Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Внеклеточные лектины letitinus edodes: характеристика, свойства и предполагаемые функции Цивилева, Ольга Михайловна

Данная диссертационная работа должна поступить в библиотеки в ближайшее время
Уведомить о поступлении

Диссертация, - 480 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Цивилева, Ольга Михайловна. Внеклеточные лектины letitinus edodes: характеристика, свойства и предполагаемые функции : автореферат дис. ... доктора биологических наук : 03.00.04 / Цивилева Ольга Михайловна; [Место защиты: Институт биохимии и физиологии растений и микроорг].- Саратов, 2008.- 48 с.: ил.

Введение к работе

Актуальность темы данной работы определяется пЪе~жде_ acerb ее

направленностью на разрешение проблемы явного несоответствия между весьма ограниченным к настоящему времени уровнем информации о важных биологически активных соединениях, пектинах ксилотрофных базидиомицетов, и заинтересованностью исследователей в углубленном изучении этих углеводсвязывающих белков самого разного биологического происхождения. Грибы являются очень интересной в теоретическом и практическом плане группой живых организмов, в то же время внеклеточные грибные лектины практически не описаны.

Вопрос о возможности искусственного выращивания грибов уже свыше двух тысячелетий занимает человечество. Объектом научных исследований во всем мире являются более 100 тыс. видов. Промышленное производство высших грибов ео многих странах мира выделилось в самостоятельную, интенсивно развивающуюся высокопроизводительную отрасль.

Общеизвестно функциональное значение грибов в различных биогеоценозах, где они благодаря широкому набору ферментов принимают активное участие в процессах деструкции и минерализации органического вещества. В настоящее время известно большое количество видов базидиальных грибов, которые представляют интерес в качестве продуцентов биологически активных веществ. К числу перспективных микологических объектов для поверхностного и глубинного культивирования с целью получения дополнительного источника белка, биологически активных соединений безусловно относится ксилотрофный базидиомицет Lentinus edodes.

Глубокие исследования физиологии высших грибов начались в последние три-четыре десятилетия. Происходящие при росте и развитии грибного организма сложные физиологические и биохимические процессы, их интенсивность, определяющиеся наследственными качествами самого организма и факторами внешней среды, требуют дальнейшего изучения. При этом кроме факторов, определяемых самим организмом, т.е. вид и штамм гриба, возраст культуры, способность к вегетативному размножению и образованию биологически активных веществ, интенсивность дыхания и др., необходимо учитывать и регулировать факторы внешней среды, влияющие на физиологические и биохимические процессы, как важнейшие факторы, определяющие активность гетеротрофных организмов [Дворника, 1990].

Исследования роста базидиомицетов, в том числе L. edodes, на жидких средах направлены на изучение питательных потребностей и физиологии вида в чистой культуре, разработку технологии погруженного культивирования мицелия с целью получения биомассы кормового и пищевого назначения, препаратов, обладающих онкостатическим действием [Соломко и Митропольская, 1994]. Глубинное культивирование также предлагается как быстрый и эффективный метод производства посевного материала для грибоводства [Yang and Jong, 1989]. Значительно меньшее число работ посвящено биохимии глубинного культивирования, ее связи с физиологией роста и развития грибного организма в глубинной культуре. В частности, пектиновая активность высших грибов изучена явно недостаточно, лишь отдельные работы касаются изучения лектиков в связи с физиологическими аспектами, проблемами морфогенеза грибов. На стадиях, предшествующих плодоношению и характеризующихся у отдельных видов формированием специализированных вегетативных структур, таких как коричневая мицелиальная пленка шиитаке. исследование пектиновой активности приобретает особую актуальность, поскольку биохимические условия возникновения подобных

особенностей морфогенеза и способов дальнейшего развития (перехода либо к нормальному плодоношению, либо к образованию недифференцированных базидиом) давно интересовали исследователей, оставаясь неопределенными.

Не обсуждалась роль лектинов при неблагоприятных условиях роста культур базидиомицетов. взаимодействие лектинов с важнейшими биологически активными соединениями (как антиоксидантной природы, так и вызывающими окислительный стресс; с соединениями фитогормональной природы, принимающими участие в цитодифференцировке у высших грибов). Не были выявлены регуляторы внеклеточной лектиновой активности, поэтому представляло интерес изучить не только эффекторы - компоненты синтетических сред культивирования, но и обнаружить какие-либо эндогенные низкомолекулярные регуляторы указанной активности, внешние условия их биосинтеза и проявления, что удалось реализовать в рамках настоящей работы.

Следовательно, ко времени начала наших исследований в этой области налицо был недостаток сведений по вопросам выявления лектиновой активности грибных культур, получения очищенных препаратов внеклеточных грибных лектинов, изучения их свойств и предполагаемых функций. Актуальным представляется наш посильный вклад в описание новой группы гл и ко протеи нов ксилотрофных базидиомицетов, внеклеточных лектинов, физико-химические свойства которых важны для понимания их физиологической роли, морфо генетических функций в грибном организме как объекте микробиологических исследований. Учитывая вышеизложенные обстоятельства, нами было предпринято настоящее исследование.

Цель работы - характеристика внеклеточных лектинов культивируемого ксилотрофного базидиомицета Lentinus edodes и условий проявления их биологической активности.

Задачи исследования:

  1. Провести скрининг штаммов Lentinus edodes на присутствие лектинов.

  2. Выделить внеклеточные лектины L. edodes, изучить их химический состав, физико-химические свойства, углеводную специфичность.

3. Изучить зависимость лектиновой активности культуры L edodes от
условий выращивания. Выявить оптимальный состав жидкой среды выращивания с
целью получения максимальной лектиновой активности. Разработать способ
получения экзолектинов L, edodes F-249 с целью повышения выхода препаратов.

4. Исследовать влияние катионов металлов(Н) на активность внеклеточных
лектинов шиитаке с привлечением расчетных методов квантовой химии и QSAR.

5. Изучить влияние неблагоприятных внешних условий на лектиновую
активность L edodes во взаимосвязи с ростовыми характеристиками культуры.

  1. Исследовать взаимосвязь активности внеклеточных лектинов L. edodes и морфогенеза (формирования коричневой мицелиальной пленки) в глубинной культуре.

  2. Выявить взаимосвязь углеводного и жирнокислотного состава мицелия шиитаке на разных стадиях морфогенетического развития с лектиновой активностью и углеводной специфичностью лектинов культуры.

  3. Исследовать влияние некоторых элементоорганических соединений (Se-, серу-, азотсодержащих) на активность внеклеточных лектинов шиитаке с привлечением теоретических представлений (пространственная и электронная структура молекул, QSAR свойства реактантов).

9. Исследовать биологические свойства лектинов: их способность к
взаимодействию с веществами фитогормональной природы, с разными типами
эритроцитов; антигенные свойства.

10. Изучить возможности использования глубинной культуры L. edodes при модифицированном способе ее выращивания в качестве технологически перспективного посевного материала.

Научная новизна работы

Впервые в культурапьной жидкости и на поверхности мицелия ряда штаммов базидиомицета L edodes обнаружены лектины, имеющие в зависимости от штамма различную специфичность к углеводам.

Выделены чистые препараты лектинов из культурапьной жидкости L edodes, изучены их физико-химические свойства, охарактеризована реакционная способность лектиноеых препаратов.

Впервые показано, что максимальное повышение внеклеточной пектиновой активности базидиомицета наблюдается при условиях, отличных от оптимальных для выращивания культуры.

Впервые установлено участие лектинов в морфогенетических процессах и инициации плодообразования шиитаке. Выявлена взаимосвязь активности лектинов с формированием коричневой мицелиальной пленки в глубинной культуре; с процессами роста и развития грибного мицелия при твердофазном культивировании; с биосинтезом соединений, относящихся к важнейшим компонентам химического состава мицелия - липидам и углеводам.

Впервые обнаружен и выделен необычный для ма к ро базидиомицетов гликолипид моносахарид кой природы, способный модифицировать активность внеклеточных лектинов шиитаке.

Впервые выявлено взаимодействие лектинов ксилотрофного базидиомицета с фитогормоном ИУК, сопровождающееся значительным увеличением лектиновой активности в системе "лектин-ИУК".

Научные положения работы расширяют и углубляют современные представления о разнообразии лектинов базидиомицетов и о физиологе-биохимических механизмах регуляции их биосинтеза и активности; позволяют с новых позиций подойти к изучению их функциональной роли в жизнедеятельности грибных культур, в адаптационных и морфогенетических процессах.

Практическая значимость исследования

Работа вносит вклад в развитие направления лектинологии, связанного с изучением лектинов высших грибов, в рамках которого положено начало новой области исследования препаратов внеклеточных лектинов ксилотрофных базидиомицетов.

Показана принципиальная осуществимость выделения и очистки внеклеточных лектинов из жидких синтетических сред культивирования ксилотрофных базидиомицетов. Разработана методика эффективной дифференциации хроматографических свойств двух внеклеточных лектинов, способствующей их более эффективному разделению. Выявлены низкомолекулярные вещества - эффекторы проявления внеклеточными пектинами их биологической активности, изучено взаимодействие лектинов с соединениями -антиоксидантами и индукторами окислительного стресса, с разными типами эритроцитов в реакции гем агглютинации; некоторые антигенные свойства. Подобная характеристика внеклеточных лектинов способствует перспективному использованию выделенных белков при проведении научных и прикладных исследований в области биохимии, энзимологии и иммунологии.

На основании результатов проведенного исследования выявлен ряд особенностей, проявляющихся при формировании неполноценных плодовых тел шиитаке в отсутствие характерной для данного вида коричневой мицелиальной

пленки. Совокупность отличных от нормального плодоношения характеристик, в том числе по пектиновой активности, составу жирнокислотного и углеводного пула мицелия, могла бы служить дополнительным параметром биохимической оценки мицелия в процессе ллодообразования. Полученные данные, свидетельствующие о существенных изменениях в направленности реакций синтеза, десатурации и элонгации жирных кислот у неполноценных плодовых тел, могут быть полезны и при обсуждении роли л ип идо в в процессе морфогенеза.

Наше предположение и дальнейшее обоснование роли лектинов как потенциальных морфообразующих белков позволило внести определенный вклад в создание эффективного способа получения посевного мицелия шиитаке.

Материалы работы « препараты лектинов используются в учебном процессе и научно-исследовательской работе химического факультета С ГУ, СВИРХБЗ. лаборатории микробиологии Института микробиологии НАН Беларуси.

По результатам работы получен патент РФ, а также положительное решение формальной экспертизы по заявке 2005121033/13(023786). Подана заявка на предполагаемое изобретение (приоритет от 23.06.2006).

Внедрение результатов диссертационной работы подтверждено соответствующими актами, представленными а Приложении к диссертации.

Основные положения, выносимые на защиту

  1. В культуральной жидкости и на поверхности мицелия культур ряда штаммов Lentfnus edodes присутствуют внеклеточные лектины, имеющие в зависимости от штамма различную специфичность к углеводам.

  2. Культура L edodes F-249 синтезирует два внеклеточных лектина, различающихся по своим физико-химическим свойствам, составу, углеводной специфичности, антигенным свойствам, агглютинации разных типов эритроцитов, реакционной способности в отношении низкомолекулярных биологически значимых соединений.

  3. Активность и динамика образования внеклеточных лектинов L, edodes зависят от физико-химических условий культивирования. Наиболее значимыми факторами, влияющими на пектиновую активность глубинной культуры L. edodes, являются присутствие в среде культивирования аминокислотных источников азота, катионов металлов(И), селена s органической форме,

  4. При воздействии неблагоприятных для роста мицелия грибной культуры условий (температурного и питательного стресса) наблюдается значительное увеличение пектиновой активности, что можно связать со стабилизирующей, адэп то генной ролью лектинов L. edodes.

  5. Лектины L. edodes принимают участие в морфогенетических процессах культуры. Установлена взаимосвязь внеклеточной пектиновой активности шиитаке с формированием коричневой мицелиальнои пленки в глубинной культуре, с процессами роста и развития грибного мицелия при твердофазном культивировании, с синтезом соединений, относящихся к важнейшим компонентам химического состава мицелия — л или дам и углеводам.

  1. Одним из эндогенных регуляторов активности лектинов L. edodes является необычный для ксилотрофных базидиомицетов галактолипид S3, впервые выделенный из внеклеточных метаболитов L. edodes.

  2. Экзогенными регуляторами внеклеточной лектиновой активности L. edodes могут служить низкомолекулярные соединения - индукторы окислительного стресса, а также антиоксид анты, в частности, селенорганические соединения, при взаимодействии с которыми сильно влияние электрофильных свойств реагента и гидрофобных взаимодействий.

8, Лектины L edodes взаимодействуют с фитогормоном ИУК, при этом
значительно увеличивается лектмновая активность в системе "лектин-ИУК". Продукты
взаимодействия с ИУК дпя двух лектинов имеют, вероятно, одинаковую химическую
природу.

9. Эффективным способом разделения двух внеклеточных лектинов шиитаке
на основе дифференциации хром а то графических характеристик и усиления
биосинтеза одного из лектинов является воздействие Си(II).

Работа выполнена в лаборатории микробиологии и микологии Института биохимии и физиологии растений и микроорганизмов РАН в соответствии с плановой тематикой "Съедобные культивируемые грибы: физиология и биохимия" (№ гос. регистрации 01970008158, научный руководитель темы: доктор биологических наук, старший научный сотрудник, зав. лабораторией В.Е. Никитина), "Роль угле вод связывающих гликопротеинов в процессах жизнедеятельности бактерий и грибов " (№ гос. регистрации 01200606184, научный руководитель темы: доктор биологических наук, старший научный сотрудник, зав. лабораторией В.Е. Никитина),

Физико-химические задачи работы выполнены совместно с лабораторией структурных методов исследования ИБФРМ РАН (зав. лабораторией — к.х.н. Е.Е Федоров), с лабораторией биохимии (зав. лабораторией в период выполнения исследований - д.б.н. В .В. Игнатов), а также на кафедре аналитической химии и химической экологии Саратовского государственного университета им. Н.Г. Чернышевского {СГУ), при непосредственном участии д.х.н., профессора А.Н. Панкратова; на кафедре органической и биоорганической химии СГУ (зав. кафедрой -д.х.н., профессор А.П. Кривенько).

Частично данная работа получила финансовую поддержку Российского фонда фундаментальных исследований (NsNa проектов 03-04-48129, 06-04-81042-Бел_а), Федерального агентства по науке и инновациям в рамках федеральной целевой научно-технической программы "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники" на 2002-2006 годы (государственный контракт Na 02.444.11,7331), программы Президиума РАН "Фундаментальные науки -медицине* в рамках совместного проекта ИБФРМ РАН и ИРЭ РАН, 2007 г. Апробация работы

Основные результаты работы были представлены на: 37th IUPAC Congr. Frontiers in Chemistry: Molecular Basis of the Life Sciences, 27th GDCh General Meeting (Berlin, Germany, Aug. 14-19, 1999); науч. конфер. "Фундаментальные и прикладные исследования саратовских ученых для процветания России и Саратовской губернии* (Саратов, 1999); 5th World Congr, of Theoretically Oriented Chemists - WATOC'99 (Imperial College, London, 1-6 Aug., 1999); 1-й регион, конфер. мол, ученых (Саратов, 26-27 марта 2002); Первом съезде микологов России "Современная микология в России" (Москва, 18-20 апреля 2002); межд. науч. конфер. "Физиология и биохимия культивируемых грибов" (6-8 июня 2002, Саратов); IV Всерос. конфер. мол. ученых (Саратов, 23-25 июня, 2003); Int. Symp. "Biochemicat Interactions of Microorganisms and Plants with Technogertic Environmental Pollutants" (Saratov, 28-30 July, 2003); VIII tnt. Conf, The Biology of Plant Cells In Vitro and Biotechnology" (Saratov, September 9-13, 2003); 8-й Межд. Пущинской школе-конфер, мол. ученых "Биология - наука XXI века" (Пущино, 17-21 мая 2004); III Всерос. школе-конфер. "Химия и биохимия углеводов" (9-11 сентября 2004, Саратов); II Российской школе-конфер. "Молекулярное моделирование в химии, биологии и медицине* (Саратов, 13-16 октября 2004); Втором съезде Общества биотехнологов России (Москва. 13-15 октября 2004); Всерос. научно-практич. конфер. "Вавиловские чтения - 2004" (Саратов, 24-26 ноября

2004); II Всерос. симп. "Тест-методы химического анализа* (Саратов, 2004); 3-м Всерос. Конгрессе по Медицинской микологии (Москва, март 2005); 9-й Межд, Путинской школе-конфер. мол. ученых "Биология - наука XXI века" (Пущино, 18-22 апреля 2005); Межд. конфер. "Проблемы биодеструкции техногенных загрязнителей окружающей среды" (Саратов, 14-16 сентября 2005); Всерос. конфер. "Молекулярные механизмы взаимодействия микроорганизмов и растений: фундаментальные и прикладные аспекты* (Саратов, 15-17 июня 2005); V Всерос. конфер. мол, ученых "Современные проблемы теоретической и экспериментальной химии" (Саратов, 22-24 июня 2005); Int. Conf. "Biocatalysls-2005: Fundamentals&Applications" (St. Petersburg, 19-23 June, 2005); II Межд, симп. "Разделение и концентрирование а аналитической химии и радиохимии" (Краснодар, 25-30 сентября 2005); 10-й Путинской школе-конфер. мол. ученых "Биология - наука XXI века" (Пущино, 17-21 апреля 2006); 4-м Всерос, Конгрессе по Медицинской микологии (Москва, 29-31 марта 2006); Межд. науч. конфер. "Физиология микроорганизмов в природных и экспериментальных системах (памяти профессора М.В. Гусева)" (Москва, МГУ им. М.В. Ломоносова, биологический факультет, 16-19 мая 2006); III межрегион, конфер. мол. ученых "Стратегия взаимодействия микроорганизмов и растений с окружающей средой" (Саратов, 10-12 октября 2006); Межд. науч. конфер. "Современное состояние и перспективы развития микробиологии и биотехнологии" (Минск, 1-2 июня 2006); Втором Саратовском салоне изобретений, инноваций и инвестиций (Саратов, 2006): 5-м Всерос. Конгрессе по Медицинской микологии (Москва, март 2007); 4-й Росс, конфер. "Актуальные проблемы инноваций с нетрадиционными природными ресурсами и создания функциональных продуктов* (Москва, 4-5 июня 2007); VI Всерос. интерактивной конфер, мол. ученых "Современные проблемы теоретической и экспериментальной химии" (Саратов, июнь 2007); XV Congress of European Mycologists (St. Petersburg, 16-22 September 2007), а также на научных конференциях и семинарах ИБФРМ.

Личный вклад соискателя

Автору принадлежит идея, разработка путей экспериментального выполнения и теоретическое обоснование всех основополагающих задач, поставленных в диссертационной работе, ключевая роль на всех этапах исследования, интерпретации и теоретической обработки полученных результатов.

Благодарности

Следует отметить вклад в выполнение данной работы д.б.н., зав. лабораторией В.Е. Никитиной, явившейся вдохновителем самого факта проведения исследований с такими объектами, как Lenttnus edodes и лектины этой культуры, а также организатором углубленных исследований важной морфогенетической структуры шиитаке - коричневой мицелиальной пленки и эффекта неблагоприятных условий внешней среды. Интересное и полезное обсуждение результатов было обеспечено со стороны В.Е. Никитиной на всем протяжении периода выполнения работы.

Правильная интерпретация полученных результатов в терминах физико-химических, спектроскопических, аналитической химии была бы крайне обеднена, а квантовохимическая интерпретация - невозможна, без сотрудничества с д.х.н., профессором кафедры аналитической химии и химической экологии СГУ им. Н.Г, Чернышевского А.Н. Панкратовым,

Публикации

По теме диссертации опубликовано 78 научных работ, в том числе 38 статей, список которых приведен в конце автореферата (включая 19 статей в рецензируемых иностранных изданиях и российских журналах, входящих в "Перечень периодических

научных изданий, рекомендуемых ВАК ...*, 19 статей в сборниках научных трудов), 1 патент РФ, 1 положительное решение формальной экспертизы. Подана заявка на предполагаемое изобретение (приоритет от 23.06.2006).

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, 3 основных глав и ряда подглав, включающих обзор литературы, описание материалов и методов исследования, изложение полученных результатов и их обсуждение, заключения, выводов, списка использованных источников литературы и приложения. Приложение содержит документальное подтверждение внедрения материалов диссертации в учебный процесс и практику научных исследований.

Работа изложена на 353 страницах машинописного текста. Иллюстративный материал представлен 55 рисунками и 54 таблицами. Список цитируемой литературы включает 519 источников (отечественных и зарубежных).