CC BY
37
О.М. Постолакий, С. А. Бурцева
ВЛИЯНИЕ МИЛЛИМЕТРОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА РОСТ И ЛИПИДООБРАЗОВАНИЕ ЗТЯЕРТОМУСЕЗ СЛШЗШ CNMN-Aс-02 И ЕГО ВАРИАНТОВ
Институт микробиологии и биотехнологии АН Молдовы, ул. Академией, 1, г. Кишинев, MD-2028, Молдова, [email protected]
Проблема взаимоотношения биосистемы и среды в биологии всегда была актуальной. В настоящее время, когда антропогенное загрязнение среды стало определяющим фактором дестабилизации биологических систем различного уровня организации, вопрос устойчивости всего живого в условиях ухудшающегося качества среды является одним из важнейших в современной экологии. К числу новых и недостаточно изученных биосферных факторов среды следует отнести электромагнитное поле (ЭМП) искусственного происхождения, существенно изменяющее на нашей планете экологическую обстановку и оказывающее интенсивное воздействие на живые объекты и среду их обитания [1, 2].
В масштабах эволюционного прогресса рост напряженности ЭМП рассматривается как одномоментный скачок со сложно предсказуемыми последствиями. Экспериментальные данные как отечественных, так и зарубежных исследователей свидетельствуют о высокой биологической активности ЭМП во всех частотных диапазонах [3-5].
На биологическую ответную реакцию живого организма влияют следующие параметры ЭМП: интенсивность, частота излучения, продолжительность облучения, модуляция сигнала, сочетание частот, периодичность действия. Сочетания вышеперечисленных параметров могут давать разные последствия для реакции облучаемого объекта [4].
При анализе и применении данных о воздействии ЭМП на разнообразные биологические системы необходимо учитывать адекватность выбираемых тест-объектов поставленным задачам и методологическим возможностям. Одной из удобных и полезных моделей являются клетки микроорганизмов в связи с относительной простотой их культивирования и поддержания в лабораторных условиях, а также коротким жизненным циклом. [2].
В последнее время пристальное внимание стало уделяться влиянию миллиметрового излучения (ММИ) на биологические объекты. Отмечена возможность использования ММИ волн в качестве средства получения информации о процессах жизнедеятельности различных организмов. В микробиологии положительный эффект действия ММИ выражается в стимуляции роста, ускорении процессов метаболизма, изменении биохимического состава клеток [6].
Данные по влиянию ММИ на липидообразование у микроорганизмов не встречались, поэтому целью исследований являлось изучение влияния ММИ на продуктивность биомассы и липидов у стрептомицетов.
Методика эксперимента
В качестве объекта исследований были выбраны три культуры стрептомицетов: Streptomyces canosus CNMN-Ac-02 и его два варианта: Streptomyces canosus CNMN-Ac-03 (полученный после у-излучения) и Streptomyces canosus CNMN-Ac-04 (полученный после комбинированного у+УФ излучения) [7].
Поддержание культур проводили путем периодического пересева на скошенную агаризован-ную среду Чапека с глюкозой. Культуры хранились в холодильнике при температуре +4С0. Перед началом эксперимента культуру пересевали из пробирок в чашки Петри с агаризованной средой того же состава. Рост стрептомицетов в чашках происходил в термостате при +27С0 в течение семи суток.
Облучение культуры проводили генератором электромагнитного излучения «Явь-1» с длиной волны 5,6 мм и выходной мощностью 100 мВт/см2. Расстояние между рупором облучателя и объектом не изменялось в течение эксперимента. Время экспозиции - 0 (контроль), 1, 3, 5, 10, 15 и 30 минут.
Облученные культуры пересевали затем на жидкую среду М-1 (основной источник углерода -кукурузная мука 20,0 г/л). Дальнейшее культивирование осуществлялось на вибростоле в течение
© Постолакий О.М., Бурцева С.А., Электронная обработка материалов, 2009, № 2, С. 93-97.
пяти суток при 27С0. Биомассу отделяли от культуральной жидкости на центрифуге (5000 об/мин в течение 20 мин). Количество биомассы определяли взвешиванием. Внутриклеточные липиды экстрагировали из биомассы по методу Фолча [8], модифицированному в лаборатории [9]. Качественный и количественный составы липидов определяли методом тонкослойной хроматографии на пластинках «Сорбфил» и денситометрически [8].
Результаты и их обсуждение
В числе биологически активных веществ микробного происхождения липиды занимают особое место. Они участвуют в сложных метаболических процессах, входят в состав структурных элементов клетки, а также являются энергетически выгодным субстратом окисления [10-12].
Актиномицеты синтезируют и накапливают в своих клетках значительное количество жиров. Содержание липидов в мицелии актиномицетов колеблется от 5 до 40% и более в зависимости от состава питательной среды и индивидуальных особенностей организма [12, 13].
Известно, что физические и химические факторы влияют на количественный и качественный составы липидных компонентов мембран и путем изменения состава липидов мембран можно уменьшить их отрицательное воздействие [7, 13, 14].
Ранее было установлено, что штамм ^ сапвтъ СЫМЫ-Лс-03 отличается от исходной культуры ^ сапоиш СЫМЫ-Лс-02 повышенной продуктивностью биомассы, а штамм ^ сапоиш СЫМЫ-Лс-04 -повышенным синтезом липидов и антимикробной активностью [7].
Анализ изменения продуктивности биомассы у стрептомицетов в зависимости от времени экспозиции показал, что у исходной культуры повышается продуктивность биомассы почти при всех экспозициях, достигая максимума (138,8%) при 5-минутном облучении (рис. 1). У вариантов ^ сапоиш СЫМЫ-Лс-03 и ^ сапоиш СЫМЫ-Лс-04 существенное увеличение количества биомассы замечено только при 15-минутной экспозиции и составляет 116,7 и 125,8% соответственно по сравнению с контролем. При остальных экспозициях количество биомассы у вариантов не превышает или находится на уровне контроля.
%
140
100
60
20
° 1 3 5 10 15 30 мин
Рис. 1. Продуктивность биомассы у стрептомицетов в зависимости от времени воздействия миллиметровых волн. 1 - ^.сапоиш СЫМЫ-Лс-02; 2 - ^.сапоиш СЫМЫ-Лс-03; 3 - ^.сапоиш СЫМЫ-Лс-04
Определение количества липидов в биомассе трех исследуемых штаммов стрептомицетов показало, что под воздействием ММИ происходит ингибирование их синтеза (рис. 2). Так, у штамма 5". сапо8т СЫМЫ-Лс-02 замечено достоверное уменьшение количества общих липидов в биомассе, начиная с экспозиции 3 мин, а при 30-минутном облучении количество липидов составляет 80,8% от контроля. Тот же процесс наблюдается и у варианта 5. сапош8 СЫМЫ-Лс-03: минимальное количество липидов отмечено при воздействии ММИ в течение 1 мин - 70,34% к контролю. У 5. сапо8ш СЫМЫ-Лс-04 под воздействием миллиметровых волн наблюдается нелинейный характер изменения количества липидов в биомассе, которое варьирует в пределах 35,6-102,0% по сравнению с контролем.
Изучение фракционного состава липидов, а именно таких биологически активных фракций, как фосфолипиды, стерины и триглицериды, показало, что их содержание в липидах изменяется в зависимости от продолжительности обработки ММИ. Так, существенное увеличение фосфолипидов на 134,0% к контролю было замечено у исходной культуры при экспозиции 1 мин (рис.3). При увеличении времени действия ММИ этот показатель уменьшается и при 30-минутной экспозиции составляет 89,6% от контроля. У штамма ^.сапоиш СЫМЫ-Лс-03 количество фосфолипидов во всех вариантах опыта превышает контроль, достигая максимума при 10-минутном облучении (на 57,8% больше, чем в контроле). У штамма 5. сапош8 СЫМЫ-Лс-04 при малых экспозициях количество фосфолипидов в биомассе превышает контроль. По мере увеличения времени воздействия ММИ на этот штамм количество фосфолипидной фракции в липидах уменьшается. Так, при 3-минутной экспозиции их
т ц- 3 1 .
_ 1 ПТ 1 ПТ _::: 1 ГГТ
количество достигает максимума и превышает контроль (на 28,8%), а при 30-минутном облучении
их меньше, чем в контроле (на 16,4%).
%
120 S0 40
т
3
п
зо
мин
Рис. 2. Липидообразование у стрептомицетов в зависимости от времени воздействия миллиметровых воли. 1 - З.сапояня СМШ-Ас-02; 2 -З.сапояня СИМИ-Ас-ОЗ; 3 -З.сапояня СИМИ-Ас-04 %
20 15 10 5 0
Контроль 1 3 5 10 15 30 мин
Рис. 3. Количество фосфолипидов в биомассе стрептомицетов, облученных миллиметровыми волнами (% к сумме липидов). 1- ^.сапоиш СЫМЫ-Ас-02; 2 - ^.сапоиш СЫМЫ-Ас-03; 3 - ^.сапоиш СЫМЫ-Ас-04
> . - - •--- ---•< - - - - - -
*-""" --±-Г- --■ - .
* i i
1 1 1 1 1 1
Опыты показали, что воздействие ММИ в промежутке времени 1-10 мин вызывает стимуляцию синтеза стеринов штаммом S сапот8 СЫМЫ-Ас-02. Количество стеринов в липидах достигает максимума при 3-минутном облучении. У штамма 5.сапот8 СЫМЫ-Ас-03 самый активный синтез стеринов замечен также при 3-минутной экспозиции. Обратный эффект при воздействии ММИ в течение 3 мин наблюдается у штамма 5". сапош8 СЫМЫ-Ас-04: при этой экспозиции количество стеринов уменьшается в липидах и составляет 82,7% к контролю. Максимальное количество стеринов установлено при облучении ^.сапоиш СЫМЫ-Ас-04 в течение 15 мин (на 19,5%).
Контроль 1 3 5 10 15 30 мин
Рис. 4. Количество стеринов в биомассе стрептомицетов, облученных миллиметровыми волнами (% к сумме липидов). 1 - ^.сапоиш СЫМЫ-Ас-02; 2 - И.сапоиш СЫМЫ-Ас-03; 3- ^.сапоиш СЫМЫ-Ас-
04
Изменение количества триглицеридов в липидах трех изучаемых штаммов стрептомицетов под воздействием ММИ происходило следующим образом: у ^.сапоиш СЫМЫ-Ас-02 оно существенно уменьшилось - на 40,0-80,0% по сравнению с контролем, а у ^.сапоиш СЫМЫ-Ас-03 и ^.сапоиш СЫМЫ-Ас-04 можно было заметить небольшую стимуляцию синтеза триглицеридов при экспозициях
5 и 10 мин.
Рис. 5. Количество триглицеридов в биомассе стрептомицетов, облученных миллиметровыми волнами (% к сумме липидов). 1 - ^.сапоиш СЫМЫ-Ас-02; 2 - ^.сапоиш СЫМЫ-Ас-03; 3 - ^.сапоиш СЫМЫ-Ас-04
В заключение можно сказать, что под воздействием ММИ происходят существенные изменения роста и липидообразования у стрептомицетов. В зависимости от экспозиции каждый штамм реагирует индивидуально. Обнаружена общая закономерность: на фоне стимуляции продуктивности биомассы происходит уменьшение синтеза липидов. Повышение количества биологически активной фракции - фосфолипидов, по нашему мнению, свидетельствует об активизации защитной реакции микроорганизма на воздействие физического фактора.
ЛИТЕРАТУРА
1. Betskii O.V., Deveatkov N.D. Biological aspects of low intensity mm waves. M.: Seven plus, Moscow, 1994, 336 p.
2. Гапочка Л.Д., Гапочка М.Д., Королев А.Ф. Популяционные аспекты устойчивости одноклеточных организмов к действию электромагнитного облучения низкой интенсивности // Миллиметровые волны в биологии и медицине. 2002. № 2 (26), C. 3-9.
3. Тамбиев А.Х., Кирикова Н.А., Лукьянов А. А. Применение активных частот электромагнитного излучения миллиметрового и сантиметрового диапазона в микробиологии // Наукоемкие технологии. 2002. № 1. C. 34-53.
4. Егорова Е.И. Влияние СВЧ-излучения на изменение численности и биомассы планктонных водорослей // Биомедицинские технологии и радиоэлектроника. 2006. № 1-2. C. 54-58.
5. Ghitu D. I., Betchii O.V., Parhomenco V.F., Rotaru A.N., Rusu D.T. Unele probleme fundamentale §i apli-cative ale radiatiilor electromagnetice de frecventa extrem de inalta (milimetrice) a termice // Мат. I Межд. науч.-прак. конф. «Нетрадиционные методы в медицине, биологии и растениеводстве. Эниология. Экология и здоровье». 2005. Кишинев. C. 41-47.
6. Гамаюрова В.С., Крыницкая А.Ю., Астраханцева М.Н. Влияние ЭМИ КВЧ нетепловой интенсивности на рост дрожжей Saccharomices cerevisiae //Журнал радиоэлектроники. 2003. № 3.
7. Растимешина И.О. Изучение условий направленного синтеза биологически активных веществ штаммом стрептомицета Streptomyces canosus CNM-71, Автореф. дисс. док. биол. наук. Кишинев, 2001. 23 с.
8. Кейтс Е.М. Техника липидологии. М.: Мир, 1985. 304 c.
9. Burteva S., Usatii A., Todera§ A. Variabilitatea formelor spontane a tulpinii Streptomyces sp. 36 - produ-catoare de substante bioactive // Buletinul A§ RM. §tiinte biol. §i chim. 1996. № 1. P. 27-32.
10. Дятловицкая Э.В., Безуглов В.В. Липиды как биоэффекторы. Введение // Биохимия. 1998. 62. Вып. 1. С. 3-5.
11. El-Naggar M. Y., El-Kersh M.A., El-Sharaky A.S. Correlation of actinomycin X2 to the lipid profile in static and shaken cultures of Streptomyces nastri strain YG 62 // Microbios. 1999. V. 100. № 396. P.117-127.
12. Lomtatidze L., Shiukashvili T., Aneli G., Mamulashvili K. Fatty acids of cell wall lipids of some actinomyces // Bull. Georg. Acad. Sci. 2001. 163. № 1. P. 164.
13. Бурцева С.А. Биологически активные вещества стрем^и^тов (биосинтез, свойства, перспективы применения). Автореф. дисс. док. хаб. биол. наук. Кишинев, 2002. 35 с.
14. Залашко М.В., Солохина Т.А., Королева И.Ф. Влияние стрессовых воздействий на состав липидов дрожжей // Прикладная биохимия и микробиология. 2000. Т. 36. № 1. С. 37-40.
Поступила 18.12.08
Summary
The influence of millimeter waves of low intensity on quantity of biomass and composition of lipids of initial strain Streptomyces canosus CNMN-Ac-02 and its variants Streptomyces canosus CNMN-Ac-03 and Streptomyces canosus CNMN-Ac-04, obtained as a result of у and combined (y and UV) irradiations, were investigated. The obtained results indicate that along the stimulation of biomass productivity of the strepto-mycetes (with 38,8 % at initial strain and with 16,7% and 25,8 % at variants), takes place a decrease of lipids generation. It has been noticed that the quantity of phospholipids, sterines and triglycerides is depending on exposure time. Expositions at which there is an increase in quantity of fosfolipids and sterines at initial culture and variants, was determinate.
