Введение к работе
Актуальность темы. Микроорганизмы рода Bifidobacterium -представители нормальной микрофлоры желудочно-кишечного тракта человека и животных. Они являвтся основой лечебно-профилактических препаратов, способствующих формированию и стабильности ивдигенной кишечной микрофлоры. С деятельностью бифидобактерий связаны повышение системной резистентности слизистой к инфицированию условно-патогенными и патогенными микроорганизмами, нормализация белкового, жирового, минерально-солевого обмена, иммунологического и аллергологического статуса организма (Гончарова, 1986; Квасников, Нестеренко, 1975; Лянная и соавт., 1986; Sboji e.t al., 1S2).
В условиях острого дефицита лекарственных средств особую актуальность приобретает разработка новых и модернизация существующих технологий получения бифидумпрепаратов (Кузнецова. Никитин, 1986; Поспелова и соавт., 1986). В производстве про-биотиков для сельского хозяйства перспективно создание высокоэффективного жидкого бифидумпрепарата (Платонов, 1905; Тараканов,. 1987). Такой препарат должен содержать живые, физиологически активные, структурно и функционально дифференцированные клетки бифидобактерий, потенциально способные к репродукции и приживлению в желудочно-кишечном тракте.
Создание препарата требует фундаментальных исследований в области физиологии и цитологии бифидобактерий. Целесообразно изучение закономерностей роста и кислотообразования бифидобактерий, антагонистической активности по отношению к условно-патогенной и патогенной микрофлоре желудочно-кишечного тракта сельскохозяйственных животных, а также разработка принципов длительного сохранения жизнеспособности бифидобактерий и их биологически ценных свойств (Иванова, I9SI; Лянная, Гон'іарова, 1975; Семенова, 1983; Сундукова, 1965; Цуцаева и соавт.,1988).
Исследование развивающихся популяций бифидобактерий на клеточном и субклеточном уровнях позволит судить о структурно-физиологической дифференциации составляющих их клеток. Необходимо изучение направленности процессов морфогенеза, особенностей ультраструктуры клеток в цикле развития популяций, цитоар-хитектоники колоний и организации поверхностных структур клеточной стенки. Имеэдиеся литературные сведения по этим вопро-
сам крайне недостаточны (Вайсман, 1981; Лянная и соавт.,1979; Bauer et al., 1975; Zani, Severi; 1982). Полученные данные могут служить основой научного управления биотехнологическими процессами при использовании физиологически активных популяций бифидобактерий на определенных стадиях развития.
Цель и задачи исследования. Настоящая работа посвящена изучению физиологических свойств и структурно-функциональной организации бифидобактерий. Для достижения этой цели мы поставили следующие задачи:
I. Изучить совокупность физиологических свойств бифидобактерий (активность роста и кислотообразования, антагонистическую активность, сохранение жизнеспособности при субкультивировании) , отобрать штамм, перспективный для создания жидкого би-фидуыпрепарата.
Z. Исследовать особенности физиологии отобранного штамма бифидобактерий: рост и кислотообразование на синтетических средах с различными источниками углеводного питания, динамику роста и кислотообразования на типовой и производственной питательных средах, антагонистическую активность к циркулирующим серотипам п. coli, сохранение антагонистической активности при субкультивировании и жизнеспособности при ультразашраживании и лиофилизации.
-
Изучить на клеточном и субклеточном уровнях изменение морфологии и деление клеток бифидобактерий в цикле развития популяций.
-
Исследовать ультраструктуру клеток бифидобактерий при развитии популяций. .
-
Изучить цитоархитектонику популяций и структурные основы когезии клеток бифидобактерий.
-
Получить опытные образцы жидкого бифидумпрепарата, содержащего физиологически активные, структурно и функционально дифференцированные клетки бифидобактерий, потенциально способные к репродукции и приживлении в желудочно-кишечном тракте.
Научная новизна. Впервые на клеточном и субклеточном уровнях исследованы закономерности развития популяций бифидобактерий. Доказано, что развитие в. adoieseentis ис-4-2 и б. ьігі-dum її -і сопровождается морфологической и структурной дифференциацией клеток. Предложена схема морфологической трансформации клеток в цикле развития популяций: транэиторные (палочковидные и коккоидные) формы -» почкующиеся и ветвящиеся мульти-
септированные особи (МСО) *> элементы фрагментации МСО, потенциально способные к репродукции, и их ретрансформация в тран-зиторные формы. Структурная дифференциация клеток сопряжена с формированием внутрицитоплазматического мезосомального комплекса, правильных цепочек полирибосом, связанных с мембранными структурами, интенсивным накоплением полифосфатных и полиглю-козидных включений. Популяции бифидобактерий представляют собой высокоорганизованные структуры мицелиального типа. Межклеточные контакты осуществляются за счет слияния наружных слоев клеточных стенок, продуцируемого клетками фибриллярного поли-сахаридного матрикса (капсулы), экстрацеллюлярных тяжистых и глобулярных структур. Получены новые данные о физиологии бифидобактерий. Выполнено кинетическое моделирование развития популяций бифидобактерий в режиме ингибирования продуктами метаболизма. Установлена высокая антагонистическая активность бифидобактерий к знтеропатогенным для сельскохозяйственных животных серотипам Е. coll. Показана возможность длительного сохранения жизнеспособности и антагонистической активности бифидобактерий при оптимальных условиях субкультивирования, криокон-сервации и лиофилизации.
'Практическая ценность работы. Экспериментальные данные о физиологии и цитологии бифидобактерий использованы при разработке нормативно-технической документации на производство опытной партии препарата."Энтеробифидин". Препарат испытан в ряде хозяйств Витебской области , расчетный экономический эффект - 4,2 рубля на I рубль затрат. По результатам исследований получено авторское свидетельство № I6744II "Способ профилактики нитратных токсикозов и диареи у телят".
Апробация работы. Основные положения диссертации доложены на Республиканской конференции "Проблемы идентификации микроскопических грибов и других микроорганизмов" (Неринга, JL987); II Республиканской научно-технической конференции "Применение электронной микроскопии в науке и технике" (Минск, 1987); Конференции молодых ученых "Клинико-лабораторные аспекты исследований инфекционной патологии" (Москва, 1988); Конференции молодых ученых по проблемам биохимии, физиологии и молекулярной генетики микроорганизмов (Пущине, 1988); Всесоюзной школе-семинаре молодых ученых по проблемам эволюции и систематикепро-
кариот (Дущико, 1968); ІУ Республиканской научно-теоратическо конференции молодых ученых к специалистов-микробиологов "Биология, культивирование и биотехнология микроорганизмов" (Ташкент, .1989); Научно-практической конференции "Ферментные препараты в ветеринарки и животноводстве" (Каунас, 1989), Всесоюзной конференции "іаикроорганизш - стимуляторы и ингибиторы роста растений и яивотных" (Ташкент, 1989); Всесоюзной конференции "Микробиологические процессы при промышленной перерабс тке сельскохозяйственного сырья" (Пущино, 1990); Всесоюзной конференции "Кикробиологические и биотехнологические основы интенсификации растениеводства и кормопроизводства" (Алма-Ате 1990); Республиканской научно-производственной конференции "Профилактика и меры борьбы с болезнями иолодняка сельскохозяйственных иивотных" (Витебск, 1990).
Публикации. По материалам диссертации опубликованы II і приняты в печать 2 работы.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, собственных исследований, обсуждения, выводов, списка литературы и приложения. Материалы изложены на 170 страницах машинописного текста, включая 140 киї рофотографий, II рисунков, 14 таблиц. В списке литературы 269 наименований работ, из них 108 отечественных и 161 иностранных.