МИКРОБИОЛОГИЯ, 2004, том 73, № 3, с. 364-367
= ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
УДК 579.841.31.013
ХЕМОТАКСИСНЫЕ СВОЙСТВА ВКАВУКШХОВШМ мромсим В ПРИСУТСТВИИ ПРИРОДНЫХ ВЫСОКОДИСПЕРСНЫХ
МАТЕРИАЛОВ
© 2004 г. Н. В. Чуйко, И. К. Курдиш1
Институт микробиологии и вирусологии им. Д.К. Заболотного НАН Украины, Киев
Поступила в редакцию 11.08.03 г.
Исследованы хемотаксисные свойства ВгайугЫгоЬшт ]арон1сит в присутствии природных высокодисперсных материалов - глинистых минералов монтмориллонита и палыгорскита. Показано, что взаимодействие с этими минералами приводит к повышению подвижности бактерий. В то же время хемотаксис (направленное движение) брадиризобий к аттрактанту глюкозе в присутствии глинистых минералов снижается. Такой эффект, по-видимому, обусловлен сорбцией частиц минералов на поверхности клеток и последующей блокировкой рецепторов, ответственных за хемотаксисный ответ у данных бактерий.
Ключевые слова: хемотаксисные свойства, ВгайугЫгоЬшт ]арон1сит, монтмориллонит, палыгорскит.
В почве, где происходит взаимодействие бактерий с растениями, широко распространены высокодисперсные материалы, в том числе глинистые минералы. Частицы глинистых минералов характеризуются рядом поверхностных свойств, а именно ионообменной емкостью, поверхностным зарядом, гидрофобно-гидрофильными свойствами и т.д. [1]. Поэтому условия функционирования микробных клеток в микроокружении минералов также отличаются от обычных [2].
Взаимодействие микроорганизмов с материалами высокой дисперсности сопровождается образованием на поверхности клеток слоя из высокодисперсных частиц [3], что может изменить свойства бактериальной поверхности [4, 5]. Не исключено, что закрепление частиц глинистых минералов на поверхности бактерий будет влиять на различные функции клеток, в том числе на их хемотаксис. Поэтому целью нашей работы было исследование хемотаксисных свойств симбиотических азотфиксаторов Bradyrhizo-bium japonicum в присутствии природных высокодисперсных материалов.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Объектами исследований были медленнорастущие клубеньковые бактерии сои Bradyrhizobi-um japonicum 6346 (производственный штамм) и 604К (высоковирулентный неактивный штамм). Оба штамма предоставлены Н.З. Толкачёвым (Крымский филиал Института сельскохозяйственной микробиологии УААН). Микроорганиз-
1 Автор для корреспонденции (e-mail: Kurdish@serv.imv.kiev.ua).
мы выращивали на маннитно-дрожжевой среде [6] при 28°С до середины фазы логарифмического роста.
В работе использовали природные глинистые минералы монтмориллонит и палыгорскит Черкасского месторождения бентонитовых глин. Монтмориллонит - это минерал слоистого типа. Он представлен хлопьевидными частицами, размер которых составляет 0.05 мкм. Палыгорскит является алюмосиликатом слоисто-ленточного типа с игловидными частицами. Их размер достигает 0.2-0.5 мкм [1].
Для изучения хемотаксисных свойств бактерий в присутствии глинистых минералов монтмориллонит либо палыгорскит в виде суспензий коллоидной дисперсности вносили в суспензию бактерий в концентрациях от 0.1, до 1.0 г/л, перемешивали и выдерживали 30 мин для установления контактного взаимодействия. После этого капиллярным методом [6] изучали хемотаксис. О подвижности бактерий судили на основании численности клеток, зашедших в капилляры с калий-фосфатным буфером (0.01 М, рН 7.0). Хемотаксис оценивали по количеству клеток, содержащихся в капиллярах, заполненных раствором глюкозы (5.6 х 10-2 М), приготовленном на этом же буфере.
Результаты экспериментов обрабатывали статистически [7].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Ранее было показано, что клетки В. ]арои1сит вступают в контактное взаимодействие с глинистыми минералами [4]. В данной работе продемон-
Количество клеток х 108/мл
Концентрация монтмориллонита, г/л
Рис. 1. Влияние монтмориллонита на хемотаксисные свойства В. ]аротсиш 6346. Количество клеток в капиллярах с калий-фосфатным буфером (1) и с 5.6 х х 10-2 М глюкозой (2).
Количество клеток х 108/мл
Концентрация монтмориллонита, г/л
Рис. 2. Влияние монтмориллонита на хемотаксисные свойства В. ]аротсиш 604К. Количество клеток в капиллярах с калий-фосфатным буфером (1) и с 5.6 х 10-2 М глюкозой (2).
стрировано, что взаимодействие В. ]аротсиш с монтмориллонитом сопровождалось повышением подвижности этих бактерий. Так, после взаимодействия с монтмориллонитом в концентрации 0.2 г/л подвижность В. ]арон1сиш 6346 возрастала на 25% (рис. 1). Увеличение содержания этого минерала в суспензии бактерий сопровождалось дальнейшим повышением их подвижности. При 1.0 г/л монтмориллонита количество клеток, зашедших в капилляры с калий-фосфатным буфером, увеличивалось на 188% (рис. 1).
Подобное повышение подвижности наблюдали и для высоковирулентного, но неактивного по азотфиксации штамма В. ]арон1сиш 604К. Например, после внесения монтмориллонита в концентрации 0.1 г/л в суспензию клеток этого штамма подвижность бактерий повышались на 27%, при концентрации минерала 0.5 г/л увеличение этого показателя составляло 105% (рис. 2).
Взаимодействие бактерий с палыгорскитом также повышало подвижность исследованных штаммов В. ]арои1сиш, но в меньшей мере, чем с монтмориллонитом. Так, для В. ]арои1сиш 6346 наибольший эффект наблюдали при концентрации палыгорскита 0.5 г/л (рис. 3). В этом варианте подвижность возрастала на 73%. Для В. ]арон1сиш 604К показатели подвижности наиболее заметно (на 28%) увеличивались при содержании в суспензии бактерий 0.2 г/л палыгорскита (рис. 4). Повышение его концентрации до 0.5 и 1.0 г/л в меньшей степени влияло на подвижность этого штамма.
Таким образом, взаимодействие В. ]арон1сиш 6346 и 604К с глинистыми минералами монтмориллонитом и палыгорскитом сопровождалось
повышением подвижности брадиризобий в отсутствие аттрактанта. Такой эффект наблюдали при обработке бактериальных суспензий минералами в концентрациях от 0.1 до 1.0 г/л.
Согласно ранее полученным экспериментальным данным, эти глинистые минералы стимулируют физиологическую активность азотфиксирую-щих микроорганизмов, в том числе и ростовую активность В. ]аротсиш [2]. Возможно, стимуляция физиологической активности и подвижности бактерий глинистыми минералами имеют сходные механизмы, которые еще не изучены. Не исключено, что увеличение подвижности В. ]арои1сиш в присутствии монтмориллонита и палыгорскита является одной из граней их комплексного воздействия на бактериальную клетку. Исходя из того, что глинистые минералы являются компонентами почв многих типов, их положительное влияние на подвижность брадиризобий может играть определенную роль при распространении данных микроорганизмов в природных условиях.
В то же время хемотаксис В. ]арои1сиш, т.е. направленное движение, к аттрактанту (глюкозе) в тех вариантах, когда в суспензию бактерий вносили монтмориллонит, становился менее активным, чем в его отсутствии. Так, при содержании этого минерала в концентрации 0.1 г/л количество клеток В. ]арои1сиш 634б, зашедших в капилляры с глюкозой, уменьшалось на 32% (рис. 1), а численность клеток В. ]арон1сиш 604К - на 47% (рис. 2). Обработка клеток бактерий более высокими концентрациями монтмориллонита (0.2, 0.5 и 1.0 г/л) также приводила к уменьшению хемотаксисного
366
ЧУЙКО, КУРДИШ
Количество клеток х 108/мл
Концентрация палыгорскита, г/л
Рис. 3. Влияние палыгорскита на хемотаксисные свойства В.]аротсиш 6346. Количество клеток в капиллярах с калий-фосфатным буфером (1) и с 5.6 х 10-2 М глюкозой (2).
Количество клеток х 108/мл
Концентрация палыгорскита, г/л
Рис. 4. Влияние палыгорскита на хемотаксисные свойства В. ]аротсиш 604К. Количество клеток в капиллярах с калий-фосфатным буфером (1) и с 5.6 х 10-2 М глюкозой (2).
ответа бактерий по сравнению с вариантами без монтмориллонита (рис. 1, 2).
Хемотаксис В. ]арон1сиш к глюкозе у бактерий, в суспензию которых был внесен палыгорскит, также уменьшался сравнительно с теми, к которым минерал не прибавляли. Такой эффект наблюдали для обоих исследованных штаммов В. ]аротсиш. Например, при концентрации палыгорскита 0.1 г/л хемотаксис В. ]арон1сиш 6346 снижался на 38% (рис. 3). У В. ]арои1сиш 604 К уменьшение показателей хемотаксиса было еще более заметным. Все исследованные концентрации минерала (0.1, 0.2, 0.5, 1.0 г/л) приводили к снижению количества клеток, зашедших в капилляры с глюкозой (на 38-54%) (рис. 4).
Таким образом, под воздействием монтмориллонита и палыгорскита наблюдалось снижение хемотаксисного ответа исследованных бактерий к атрактанту (глюкозе). Следует отметить, что в присутствии глинистых минералов хемотаксис снижался у разных по симбиотическим свойствам штаммов ВгайугЫхоЫиш, активного по азотфик-сации В. ]арои1сиш 6346 и неактивного по этому признаку В. ]арон1сиш 604К.
Учитывая то, что В. ]арои1сиш способен вступать в контактное взаимодействие с частицами глинистых минералов, можно предположить, что уменьшение уровня хемотаксисного ответа связано с сорбцией частиц минералов на поверхности бактерий [4]. Не исключено, что при этом условия функционирования белков-рецепторов хемотаксиса также изменяются. Вероятно, следствием этого является их блокировка и уменьшение "чувствительности" В.]арои1сиш 6346 и 604К к ат-трактанту глюкозе.
Для объяснения блокировки рецепторов хемотаксиса можно предположить несколько механизмов. Так, возможно их механическое экранирование за счет покрытия высокодисперсными частицами поверхности клетки бактерий. Глинистые минералы также могут связываться непосредственно с рецепторами либо с какими-либо иными бактериальными поверхностными структурами, что, в свою очередь, будет приводить к конформацион-ным изменениям рецепторов, влекущим за собой невозможность связывания с атрактантом.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Тарасевич Ю.И, Овчаренко Ф.Д. Адсорбция на глинистых минералах. Киев: Наукова думка, 1975. 352 с.
2. Курдиш И.К. Гранулированные микробные препараты для растениеводства: наука и практика. Киев: КВЩ, 2001. 142 с.
3. Звягинцев Д.Г. Взаимодействие микроорганизмов с твердыми поверхностями. М.: Изд-во МГУ, 1973. 176 с.
4. Курдиш И.К., Антонюк Т.С. Влияние глинистых минералов на
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.