научная статья по теме СРАВНЕНИЕ СВОЙСТВ БАКТЕРИОЦИНОВ, ОБРАЗУЕМЫХ ШТАММАМИ LACTOCOCCUS LACTIS SUBSP. LACTIS РАЗНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ Химия

Текст научной статьи на тему «СРАВНЕНИЕ СВОЙСТВ БАКТЕРИОЦИНОВ, ОБРАЗУЕМЫХ ШТАММАМИ LACTOCOCCUS LACTIS SUBSP. LACTIS РАЗНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ»

ПРИКЛАДНАЯ БИОХИМИЯ И МИКРОБИОЛОГИЯ, 2007, том 43, № 6, с. 677-684

УДК 577.12.9+579.842.24.013

СРАВНЕНИЕ СВОЙСТВ БАКТЕРИОЦИНОВ, ОБРАЗУЕМЫХ ШТАММАМИ Lactococcus lactis subsp. lactis РАЗНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ

© 2007 г. Л. Г. Стоянова*, Н. С. Егоров*, Г. Б. Фёдорова**, Г. С. Катруха**, А. И. Нетрусов*

*Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, биологический факультет; Москва 119992

e-mail: stoyanovamsu@mail.ru **Научно-исследовательский университет по изысканию новых антибиотиков им. Г.Ф. Гаузе РАМН, Москва

Поступила в редакцию 28.01.2006 г.

Проведено сравнительное изучение бактериоцинов, образуемых четырьмя штаммами Lactococcus lactis subsp. lactis: 729 (природный штамм, выделенный из молока), 1605 (мутант штамма 729), ре-комбинантного штамма F-116, полученного методом слияния протопластов двух родственных штаммов 729 и 1605, а также низинобразующего штамма МГУ, полученного адаптивной селекцией. Исследование антимикробного спектра штаммов выявило различия в их действии на разные группы микроорганизмов, а также отличие от коммерческого препарата "Nisaplin" (бактериоцин низин). Разработаны методы выделения и очистки бактериоцинов, выделены и изучены индивидуальные компоненты антибиотических комплексов в хроматографически чистом виде. Проведена идентификация бактериоцинов, образованных разными штаммами L. lactis subsp. lactis, установлены их различия по биологическим и физико-химическим свойствам. Выделено новое отличающееся от низина высоко эффективное природное соединение широкого спектра антибиотического действия, продуцируемое рекомбинантным штаммом F-116.

Основную роль в антагонизме молочнокислых бактерий играют специфические антибиотические вещества белковой природы - бактериоци-ны, оказывающие ингибиторное действием на рост ряда микроорганизмов, включая патогенные формы - листерии, бациллы, стафилококки и др., развивающиеся в продуктах питания в процессе хранения [1, 2]. Бактериоцины рассматриваются как перспективные пищевые консерванты.

В последние годы интерес к использованию бактериоцинов и бактериоцинобразующих культур для консервирования продуктов питания резко возрос. Одним из главных преимуществ бактериоцинов, определяющих спрос на них, является возможность получения качественных и безопасных для здоровья продуктов питания без искусственных консервантов. Широко используемые в пищевой промышленности химические консерванты, увеличивающие срок хранения продуктов питания, часто могут оказывать нежелательное воздействие на организм.

Установлено, что молочнокислые бактерии Lactococcus lactis subsp. lactis продуцируют разные бактериоцины. Наиболее изученным и разрешенным для применения в качестве биологического консерванта (код Е 234) является бактериоцин низин, единственный из антибиотиков, имеющий GRAS статус (признанный как безопасный Европейской комиссией, Regulation (EC) № 258/97).

Бактериоцины молочнокислых бактерий составляют большое семейство полипептидов, которые подразделяются на различные классы: 1) лан-тибиотики, к которым относится низин; 2) термостабильные, нелантибиотические бактериоцины; 3) термолабильные бактериоцины [3]. Описаны несколько низинов B, ^ D, E, Z, R, Q) и родственных им лактицинов, отличающихся между собой по ряду физико-химических свойств, аминокислотному составу и спектру антибактериального действия [1, 3-9]. Биосинтез бактериоцинов -наследственная особенность организмов, проявляющаяся в том, что каждый штамм способен образовывать один или несколько определенных, строго специфичных для него антибиотических веществ. Известны факты, когда клетки бактерии обладали способностью продуцировать не один, а несколько типов бактериоцинов [10, 11].

Следует подчеркнуть, что генетические детерминанты синтеза бактериоцинов локализованы в бактериальной клетке вне ее хромосомы, поэтому рассмотрение способности к синтезу этих продуктов неизбежно связано с вопросом о соотношениях между хромосомными и цитоплазматическими генетическими элементами, которые могут передаваться из клетки в клетку [12, 13]. Генетические детерминанты, контролирующие синтез некоторых бактериоцинов, могут быть переданы при совместном культивировании, в процессе конъ-

югации, слияния протопластов или генно-инженерными методами.

Цель работы - выделение и сравнительное изучение некоторых биологических и физико-химических свойств бактериоцинов и других антибиотических веществ, продуцируемых штаммами L. lactis subsp. lactis разного происхождения.

МЕТОДИКА

В работе использовали четыре штамма L. lactis subsp. lactis различного происхождения: реком-бинантный штамм F-116, полученный методом слияния протопластов двух родственных штаммов 729 и 1605, один из которых (штамм 729) выделен из свежего молока без консервантов на ферме ВСХА им. К.А. Тимирязева совместно с сотрудниками Всероссийского научно-исследовательского института молочной промышленности. Штамм 1605 - мутант штамма 729, полученный в результате комбинированного воздействие УФ-лу-чей и нитрозоэтилмочевины [13]. Для сравнения был использован музейный штамм МГУ - продуцент низина, по биологическим и физико-химическим свойствам идентичный коммерческому препарату "Nisaplin" фирмы "Aplin & Barrett" (Англия) [14].

Среды и условия выращивания культур. Лак-тококки, хранившиеся в обрате (обезжиренном молоке), культивировали при 28°С в течение 17 ч в стационарных условиях в посевной среде, приготовленной на водопроводной воде с дрожжевым автолизатом (35 мг % по аминному азоту) и глюкозой (10 г/л). Полученный посевной материал в количестве 5% вносили в ферментационную среду, содержащую (г/л): NaCl - 2.0, KH2PO4 -20.0, MgSO4 - 0.2; дрожжевой автолизат - 35-40 мг% по аминному азоту, рН 6.8-7.0, и культивировали в тех же условиях. Исследовали динамику роста культур и накопление бактериоцинов в культу-ральной жидкости в течение 24 ч. Биомассу определяли нефелометрически на ФЭК-56 (Россия) при 540 нм, антибиотическую активность - методом диффузии в агар с измерением зоны подавления роста тест-культуры в мм. В качестве тест-организма использовали спорообразующую термофильную бактерию Bacillus coagulans 429. Расчет активности проводили по стандартным растворам низина (препарат "Nisaplin"), который в переводе на антимикробную активность рассчитывается как 1000 мЕ/мг [13].

Спектр антимикробного действия. Для изучения спектра антибиотического действия штаммов L. lactis subsp. lactis культивировали в стационарных условиях в ферментационной среде вышеуказанного состава. В качестве тест-организмов

использовали музейные штаммы кафедры микробиологии МГУ: 5 штаммов грамположитель-ных бактерий: Micrococcus luteus 128, M. flavus 24, Bacillus mycoides 32, B. subtilis 2, B. coagulans 429, Staphylococcus aureus 144; 6 штаммов грамотрица-тельных бактерий: Alcaligenes faecalis 82, Escherichia coli 52; Pseudomonas aeruginosa 54, P. fluore-scens, Comamonas terrigena ATCC 8461, Proteus vulgaris 206; а также три штамма грибов: Aspergillus niger 369, Penicillium chrysogenum 37, Fusarium ox-ysporum 61 и два штамма дрожжей: Candida guilli-ermondii 217, Rhodotorula aurantiaca 226.

Бациллы выращивали на органической среде, содержащей (г/л): глюкозу - 10.0; пептон - 5.0, NaCl - 5.0; агар-агар - 25.0 с добавлением бульона Хоттингера - 28 мг% по аминному азоту, (рН 7.0). Дрожжи выращивали на сусле 6-8°Б с добавлением 2.5% агар-агара, (рН 6.8); грибы также на сусле - 3-4°Б с 2.0% агара, (рН 6.0). Бактерии культивировали при 28-55°C: бациллы, стафилококки и микрококки при 37°C, E. coli - при 42°C, B. coagulans - при 55°C, дрожжи и грибы при 28°C. Для засева чашек Петри тест-культурами использовали суточные культуры в виде суспензии клеток в физиологическом растворе в количестве 1 х 109 кл./мл (по бактериальному стандарту мутности), исходя из расчета 0.1 мл суспензии в одну чашку Петри [15].

Антибиотические вещества извлекали из клеток и культуральной жидкости методом экстракции смесью ацетон-уксусная кислота-вода (4 : 1 : : 5) при 55°C в течение 1.5 ч. Растворители отгоняли в вакууме и полученный водный концентрат анализировали методами ТСХ и электрофореза на бумаге [16].

Для разделения антибиотических комплексов на фракции и получения хроматографически чистых компонентов водный концентрат экстрагировали органическими не смешивающимися с водой растворителями, экстракты объединяли, растворитель отгоняли в вакууме на роторном испарителе до получения маслянистого остатка, таким образом получали одну из фракций антибиотического комплекса - фракцию В. Для получения основной фракции комплекса - Н, к водному раствору от экстракции добавляли избыток метанола. Выпавший осадок отделяли на стеклянном фильтре и сушили в эксикаторе под вакуумом в течение 1 сут.

Хроматографический анализ. Фракции антибиотических веществ разделяли методом TCX на пластинках "SüufoГ(Чеxия) и DC-Alufolien Kieselgel 60 ("Merck", Германия) в системе метанол-вода (96:4). В этих же условиях проводили и препаративную TCX для получения индивидуальных компонентов фракций.

(а) (б)

Рис. 1. Динамика роста (1) и накопления бактериоцинов (2) штаммами Ь. ¡аеМз subsp. ¡аей,?: F-116 (а); 729 (б); 1605 (в); МГУ (г), в ферментационной среде.

Аналитический и полупрепаративный электрофорез. Электрофорез проводили на бумаге Filtrak F-14 (Германия) на V-образном приборе Дурума [17] в электролитах: Еь (рН 2.4) - 2 н. СН3СООН, 550 В, 2 ч и E2, (рН 1.1)-HCOOH-CH3COOH-H2O (28 : 20 : 52), 270 В, 2-3 ч.

Биоавтографию проводили по методике, предложенной Хасе и Келлером [18] с использованием в качестве тест-организмов B. coagulans 429 и B. subtilis АТСС 6633 (=RIA 445).

УФ-спектры получали на спектрофотометрах Shimadzu 1601C и Hitachi U-2000 (Japan).

Масс-спектры выделенных антибиотиков регистрировали на приборе VISION методом MALDI-TOF в режиме положительных ионов (лазер -азот, 337 нм, матрица - 2,5-дигидрокси-бензойная кислота).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Бактериоцины - микробные белки, обладающие антибиотическими свойствами, отличающиеся от антибиотиков тем, что их синтез происходит параллельно росту микроорганизма, синтезу ДНК, б

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.

Показать целиком