БИОЛОГИЯ ВНУТРЕННИХ ВОД, 2012, № 2, с. 22-28
УДК 597.556.3-169-7-51+579.68
УЛЬТРАСТРУКТУРНЫЕ АДАПТАЦИИ СИМБИОНТНЫХ БАКТЕРИЙ, КОЛОНИЗИРУЮЩИХ КИШЕЧНИК РЫБ И ИХ ПАРАЗИТОВ - ЦЕСТОД
© 2012 г. Ж. В. Корнева*, А. О. Плотников**
*Институт биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина РАН, 152742 пос. Борок, Ярославская обл., Некоузский р-н, e-mail: janetta@ibiw.yaroslavl.ru **Институт клеточного и внутриклеточного симбиоза УрО РАН, 460000 Оренбург, ул. Пионерская, 11 Поступила в редакцию 24.02.2011 г.
Методами электронной микроскопии изучены ультраструктурные особенности бактерий, колонизирующих слизистую оболочку кишечника пресноводных рыб и поверхность тегумента их кишечных паразитов — цестод. На основе собственных и литературных данных определены ультраструктурные особенности бактерий, способствующие их адаптации к пищеварительно-транспортным поверхностям пресноводных рыб и их кишечных паразитов. Выявленные ультраструктурные особенности можно разделить на три группы: особенности клеточной поверхности, структуры и вещества, позволяющие колонизировать кишечный эпителий и тегумент гельминтов; ультраструктурные особенности и характеристики внутренних структур бактериальных клеток; перестройки с образованием особых форм клеток: покоящихся и наноформ.
Ключевые слова: бактерии, Cestoda, рыбы, ультраструктура, адаптации.
ВВЕДЕНИЕ
Кишечные микроорганизмы не только принимают активное участие в процессах пищеварения, но также синтезируют витамины и другие незаменимые вещества, в частности, влияющие на иммунную систему хозяина [22]. Однако на пищеварительно-транспортные процессы оказывает влияние еще одна составляющая кишечного микробиоценоза — цестоды. Они лишены собственной пищеварительной системы, но способны переваривать пищу с помощью механизмов мембранного пищеварения и активного транспорта, что позволяет им использовать не только диету, но и ферменты хозяина, адсорбированные на поверхности их тела [6, 17]. В последнее десятилетие интенсивно изучается ультраструктурная организация бактерий, колонизирующих поверхность кишечника рыб [15, 20, 21] и их кишечных паразитов [10, 19]. Дана сравнительная характеристика ультратонкого строения микрофлоры, населяющей кишечник пресноводных рыб и поверхность их паразитов [4, 5, 9]. Однако комплексная оценка выявленных ультраструктурных особенностей сим-биотических бактерий с позиций их адаптации к условиям кишечного биотопа и поверхности кишечных паразитов не проводилась.
Цель работы — на основании собственных и литературных данных определить ультраструктурные особенности бактерий, которые могут способство-
вать их адаптации для прикрепления и выживания на слизистой оболочке кишечника пресноводных рыб и поверхности их кишечных паразитов.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Половозрелых особей Triaenophorus nodulosus (Pallas, 1781) извлекали из кишечника щуки Esox lucius Linnaeus, 1758, отловленной в Рыбинском водохранилище. Половозрелых Proteocephalus toru-losus (Batsch, 1786) извлекали из кишечника усатых гольцов Barbatula barbatula (Linnaeus, 1758), отловленных на р. Ильдь Ярославской обл., а также из кишечника уклейки Alburnus alburnus (Linnaeus, 1758) и синца Abramis ballerus (Linnaeus, 1758), отловленных в Рыбинском водохранилище. Цестод Proteocephalus percae (Müller, 1780) извлекали из кишечника окуней Perca fluviatilis Linnaeus, 1758, отловленных на р. Ильдь и в Рыбинском водохранилище. Цестод Proteocephalus cernuae (Gmelin, 1790) извлекали из кишечника взрослых ершей Gymno-cephalus cernuus (Linnaeus, 1758), отловленных в Рыбинском водохранилище. В работе также использовали отрезки кишечника налима Lota lota (Linnaeus, 1758) из Рыбинского водохранилища. В каждом случае исследовали 3—4 экз. паразитов и фрагментов кишечника их хозяев. Червей и фрагменты кишечника извлекали из свежеотловлен-ной рыбы, которая в течение 2—3 ч доставлялась в лабораторию в канах, наполненных водой.
Чистые культуры бактерий получали, высевая по 0.1 мл 10-кратных разведений смывов с червей и отрезков кишечников или гомогената слизистой кишечника в физиологическом растворе Рингера на твердые питательные среды: 2%-ный агар-агар, кровяной агар, 1.5%-ный мясо-пептон-ный агар, среду Эндо. Через 48—72 ч культивирования при температуре 25°С выросшие колонии пересевали на скошенный питательный агар и идентифицировали. Видовую идентификацию выделенных штаммов проводили по определителям [13, 23] на основании морфологических, тинкто-риальных, культуральных и биохимических критериев с применением планшетных тест-систем "ENTEROtest" и "NEFERMtest" (LACHEMA, Чехия).
Ультраструктуру выделенных штаммов изучали с помощью трансмиссионного электронного микроскопа. Материал (колонии бактерий, а также фрагменты кишечника и тегумента цестод) фиксировали 2.5%-ным раствором глутарового альдегида на какодилатном буфере (pH 7.2) в течение 1 ч, до-фиксировали 2%-ным раствором тетраоксида осмия на том же буфере. После обезвоживания в спиртах и ацетоне материал заливали в смесь эпон-аралдит. Ультратонкие срезы контрастировали уранилацетатом, цитратом свинца и просматривали в трансмиссионном электронном микроскопе JEM 1011.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Ультраструктурные особенности симбионтных бактерий in vivo. Палочковидные бактерии обнаруживаются на пищеварительно-транспортных поверхностях как паразитов, так и их хозяев — рыб. Палочки грамотрицательного типа с заостренными концами колонизируют тегумент паразита щуки — Triaenophorus nodulosus (рис. 1а). Палочки различной длины с закругленными концами присутствуют на слизистой кишечника окуней. Для них характерна толстая капсула из аморфного материала, в цитоплазме — вакуоли, не ограниченные мембраной (рис. 1б).
Спирохеты обнаружены в кишечнике щук и окуней. Для них характерны извилистость клеточной стенки (рис. 1в) и наличие пучков аксиальных фибрилл, расположенных по спирали под наружной мембраной клетки.
Кокковидные бактерии присутствуют фактически у всех исследованных видов рыб и паразитов. Чаще встречаются кокки различных размеров, гра-мотрицательные, без ультраструктурных особенностей. Тегумент Proteocephalus percae колонизируют грамположительные кокки, клеточная стенка которых состоит из толстого аморфного слоя средней электронной плотности. Цитоплазма насыщена рибосомами и полирибосомами (рис. 1г).
Цепочки прокариотических клеток прикрепляются своей базальной клеткой между микротрихи-ями тегумента Proteocephalus torulosus и Triaenophorus nodulosus. Цепочки состоят из коротких палочковидных клеток с закругленными концами грамотрицательного типа (рис. 1д).
Бактерии необычной формы — это полиморфные грамотрицательные бактерии, колонизирующие тегумент T. nodulosus, могут быть дисковид-ной, веретеновидной или каплевидной формы. Ультраструктурные особенности у них не выявлены (рис. 1е).
Ультраструктурные особенности симбионтных бактерий в культуре (in vitro). Палочковидные бактерии выделены из щуки, относятся к грамотрица-тельным бактериям филума Proteobacteria (Aeromo-nas, Vibrio, Pseudomonas, Shewanella, Hafnia, Yersinia) и грамположительным бактериям филума Firmic-utes (Carnobacterium).
У бактерий видов Shewanella putrefaciens, Aero-monas eucrenophila, A. salmonicida и Pseudomonas lu-teola выявлена капсула. В цитоплазме Hafnia alvei, Vibrio furnissii и Aeromonas eucrenophila обнаружены фаговые частицы (рис. 2а).
В старых культурах Vibrio furnissii и Aeromonas eucrenophila в результате процессов отмирания обнаружены разнообразные по выраженности ультраструктурных изменений клетки: "микромумии" с конденсированной цитоплазмой и утолщенной клеточной стенкой, клетки сферопластного типа, клетки с внеклеточными и внутриклеточными ла-меллярными тельцами, псевдовакуолями и др. (рис. 2б). Среди клеток обычных размеров обнаружены наноформы.
Все клетки Shewanella putrefaciens имеют микрокапсулу, которая выглядит как тонкий электронно-плотный неструктурированный слой, находящийся над наружной мембраной (рис. 2в). В старых культурах обнаружены небольшие клетки, которые выглядят как сферопласты в сохранившейся оболочке, состоящей из микрокапсулы и наружной мембраны.
Клеточная стенка Pseudomonas luteola покрыта толстым слоем фибриллярного материала, формирующего выраженную капсулу. Часть фибрилл веерообразно расходится вокруг клеток, рыхло соединяя их между собой в единую колонию (рис. 2г).
Коккопалочки Carnobacterium sp. обладают клеточной стенкой грамположительного типа, покрытой микрокапсулой. На поверхности капсулы располагаются электронно-плотные мелкие гранулы (рис. 2д).
Кокковидные бактерии выделены из кишечника щуки и налима, принадлежат различным мор-фотипам грамположительных бактерий филумов Firmicutes (Staphylococcus) и Actinobacteria (Micro-
Рис. 1. Симбионтные бактерии на поверхности кишечника рыб и тегументе их паразитов — цестод (трансмиссионный электронный микроскоп): а — палочковидная бактерия на тегументе Triaenophorus nodulosus (показано стрелкой), б — палочковидная бактерия с поверхности кишечника окуня-годовика, в — спирохета с поверхности Proteocephalus percae из окуня-годовика, г — кокк с поверхности P. percae из окуня-годовика, д — цепочки прокариотических клеток, прикрепленные к поверхности тегумента P. torulosus из синца, е — полиморфные грамотрицательные бактерии, колонизирующие тегумент Triaenophorus nodulosus из кишечника щуки; М — микротрихия, Т — тегумент.
Рис. 2. Симбионтные бактерии в культуре (трансмиссионный электронный микроскоп): а — Vibrio furnissii с частицами бактериофагов внутри клетки (стрелки), б — Aeromonas eucrenophila с псевдовакуолями (стрелки), в — Shewanella putrefaciens, г — Pseudomonas luteola, д — Carnobacterium sp., е — Staphylococcus muscae, ж — S. rnprae, з — Micrococcus kristinae с частицами бактериофагов внутри клетки; Б — бактериофаги.
26
КОРНЕВА, ПЛОТНИКОВ
coccus). Цитоплазма насыщена гранулярным компонентом — рибосомами и полирибосомами.
У Staphylococcus muscae грамположительная клеточная стенка четко определяется в виде электронно-плотного слоя пептидогликана, покрытого аморфной капсулой средней электронной плотн
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.