростатическому давлению. Автором приводится характеристика пьезофилов и рассматривается их филогенетическое положение. Отдельно обсуждаются особенности липидного состава мембран, ферментов и осмолитиков пье-зофилов, а также рассматриваются уникальные системы контроля генной экспрессии гидростатическим давлением. Хотелось бы отметить, что понимание механизмов действия высокого гидростатического давления на биохимические и биофизические реакции и особенности их протекания у пьезофильных бактерий представляет не только теоретический интерес, но и открывает новые перспективы для решения целого ряда биотехнологических проблем.
Глава 10 "Адаптация к токсичным концентрациям ионов металлов" посвящена анализу молекулярных основ резистентности различных бактерий к металлам. Обсуждаются механизмы, обеспечивающие поддержание баланса между выводом катионов металлов/детоксикацией и поглощением этих катионов для сохранения их концентрации, необходимой для обеспечения процессов метаболизма бактерий. Отдельно автором рассматривается организация и регуляция системы резистентности к серебру и связанная с этим проблема бесконтрольного использования серебра в качестве антимикробного агента. Обсуждается перспективность конструирования новых штаммов для определения различных металлов, включая даже такие, как таллий.
Глава 11 "Адаптация бактерий к токсичному действию органических соединений" посвящена рассмотрению молекулярных основ резистентности различных представителей к органическим антимикробным соединениям. Автором обсуждаются четыре типа стратегии защиты против действия токсичных органических соединений. Об-
256
ТИХОНОВИЧ
суждаются различия систем резистентности, присутствующих у бактерий-продуцентов антибиотиков и бактерий, не обладающих такой способностью. В главе также рассматривается особый тип клеток - персистеры, которые толе-рантны к действию антибиотиков, и особый тип адаптации, когда к действию токсичных соединений приспосабливаются не отдельные клетки, а их сообщество, формируя специфические структуры - биопленки. Несомненный интерес представляет обсуждение различных подходов для создания антибактериальных агентов при борьбе с инфекциями, вызванными бактериями со множественной устойчивостью к антибиотикам, персистерами и бактериями, формирующими биопленки.
Одним из основных достоинств монографии я
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.