IV. Практическое значение актиномицетов
Для борьбы с непарным шелкопрядом очень эффективным оказался виоларин, выделенный из культур фиолетовых актиномицетов (Act. violaceus).
Первый антибиотик мицетин был получен из культуры актиномицетов фиолетовой окраски.
Почти все культуры актиномицетов способны продуцировать витамины группы В. Так, Act. olivaceus образует антианемический витамин В12. Витамин В12 практически не встречается в растениях. Его получают из печени крупного рогатого скота и из микробов — пропионовокислых бактерий и актиномицетов. Актиномицеты хорошо растут, развиваются и образуют витамин В12 на питательной среде, в состав которой входит молочная сыворотка, янтарнокислый аммоний и мочевина.
Рисунок 5 - Действие фермента кератиназы, полученной из актиномицета, на волос:
1 — волос, не обработанный ферментом; 2 — волос, обработанный ферментом кератиназой.
Бродильной, текстильной, кожевенной и другим отраслям промышленности требуются химически чистые препараты ферментов.
Представители лучистых грибков образуют протеолитические ферменты-протеазы, с помощью которых культуры разлагают белки животного и растительного происхождения.
Белки разлагаются актиномицетами или до конечных продуктов (сероводорода, аммиака и воды), или до образования промежуточных веществ (пептонов, аминокислот). Интенсивность разложения белков зависит от условий аэрации, состава питательной среды, температуры и других факторов.
Среди лучистых грибков есть организмы (особенно среди рода Actinomyces), способные разрушать кератин (основной компонент роговых частиц, волос) при помощи фермента кератиназы. Кератиназу применяют в кожевенной промышленности для удаления шерсти со шкур, получают из культур Act. fradiae. На рисунке 5 показано действие кератиназы на коровий волос.
Имеются культуры, у которых обнаружен фермент хитиназа, разлагающий хитин (ороговевшие части насекомых, животных).
У многих представителей лучистых грибков выявлен фермент амилаза, при помощи которого организмы расщепляют крахмал с различной интенсивностью, в зависимости от вида культуры. Одни культуры разлагают крахмал до декстринов, другие — до Сахаров. У некоторых актиномицетов обнаружен фермент инвертаза, который расщепляет сахарозу на легкоусвояемые сахара — глюкозу и фруктозу. Отмечено, что проактиномицеты могут усваивать сахарозу без ее разложения.
Актиномицеты способны расщеплять при помощи фермента липазы жиры и жироподобные вещества.
Лучистые грибки содержат и окислительно-восстановительные ферменты. Один из таких ферментов — лакказа, при помощи которого разлагаются фенольные соединения гидрохинон, катехол и др.
Многие актиномицеты могут активно преобразовывать (трансформировать) некоторые соединения в биологически активные вещества — гормоны (кортизон, преднизон, преднизолон и др.). Найдены актиномицеты, которые способны трансформировать особые, полициклические соединения — стероиды — с образованием стероидных гормонов, являющихся регуляторами ферментативных процессов в организмах.
Стероидные гормоны до недавнего времени получали из желез внутренней секреции животных. Но для выработки, например, 1 кг кортизона нужно забить несколько тысяч голов крупного рогатого скота.
Некоторые растения, например паслен птичий, содержат химические вещества, из которых можно получить кортизон. Но выделить эти вещества из растений очень трудно, выход гормона низок.
В связи с этим большое значение имеет получение стероидных гормонов путем трансформации стероидов с помощью микроорганизмов. Например, микробиологический метод получения кортизона состоит в том, что к углероду, находящемуся в 12-м положении, присоединяется атом кислорода. Ученые показали, что эту реакцию могут легко и быстро осуществлять актиномицеты.
Впервые превращение стероидов микроорганизмами наблюдал Т. А. Таусон в 1932 г. При помощи микроорганизмов были получены кортикостероиды: кортизон и гидрокортизон, а из них — преднизон и преднизолон.
В 1941 г. в лаборатории Ваксмана был выделен антибиотик актиномицин, образуемый Actinomyces antibioticus. Выделение и изучение этих антибиотиков явилось преддверием к открытию Ваксманом и его сотрудниками в 1944 г. замечательного антибиотического препарата стрептомицина, образуемого культурой Act. griseus. Открытие стрептомицина и выяснение его ценных лечебных качеств явилось мощным толчком в исследовании актиномицетов и поисках среди них продуцентов новых антибиотических веществ. Были открыты такие антибиотики, как хлоромицетин (хлорамфеникол), неомицин, хлортетрациклин, тетрациклин и многие другие биологически активные соединения, образуемые актиномицетами.
Приведенным перечнем веществ, продуцируемых лучистыми грибками, не исчерпываются их возможности как продуцентов биологически активных веществ. Так, актиномицеты способны образовывать из простых углеводородов сложные органические вещества: белки, жиры, углеводы и другие соединения.
Нет сомнений, что среди лучистых грибков есть и такие, которые могут продуцировать и более важные вещества, чем упомянутые выше. Выявить такие микроорганизмы и заставить их работать на пользу человека — задача микробиологов.
ХОД РАБОТЫ
Оборудование и материалы: культуры актиномицетов, бактериологическая петля, препаровальная игла, предметные и покровные стекла, спиртовка, спички, микроскоп, раствор краски (фуксин Пфейфера), спирт, промывалка с дистиллированной водой.
Приготовление препарата
Культуру, выращенную на плотной среде, извлекают препаровальной иглой или упругой петлей, наносят на предметное стекло, накрывают вторым таким же стеклом. Раздавливают, разъединяют стекла вдоль поверхности, в результате чего получается два мазка.
Очень важно добиться нужной толщины мазка. Мазок должен чуть опалесцировать и чаще оказывается слишком толстым, чем тонким. Необходимо также, чтобы толщина мазка по всей поверхности была одинаковая. Бактериологическую петлю снова прокалить во избежание заражения работающего и воздуха помещения исследуемой культурой микроорганизмов.
Затем мазок сушат на воздухе при комнатной температуре или слабом нагревании, держа препарат высоко над пламенем горелки. Сильное нагревание препарата при сушке не рекомендуется, так как белки коагулируют, искажая структуру и форму клеток. До фиксации препарата следят за соблюдением расстояния от него до пламени спиртовки. Высушенный препарат фиксируют.
Фиксация мазка
Берут стекло с мазком в горизонтальном положении и три-четыре раза проводят его через желтую часть пламени горелки. Очень важно не перегреть стекло. Простейший способ проверки правильности нагрева - после каждого проведения через пламя слегка коснуться стеклом руки. Если неприятного ощущения нет, то все правильно. При фиксации бактериальные клетки гибнут в результате коагуляции цитоплазмы; кроме того, клетки прилипают к стеклу.
Окрашивание препарата
При окрашивании мазка препарат помещают на предметодержатель над кристаллизатором. На мазок наносят несколько капель красителя фуксина Пфейфера. Через 1-2 минуты препарат промывают водой, фильтровальной бумагой удаляют воду, просушивают на воздухе и микроскопируют при малом, а затем при большом увеличении.
Задание №1. Зарисовать внешний вид колонии актиномицетов. Отметить наличие мицелия, цвет и форму колоний.
Задание №2. Зарисовать препарат под малым увеличением. Отметить гифы мицелия.
Задание №3. Зарисовать препарат под большим увеличением. Отметить отдельные клетки, формирующие мицелий актиномицетов.
Задание №4. Ответить на вопросы для самоконтроля(письменно).
СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Елинов Н.П., Заикина Н.А. Руководство к лабораторным занятиям по микробиологии. М.: Медицина, 1998. 208 с.
2. Биология лучистых грибков /Под ред. Н.А. Красильникова. М.: Наука, 1975. 207 с.
3. Слюсаренко Т.П. Лабораторный практикум по микробиологии пищевых производств. М.: Легкая пищевая промышленность, 1984. 208 с.
Вопросы для проверки знаний по данной теме:
1. Почему лучистые гибки относят к бактериям?
2. Чем актиномицеты схожи с грибами?
3. Чем отличаются низшие формы актиномицетов от высших форм?
4. Назовите основные типы мицелий?
5. Опишите строение клетки актиномицетов,
6. Опишите основные способы размножения актиномицетов,
7. Какие биологически активные вещества продуцируют актиномицеты? Где используются эти вещества?
8. Какие соединения актиномицеты используют в качестве источника азота и углерода?