научная статья по теме ГИДРОЛИТИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ ФЕРМЕНТОВ СИМБИОТНОЙ МИКРОФЛОРЫ КИШЕЧНИКА ЩУКИ (ESOX LUCIUS L.) Биология

Текст научной статьи на тему «ГИДРОЛИТИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ ФЕРМЕНТОВ СИМБИОТНОЙ МИКРОФЛОРЫ КИШЕЧНИКА ЩУКИ (ESOX LUCIUS L.)»

ПАРАЗИТОЛОГИЯ ГИДРОБИОНТОВ

УДК 597.556.3:577.15

ГИДРОЛИТИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ ФЕРМЕНТОВ СИМБИОНТНОЙ МИКРОФЛОРЫ КИШЕЧНИКА ЩУКИ (Esox lucius L.)

© 2011 г. Г. И. Извекова*, А. О. Плотников**

*Институт биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина РАН, 152742 пос. Борок, Ярославская обл., Некоузский р-н, e-mail: izvekov@ibiw.yaroslavl.ru **Институт клеточного и внутриклеточного симбиоза УрО РАН, 460000 Оренбург, ул. Пионерская, д. 11 Поступила в редакцию 08.04.2009 г.

Установлено существование микрофлоры, с различной степенью прочности ассоциированной со слизистой кишечника щуки. Выделено 82 штамма бактерий. Обнаруженные микроорганизмы продуцируют ферменты, гидролизующие основные пищевые субстраты: белки и углеводы. Указанные ферменты вырабатываются как совокупностью различных микроорганизмов, обитающих в кишечнике, так и отдельными штаммами, выделенными в чистой культуре. Обнаруженные штаммы продуцируют ферменты с различными уровнями активности. Большинство выделенных штаммов (68%) продуцируют проте-азы. Вычисленный коэффициент К/П (отношение активности карбогидраз к активности протеаз) косвенно свидетельствует об автохтонности микрофлоры, ассоциированной со слизистой кишечника щуки. По-видимому, ферменты микрофлоры вносят существенный вклад в гидролитическую активность кишечника щуки, однако оценка этого вклада затруднительна.

Ключевые слова: кишечник рыб, микрофлора, ферментативная активность.

ВВЕДЕНИЕ

Существует обширная литература по количественному и качественному составу энтеральной микрофлоры позвоночных животных, в частности рыб [5, 14—16]. При этом большинство работ касаются разводимых в прудовых хозяйствах видов [12, 14]. Значительно меньше исследований по изучению функций микрофлоры в кишечнике рыб. Для высших позвоночных животных установлено, что микроорганизмы, заселяющие кишечник, обладают набором специфических ферментов, позволяющих гидролизовать субстраты, недоступные ферментам макроорганизма. Участие ферментов микрофлоры в процессах пищеварения снижает энергетические и пластические затраты организма на синтез собственных пищеварительных гид-ролаз [7].

Для трех видов растительноядных морских рыб (Kyphosus sydneyanus (Günther), Aplodactylus arctidens Richardson и Odax pullus (Forster)) показано, что амилолитическая активность, связанная с клеточными экстрактами микроорганизмов, прогрессивно повышается от передних отделов кишечника к задним, в отдельных случаях достигая 1/3 общей активности [21]. Ферменты микроорганизмов вносят существенный вклад в ферментативную активность и снабжение хозяина энергией [21]. Из кишечников девяти видов рыб выделена микрофлора, обладаю-

щая амилолитической, целлюлозолитической, ли-политической и протеолитической ферментативной активностями [13]. Исследования показывают, что микроорганизмы положительно влияют на пищеварительные процессы рыб. Можно утверждать, что некоторые ферменты, активность которых обнаружена в желудочно-кишечном тракте камбалы, могут быть микробиального происхождения. В частности, важные для питания камбалы карбогид-разы, хитиназа, хитобиаза, протеазы, коллагеназа и эластаза могут иметь бактериальное происхождение [19]. Из кишечника молоди роху (Labeo rohita (Hamilton)) выделено три типа кишечных бактерий. Бактерии в культуре способны к продуцированию внеклеточных протеазы, амилазы и целлюлазы, что может играть важную роль в пищеварении у личинок роху [18].

Выявлена способность микроорганизмов, выделенных из содержимого кишечника щуки (Esox lucius L.), леща (Abramis brama (L.)), плотвы (Rutilus rutilus (L.)) и окуня (Perca fluviatilis L.), продуцировать амилолитические и протеолитические ферменты [4]. При этом уровень активности протеиназ микроорганизмов, выделенных из кишечников рыб, зависит от температуры, рН и состава среды культивирования.

В большинстве указанных работ исследована микрофлора содержимого кишечника, в то время как роль микроорганизмов, колонизирующих сли-

зистую поверхность кишечника, остается недоучтенной.

Цель работы — исследование способности бактерий, ассоциированных со слизистой кишечника щуки, синтезировать протеолитические и амилоли-тические ферменты и определение их возможной роли в пищеварении хозяина.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Объектом исследования служила слизистая оболочка кишечника щуки (Едах Шаш Ь.) Рыбинского водохранилища. Для стерилизации поверхности кишечник промывали спиртом, затем вскрывали в стерильных условиях. Смывы с кишечника щуки получали, используя модификацию метода последовательной десорбции ферментов с отрезков кишки [3]. Для этого отрезки кишечника помещали в колбу со стерильным раствором Рингера (10 мл) для холоднокровных животных (рН 7.4) и встряхивали. Затем в стерильных условиях эти отрезки последовательно переносили в другие колбы с раствором Рингера и повторяли встряхивание, получая разные фракции, содержащие ферменты и микроорганизмы, которые в зависимости от прочности фиксации постепенно смываются с поверхности слизистой. Первую фракцию Д1 получали после 30-секундного встряхивания, остальные Д2—Д5 — через каждые последующие 15 мин. Для микробиологических исследований использовали фракции Д1, Д3, Д5. В ряду Д1—Д5, т.е. по мере приближения к поверхности, прочность ассоциации бактерий с пищевари-тельно-транспортными поверхностями возрастает, а полученные фракции соответствуют распределению микрофлоры в кишечнике — от полостной микрофлоры во фракциях Д1—Д2 до глубинной (пристеночной) во фракциях Д3—Д5. Гомогенат (Г) слизистой оболочки кишечника получали из предварительно смытого, как описано выше, фрагмента слизистой путем его растирания с девятикратным (масса/объем) количеством раствора Рингера в стерильной ступке.

Определяли активность гидролитических ферментов, выделяемых бактериями кишечника, без их получения в чистой культуре и выделяемых чистыми культурами бактерий, а также активность ферментов, содержащихся в смывах со слизистой оболочки и в гомогенате слизистой.

Активность гидролитических ферментов, продуцируемых совокупностью бактерий кишечника, без их получения в чистой культуре, оценивали следующим образом. В пробирки, содержащие 10 мл жидкой питательной среды, вносили 0.1 мл смыва с кишечника или гомогената. Для определения протео-литической активности использовали сухой рыбопептонный бульон (35 г (среда 1П) или 3.5 г (среда 2П)) на 1 л раствора Рингера, амилолитиче-ской активности — среду Имшенецкого (среда 1А) или 3.5 г рыбопептонного бульона и 10 г раствори-

мого крахмала на 1 л раствора Рингера (среда 2А). Посевы культивировали в течение 3 сут при температуре 25°С, после чего определяли активность ферментов бактерий.

Чистые культуры бактерий получали, высевая 0.1 мл неразведенных и разведенных в 10, 100 и 1000 раз смывов или гомогената на твердые питательные среды: "голодный" агар, кровяной агар, 1.5%-ный мясо-пептонный агар, висмут-сульфит агар, среды Эндо и Плоскирева. Через 48—72 ч культивирования при температуре 25°С выросшие колонии пересевали на скошенный питательный агар и идентифицировали. Выделенные штаммы идентифицировали на основании морфологических, тинкториальных, культуральных и биохимических критериев с применением планшетных тест-систем "ЕОТЕЯ01е81" и "№РЕЯМ1е81" (ЬАСНЕМА, Чехия). Для оценки ферментативной активности выделенных бактериальных культур проводили посев в количестве, одинаковом для всех штаммов — одна стандартная бактериологическая петля диаметром 3 мм в пробирку с 10 мл жидкой питательной среды. Активность гидролитических ферментов, выделяемых чистыми культурами бактерий, определяли после 3 сут культивирования при температуре 25°С. Штаммы пронумерованы по мере выделения. Для каждого выделенного штамма определена способность продуцировать протеолитическую и амило-литическую активности.

Определена также активность собственно кишечных ферментов, десорбированных со слизистой кишечника. Смывы ферментов, адсорбированных на пищеварительно-транспортной поверхности слизистой кишечника, получены по той же схеме, как и при исследовании бактерий. Активность ферментов кишечника измерена непосредственно в смывах без посевов на среды и разведений.

Амилолитическую активность (АА) (суммарную активность а-амилазы, КФ 3.2.1.1, глюкоамилазы, КФ 3.2.1.3 и ферментов группы мальтаз, КФ 3.2.1.20) определяли модифицированным методом Нельсона по приросту гексоз [8]; протеоли-тическую активность (ПА) (активность трипсина, КФ 3.4.21.4, химотрипсина, КФ 3.4.21.1 и дипепти-даз, КФ 3.4.13.1-3.4.13.11) - методом Ансона [11] по приросту тирозина. Интенсивность развивающегося окрашивания, пропорционального активности ферментов, измеряли на спектрофотометре СФ-46. При расчете активности ферментов для выделенных в чистой культуре штаммов скорость гидролиза субстратов выражали в микромолях редуцирующих сахаров (АА) или тирозина (ПА) за 1 ч инкубации; при расчете ферментативной активности совокупности бактерий без выделения в чистой культуре - в микромолях редуцирующих сахаров или тирозина за 1 ч инкубации в расчете на 1 г влажной навески отрезка кишечника, с которого получен смыв. Активность десорбированных с кишеч-

ника ферментов рассчитывали на 1 г навески отрезка кишечника за 1 мин инкубации.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В полученных со слизистой кишечника смывах после их посева на питательные среды определена способность бактерий, ассоциированных со слизистой кишечника, продуцировать гидролитические ферменты — протеазы и амилазы (рис. 1). Установлено, что бактерии, с различной степенью прочности ассоциированные со слизистой кишечника, продуцируют гидролитические ферменты. Активность как протеаз, так и амилаз бактерий отмечена во всех полученных фракциях, она зависит от состава среды культивирования и снижается от фракции Д1 к фракции Д5. С помощью этого подхода показано, что совокупность различных бактерий, обитающих в кишечнике щуки, способна выделять гидролитические ферменты.

Следующий шаг в исследовании трофической роли микроорганизмов в кишечнике щуки — определение способности отдельных штаммов выделять гидролитические ферменты. Для этого из полученных фракци

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