ЗАГАЛЬНА МІКРОБІОЛОГІЯ - Т.П. Пирог - 2004

6. РІСТ МІКРООРГАНІЗМІВ

6.2. АДАПТИВНІ РЕАКЦІЇ МІКРООРГАНІЗМІВ НА СТРЕСОВІ ДІЇ

6.2.5. Регуляторні системи відповіді на стресові дії

Процеси, що проходять у клітинах, які перебувають у стані стресу, вивчені здебільшого на моделі кишкових бактерій, передусім Escherichia coli і Salmonella typhi murium. Останніми роками об’єктами досліджень з генетики і молекулярної біології механізмів адаптації стають також інші бактеріальні і дріжджові культури.

Залежно від природи стресора і характеру завданих пошкоджень реакція клітини може бути різною. У кишкових бактерій виявлено п’ять регуляторних систем відповіді на стресові дії: “суворий” контроль”; SOS-відповідь; адаптивна відповідь; синтез білків теплового шоку; відповідь на окисний стрес. В усіх висадках відбуваються глибокі перебудови метаболізму, пов’язані з уповільненням або припиненням розмноження і синтезом білків, необхідних для виживання. У деяких випадках у процесах регуляції беруть участь спеціальні сполуки, клітинні гормони. що отримали назву алирмонів.

Система відповіді на окисний стрес контролює синтез ряду білків, серед яких виявлені антиоксидантні ферменти (каталаза, перексидаза. супероксиддисмутаза), білки теплового шоку, а також ДНК-репарувальні ферменти. ДНК-реперувальні ферменти усувають пошкодження ДНК, що виникають під дією УФ опромінення та іонізуючої радіації, дегідратації, переписних сполук то інших ДНК-пошкоджувальних факторів. Наприклад, при γ-оііромінсниі відбуваються одно- та дволвнцюгові розриви ДІІК. Під впливом УФ опромінення у молекулі ДНК відбувається димеризація тиміну, внаслідок чого пригнічується реплікація ДНК, і клітина втрачає здатність до поділу. У багатьох мікроорганізмів є специфічні ферменти, які усувають пошкодження, спричинені УФ променями. Вони розщеплюють димер тиміну. Ці ферменти активуються видимим світлом, завдяки чому весь процес отримав назву фотореактиваціі. Фото- реактивація — одна Із складових частин системи репарації ДІІК. Слід зазначити, що найефективніше система ропарації ДНК спрацьовує при УФ опроміненні, далі йдуть рентгенівське та γ-опромінення. α-опромінення зумовлює практично незворотні пошкодження ДНК. Системи репарації ДНК є у всіх мікроорганізмів. але ефективність їх дії різна у різних організмів.

Синтез білків теплового шоку (БТШ) спричиняється сублетальним температурним стресом, дією УФ опромінення, етанолу, налідиксової кислоти, а також спостерігається за окисного стресу, вичерпування джерел вуглецю і азоту, в разі переходу куіьтури в стаціонарну фазу росту. За сучасними уявленнями БТШ є посередниками зміни конформації білкових молекул у КЛІТИНІ під дією стресових факторів.

Система SOS-відповіді спрацьовує в клітинах мікроорганізмів в умовах опромінення, дії іонізуючої радіації та впливу хімічних мутагенів.

Система адаптивної відповіді функціонує під дією метилювальних, стилювальних та алкілувальних агентів.

Система суворого контролю включається у відповідь на вилучення із середовища джерел вуглецю і азоту, сольовий стрес, зниження температури.

Отже, у мікроорганізмів функціонує ціла мережа різноманітних адаптивних механізмів, що дають можливість витримувати стресові дії і виживати в несприятливих умовах існування.

Слід зазначити, що деякі антистресові адаптаційні механізми (зміни під дією стресових факторів у ліпідному складі мембран, синтез білків теплового шоку, протекторних сполук, а також антирадикальний захист організму) виявляються достатньо схожими у еукаріот і прокаріот, тобто не залежать від клітинної організації.

Крім того, дія якогось певного стресового фактора не пов’язана з функціонуванням лише одного відповідного адаптаційного механізму. У несприятливих умовах у клітинах мікроорганізмів функціонує комплекс індукованих реакцій, який контролюється складними регуляторними шляхами, тобто існує система інтегральних механізмів стійкості до стресових факторів.

Немає сумнівів у тому, що вивчення біохімічних і генетичних змін у клітинах у стресових умовах дає можливість з нових позицій підійти до вирішення таких ключових проблем біологи, як старіння, анабіоз, цитодиференціювання, стійкість до зовнішніх дій.

Крім того, ці дослідження дуже важливі і для розвитку біотехнології. Мікроорганізми-продуценти потрібно розглядати як об'єкти, властивості яких змінюються залежно від умов довкілля. Жодна сучасна техніка культивування не дасть очікуваних поліпшень процесів без знання основ фізіологи продуцентів. Жодні глибнні знання біохімії не дадуть інформації, як підвищити швидкість процесів, які засоби лімітування або інгібування застосувати. Мутанти-надсинтетики продуктів метаболізму, отримані новітніми засобами генної інженерії, не будуть довго розвиватися, якщо не знайти для них оптимальні умови, що забезпечать для самої клітини переваги надсинтезу того або іншого метаболіту.

Отже, фізіологія мікроорганізмів, яка вивчає зв'язок між їхньою метаболічною активністю і змінами умов довкілля, повинне відігравати центральну роль у розвитку біотехнології.