CC BY
13
МИКРОБИОЛОГИЯ
DOI -10.32743/UniChem.2023.104.2.14936
ПИГМЕНТООБРАЗУЮЩИЕ ШТАММЫ АКТИНОМИЦЕТОВ, ОБИТАЕМЫЕ В РАЗЛИЧНЫХ АНТРОПОГЕННЫХ ЗОНАХ Г. ТАШКЕНТА
Бекмухамедова Нигора Каримовна
канд. биол. наук, ст. науч. сотр., Институт микробиологии Академии наук Республики Узбекистан, Республика Узбекистан, г. Ташкент E-mail: nigora1967@bk. ru
Зайнитдинова Людмила Ибрахимовна
д-р биол. наук, проф., Институт микробиологии Академии наук Республики Узбекистан, Республика Узбекистан, г. Ташкент
Ёдгорова Фарангиз Шахобитдиновна
магистр,
Национальный университет Узбекистана, Республика Узбекистан
PIGMENT-FORMING STRAINS OF ACTINOMYCETES DIVINED IN VARIOUS ANTHROPOGENIC ZONES OF TASHKENT CITY
Nigora Bekmukhamedova
Candidate of Biological Sciences, Senior Researcher Institute of Microbiology of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan, Republic of Uzbekistan, Tashkent
Lyudmila Zainitdinova
DSc of Biological Sciences, Professor, Institute of Microbiology of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan, Republic of Uzbekistan, Tashkent
Farangiz Yodgorova
Master
of the National University of Uzbekistan, Republic of Uzbekistan
АННОТАЦИЯ
Проведено определение количественного и качественного состава актиномицетов почв г. Ташкента в различные сезоны года. Выделены чистые культуры местных штаммов актиномицетов и показана их способность к пигментообразованию. Изучены морфологические свойства выделенных в чистую культуру 35 пигменто-образующих штаммов актиномицетов, которые были отнесены к роду Streptomyces.
ABSTRACT
The determination of the quantitative and qualitative composition of actinomycetes of soils in Tashkent in different seasons of the year was carried out. Pure cultures of local strains of actinomycetes were isolated and their ability to pigment formation was shown. The morphological properties of 35 pigment-forming strains of actinomycetes isolated in pure culture, which were assigned to the genus Streptomyces, were studied.
Библиографическое описание: Бекмухамедова Н.К., Зайнитдинова Л.И., Ёдгорова Ф.Ш. ПИГМЕНТООБРАЗУЮЩИЕ ШТАММЫ АКТИНОМИЦЕТОВ, ОБИТАЕМЫЕ В РАЗЛИЧНЫХ АНТРОПОГЕННЫХ ЗОНАХ г. ТАШКЕНТА // Universum: химия и биология : электрон. научн. журн. 2023. 2(104). URL: https://7universum. com/ru/nature/archive/item/14936
Ключевые слова: актиномицеты, пигменты, морфологические признаки, Streptomyces, окраска воздушного и субстратного мицелия, растворимый пигмент.
Keywords: actinomycetes, pigments, morphological features, Streptomyces, coloration of aerial and substrate mycelium, soluble pigment.
Введение
Актиномицеты широко распространены в почве, воде и других средах природной экосистемы. Численность и тип актиномицетов в окружающей среде определяются многочисленными физическими, химическими и биологическими факторами. Большое влияние на их состав в почвах оказывает также наличие различных стрессовых факторов, к которым можно отнести антропогенное преобразование почв. В загрязненных почвах обычно обитает большое количество актиномицетов, способных к образованию различных пигментов.
Микробные пигменты, в отличие от органических пигментов, относят к экологически безопасным и биодеградабельным соединениям, в связи с чем получение различных пигментов с помощью высокоактивных штаммов продуцентов микроорганизмов является серьезной альтернативой химическому синтезу [3; 15; 14].
На сегодняшний день актиномицеты являются выгодным источником получения пигментов в промышленном масштабе, что обуславливает все возрастающий интерес к исследованию пигментобразующей способности микроорганизмов, не требующих затрат, таких как посевные площади и длительность выращивания. Помимо этого, микроорганизмы отличаются несравненно более высокой устойчивостью и чрезвычайным разнообразием синтезируемых пигментов [4; 13].
Как известно, многие актиномицеты продуцируют пигменты самых разнообразных оттенков и цветов. Многие стрептомицеты образуют каротино-идные пигменты, черно-коричневые меланины и сине-фиолетовые антоцианы. Разнообразные пигменты определяют цвет субстратного и воздушного мицелия. Повсеместное распространение актино-мицетов рода Streptomyces связано с наличием у них активных ферментных систем, позволяющих разрушать и использовать разнообразные соединения. Так, у актиномицетов выявлена способность продуцировать такие гидролитические ферменты, как амилазы, протеазы, кератиназы и т.д. [12; 11; 16].
Актиномицеты рода Streptomyces являются важными продуцентами вторичных метаболитов - антибиотиков, пигментов, токсинов, которые используются в промышленности, медицине и т.д. [5]. На способность образовывать пигменты влияет большое число факторов, в том числе и условия хранения. Так, некоторыми авторами проведены исследования по изучению пигментообразования штаммами Streptomyces lucensis ВКПМ Ас-1743 и Streptomyces violaceus ВКПМ Ас-1734, хранившимися при температуре -12 °С и -18 °С в 15%-ном растворе глицерина и в 0,9 %-ном водном растворе хлорида натрия с последующим культивированием культур на гидролизатах крахмала, и показано, что
штаммы Streptomyces lucensis и Streptomyces violaceus в исходных концентрациях клеток 107 и 108 КОЕ/см3 сохранили высокий уровень жизнеспособности в течение четырех месяцев хранения в 15%-ном растворе глицерина и в 0,9%-ном растворе натрия хлорида при температурах -12 °С и -18 °С. Наибольшее количество выживших клеток получено при хранении в 15%-ном растворе глицерина при температуре -18 °С. Установлено, что штаммы Streptomyces lucensis и Streptomyces violaceus, хранившиеся в 15%-ном растворе глицерина при низких температурах, имеют более высокий уровень ингибиторной активности в культуральной жидкости, чем при хранении в 0,9%-ном растворе натрия хлорида. Показатель ингибиторной активности был выше у культур, хранившихся в 15%-ном растворе глицерина при температуре -18 °С, и находился на уровне 2600 ± 200 ИЕ/см3. Показано, что низкотемпературное хранение Streptomyces не оказывает отрицательного воздействия на жизнеспособность и биосинтетическую активность культур [7; 8; 10].
Стрептомицеты образуют различные пигменты, являющиеся продуктами вторичного метаболизма, служащими важной биохимической характеристикой актиномицетов, позволяющей говорить об известной общности их метаболизма. Они обуславливают окраску воздушного и субстратного мицелия, а также субстрата. Пигменты стрепто-мицетов принадлежат к различным классам химических соединений. Для практических целей их обычно классифицируют по цвету и разделяют на красно-оранжевые (продигиозин), фиолетовые (ан-трациклин, гризеородин, митомицин и микородин), синие (целикомицин, литмоцидин), зеленые (ферро-вердин и виридомицин) и т.д. [5; 9].
Исходя из вышеизложенного, целью нашего исследования являлось выявление и определение количества пигментообразующих актиномицетов в различных антропогенных зонах г. Ташкента в зимнее и весеннее время. А также изучение морфологических свойств вновь выделенных пигменто-образующих штаммов актиномицетов и определение их родовой принадлежности.
Объекты и методы исследований
Объектами исследования служили 12 местных пигментообразующих штаммов актиномицетов, выделенных в чистую культуру из различных антропогенных зон г. Ташкента в зимнее и осеннее время.
Для выделения чистых культур актиномицетов использовали традиционные методы посева на плотную питательную среду крахмало-аммиачного агара (КАА), (г/л: NaNÜ3 - 1,0; MgS04 - 1,0; K2HPO4 - 1,0; CaCO3 - 3,0, NaCl - 1,0, крахмал - 10,0; вода водопроводная - 1; рН = 6,8-7,0, агар - 20,0) [2]. Определение количества микроорганизмов в 1 г исходного
субстрата проводили методом серийных разведений с высевом на твердые среды [6].
С целью идентификации актиномицетов изучены их морфологические свойства, которые позволили установить систематическое положение изученных микроорганизмов. Для изучения морфо -логического строения культуры актиномицетов выращивали в чашках Петри на КАА, на овсяном агаре (овсяная мука - 20 г, вода - 1 л, рН = 7,4, агар-агар -20 г) и на голодном агаре (агар - 20 г, вода - 1 л), наиболее благоприятных для спороношения. Тип цепочек спор определяли у зрелых культур на 7-й день роста. Для этого кусочек агара с мицелием помещали
Характеристика
на предметное стекло, срезав бритвой весь лишний агар, просматривали в световом микроскопе Olympus BX-41 (Япония) при увеличении в 320-400 раз. Родовую принадлежность культур актиномицетов устанавливали по определителю актиномицетов [1].
Результаты исследования
Из почвенных образцов, отобранных из различных зон г. Ташкента (табл. 1), в чистую культуру было выделено 35 штаммов пигментообразующих форм актиномицетов.
Таблица 1.
мест отбора проб
№ п.п. Номер пробы Место отбора рН t, °C Влажность, %
1 Проба № 1 Аллея у школы 110 5,0 22,0 10,6
2 Проба № 2 Обочина дороги, Музей искусств 5,0 24,0 5,8
3 Проба № 3 Парк Дружбы, хвойный газон 5,0 20,0 11,0
4 Проба № 4 Парк Дружбы, лиственный газон 5,0 23,0 12,4
5 Проба № 5 Вершина холма у Южного вокзала 5,0 23,0 11,0
6 Проба № 6 Обочина трассы у Южного вокзала 6,0 21,0 9,8
7 Проба № 7 Склон холма в парковой зоне монумента Мужество 5,0 18,0 14,0
Проведены исследования по количественному учету актиномицетов. КОЕ (колониеобразующие единицы) - это показатель количества жизнеспособных микроорганизмов в единице объема (1 см3), в жидкости (1 мл) или в твердом/сухом материале (1 г).
Показано, что исследуемые образцы почв являются благоприятными условиями для роста и пигментообразования актиномицетов. При этом количество клеток достигало до 1,5*103-4,3*103 КОЕ/г почвы.
Актиномицеты, выделенные
Из почвенных образцов, привезенных из различных мест г. Ташкента, по общепринятой методике в чистую культуру были выделены всего 35 пигментообразующих актиномицетов. Отдельно оценивались штаммы, образующие различные пигменты. В таблицах 2 и 3 приведены данные по количественному учету пигментообразующих культур актино-мицетов, выросших на питательной среде КАА в течение 5 суток.
Таблица 2.
в зимний период (КОЕ/г)
№ почвенных образцов Общее количество актиномицетов Количество пигментобразующих штаммов Количество колоний с различными пигментами
1 7х106 7,1х105 серые - 24, белые - 47
2 5х106 1,8х105 белые - 11, желтые - 7
3 6,8х105 3,5х105 серые - 19, белые - 10, желтые - 6
4 9х106 4,4х105 розовые - 10, белые - 13, желтые - 20 фиолетовый - 1
5 7,5х105 2,5х105 коричневые - 4, белые - 16, желтые - 5
6 1х106 4,4х105 коричневые - 8, розовые - 1, белые - 12, желтые - 23
7 5,6х106 1,3х105 розовый- 1, белый - 1, желтые - 11
В зимнее время обнаружены колонии актино-мицетов с различными оттенками воздушного мицелия (ВМ). Всего в чистую культуру выделены 13 штаммов актиномицетов (рис. 1). Из них 2 штамма
Актиномицеты, выделен
образует ВМ розовато-фиолетового, 4 - оранжевого, 3 - бледно-серого, 3 - кремового и 1 - каштанового цвета.
Таблица 3.
в весенний период (КОЕ/г)
№ образцов Общее количество актиномицетов Из них пигментобразующие Количество колоний с различными пигментами
1 3,5х105 3,5х105 серые - 8, белые - 22, бурые - 5
2 4,2х106 4,2х106 белые - 25, синие - 5 серые - 10 розовые - 2
3 2,1х106 2,1х106 серые - 3, белые - 15, бурый - 1, синие - 2
4 2х105 2х105 розовый - 1, белый - 1
5 4,8х105 4,8х105 розовые - 2, белые - 30, серые - 16
6 1,1х106 1,1х106 серые - 2, синий - 1, белые - 8
7 1,1х106 1,1х106 серые - 4, белые - 5, бурый - 1, синий - 1
Рисунок 1. Пигментообразующие штаммы актиномицетов (зимний период)
Весеннее время является благоприятным для размножения актиномицетов. В этот период всего выделено в чистую культуру 22 штамма пигменто-образующих актиномицетов с различными оттенками ВМ: 2 штамма - розового цвета, 6 -
коричневого, 3 - кремового, 1 - оранжевого, 1 - голубого, 1 - темно-зеленого, 1 - фиолетового, 3 - белого и 4 - серого цвета. Некоторые из них представлены на рис. 2.
Рисунок 2. Пигментообразующие штаммы актиномицетов (весенний период)
Для создания удобной схемы идентификации культур актиномицеты разделены на 6 секций, основываясь на окраске спороносящего воздушного мицелия (ВМ) на синтетических средах [11]. Секции в дальнейшем подразделены на ряд серий в соответствии с цветом субстратного мицелия на этих же средах.
Всего было выделено 35 штаммов пигментооб-разующих культур актиномицетов. Они были разделены на секции следующим образом:
ВМ голубоватый, зелено-голубоватый - секция Azureus - 2 штамма;
ВМ серый с различными оттенками - секция Cinereus - 7 штаммов;
ВМ розовый с различными оттенками, кирпичный или фиолетовый - секция Rozeus - 6 штаммов;
ВМ кремовый - секция Helvolo-Flavus - 6 штаммов;
ВМ белый с различными оттенками - секция Albus - 3 штамма;
ВМ оранжевый - секция Aurantiacus - 5 штаммов;
ВМ каштановый - секция Spadiceus - 1 штамм.
Далее нами проведены исследования по определению родовой принадлежности выделенных акти-номицетов. Для этого детально изучались их
морфологические свойства. Строение спороносцев является существенным признаком, который используется при определении рода культур актиномицетов [13]. При изучении морфологических свойств изученных 35 штаммов актиномицетов показано, что 8 штаммов образуют прямые споро-носцы, 10 штаммов - спороносцы в виде крючков, петель, 17 штаммов - спиральные спороносцы. По совокупности изученных морфологических свойств все выделенные пигментообразующие штаммы актиномицетов были отнесены к роду Streptomyces.
Таким образом, исследование образования пигментных соединений в местных штаммах микроорганизмов позволит выявить фундаментальную роль пигментов в метаболизме местной микрофлоры, установить разнообразие синтезируемых ими пигментов и оценить биотехнологический потенциал местной микрофлоры как альтернативного источника красителей. Полученные штаммы перспективны для получения пигментов в качестве натуральных красителей, которые являются потенциально хорошей альтернативой синтетическим пигментам.
Список литературы:
1. Гаузе Г.Ф., Преображенская Т.Ф. Определитель актиномицетов. - М. : Наука, 1983. - 244 с.
2. Егоров Н.С. Руководство к практическим занятиям по микробиологии. - М. : Изд. МГУ, 1995. - 205с.
3. Звягинцев Д.Г., Зенова Г.М. Экология актиномицетов. - М., 2001. - 257 с.
4. Калакуцкий Л.В., Шарая Л.С. Актиномицеты и высшие растения // Успехи микробиологии. - 1990. - № 25. -С. 26-65.
5. Лысак В.В. Микробиология : учеб. пособие. - Минск : БГУ, 2007. - 426 с.
6. Нетрусов А.Н. Практикум по микробиологии. - М. : Академия, 2005. - 600 с.
№ 2(104)
UNIVERSUM:
ХИМИЯ И БИОЛОГИЯ
• 7universum.com
февраль, 2023 г.
7. Принцева А.А., Шарова Н.Ю., Выборнова Т.В. Влияние низкой температуры хранения на пигментообразо-вание штаммов актиномицетов Streptomyces lucensis и Streptomyces violaceus // Евразийское научное объединение. - 2018. - № 46. - С. 160-162.
8. Хранение культур актинобактерий - представителей родов Streptomyces и Nonomuraea методом низкотемпературной консервации / О.Н. Синева, Н.Г. Куликова, С.Н. Филиппова, Л.П. Терехова // Антибиотики и химиотерапия. - 2014. - № 59. - С. 11-16.
9. Штамм актиномицета Streptomyces lucensis - продуцент ингибитора гликозидаз // Патент РФ. № 2355755. 20.05.2009 / Шарова Н.Ю., Позднякова Т.А., Ходкевич О.А.
10. Штамм актиномицета Streptomyces violaceus - продуцент ингибитора гликозидаз // Патент РФ. № 2346042. 10.02.2009 / Шарова Н.Ю., Никифорова Т.А., Позднякова Т.А.
11. A solation of yellowish antibiotic pigment 4-hydroxy Nitrobenzene from a strain of Streptomyces / Z.S. Sathi, N. Sugimoto, M.I. Khali, M. Gafur // Pak. J. Biol. Sci. - 2002. - I. 52. - P. 201-203.
12. Anti-bacterial activity of pigments isolated from pigment-forming soil bacteria / M.D. Mamunur Rashid, M.D. Fakruddin, M.M. Reaz, K. Fatema [et al.] // Br. J. Pharm. Res. - 2014. - № 4. - P. 880-894.
13. Isolation and phenotypic characterization of actinomycetes from Rabat neighborhood soil and their potential to produce bioactive compounds / Ayoubi Hasnaa, Mouslim Assia, Moujabbir Sara, Amine Soukaina [et al.] // African Journal of Microbiology Research. - 2018. - Р. 186-191.
14. Li C., Ji C., Tang B. Purification, characterisation and biological activity of melanin from Streptomyces sp. FEMS Microbiol Lett 365 / [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://doi.org/10.1093/femsle/fny077.
15. Screening of yellow pigment producing bacterial isolates from various eco-climatic areas and analysis of the carotenoid produced by the isolate / A.P. Indra, S. Umamaheswari, S.G. Ranandkumar, C. Karthik [et al.] // J. Food Process. Technol. - 2014. - № 5. - P. 292.
16. Selvameenal L., Radhakrishnan M., Balagurunathan R. Antibiotic pigment from desert soil actinomycetes; biological activity, purification and chemical screening // Ind. J. Pharma. Sci. - 2009. - № 71. - P. 499-504.
