CC BY
19
УДК 577.15:576.8 С. В. Борисова
ВЛИЯНИЕ НЕИОНОГЕННЫХ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ НА ГЛЮКОЗОИЗОМЕРАЗНУЮ АКТИВНОСТЬ ПРОДУЦЕНТА
STREPTOMYCES RUBIGINOSUS АС 836
Ключевые слова: микроорганизмы, глюкозоизомеразная активность, неионогенные ПАВ.
Исследовано влияние неоногенных ПАВ Twin на глюкозоизомеразную активность штамма Streptomyces rubiginosus Ас 836. Показано воздействие Twin на глюкозоизомеразную активность штамма Streptomyces rubiginosus Ас 836 при их добавлении на разных этапах культивирования.
Keywords: microorganisms, glucose isomerase activity, nonionic SAS.
The effect of the nonionic SAS. on the glucose isomerase activity strain Streptomyces rubiginosus Ac 836 have been researched. Twin effect on the glucose isomerase activity strain Streptomyces rubiginosus Ac 836 at different stages of cultivation has been shown.
Введение
Использование поверхностно-активных веществ (ПАВ) находит широкое применение в химической, пищевой промышленности, в производстве косметических препаратов и других технологических процессах.
Действие используемых ПАВ на исследуемые объекты зависит от структуры, которая определяет их свойства. Так, по строению ПАВ классифицируют на катионо-, анионоактивные и неионогенные ПАВ. Большинство катионо-, анионо-активных ПАВ являются токсичными по отношению к живым организмам. Действие неиогенных ПАВ неоднозначно.
Пожалуй, следует отметить, что неионогенные ПАВ - это наиболее перспективный и быстро развивающийся класс ПАВ. Среди них важное место занимают Twin, которые представл-яют собой сложные эфиры полисорбитанов, связанных с различными высшими жирными кисло-тами. Например, Twin-20 содержит лауриновую, Twin-40 - пальмитиновую, Twin-60 - стеариновую, а Twin-80 - олеиновую высшие жирные кислоты.
В литературе приведено много данных по влиянию ПАВ на микроорганизмы. ПАВ способны солюбилизировать н-алканы и оказывать стимулирующее действие на процесс их микробиологического окисления [1], повышать активность некоторых ферментов [2], изменять проницаемость клеточных мембран [3], повышают скорость дыхания [4], увеличивать концентрацию растворенного кислорода и улучшать его транспорт в клетку. Таким образом, в каждом отдельном случае действие ПАВ на микроорганизмы рассматривается изолированно и в литературе нет единого мнения о комплексном влиянии ПАВ на процесс микробиологического окисления.
Известно действие ПАВ на цитоплазмати-ческую мембрану (ЦПМ). ПАВ связываются с компонентами ЦПМ и нарушают ее нормальное функционирование, в том числе свойство полупроницаемости. Под влиянием этих веществ из клеток в окружающую среду выделяются низкомолекуляр-
ные метаболиты, и может происходить потеря плазмид бактериальными клетками [5, 6].
Известно, также, угнетение некоторых физиологических процессов и ферментативной активности микроорганизмов. В то же время имеются данные о стимуляции активности дыхания и некоторых ферментов в присутствии ПАВ. Может наблюдаться и непродолжительная стимуляция активности ферментов, растворенных в жидкой части цитоплазмы. При этом клетка как бы пытается заменить поврежденную ферментную систему неповрежденной [7].
В связи с выше изложенным, представляло интерес исследовать влияние неоногенных ПАВ Twin-40 и Twin-80 на глюкозоизомеразную активность штамм Streptomyces rubiginosus Ас 836.
Экспериментальная часть
Ранее было показано стимулирующее действие комплексонов на рост и глюкозоизомераз-ную активность штамма Streptomyces rubiginosus Ас 836 [8, 9]. Интерес представляло исследовать влияние Twin на ферментативную активность дан-ного штамма актиномицетов.
Цель исследований заключалась в изучении влияния неоногенных ПАВ Twin-40 и Twin-80 на глюкозоизомеразную активность штамма Streptomyces rubiginosus Ас 836.
Исследования проводили путем культивирования штамма стрептомицетов на жидкой питательной среде, добавляя в среду для культивирования неионогенные ПАВ в интервале концентраций 0,001-2,0 г/л в начале культивирования, в период экспоненциальной (6 ч) и стационарной фаз роста (36 ч). Длительность культивирования составляла 48 ч.
Известно, что твины способны оказывать влияние не только на микробный рост, но и на ферментативную активность [10].
В таблице 1 приведены результаты исследований. Как видно из таблицы 1, при добавлении Twin в начале культивирования штамма Streptomyces rubiginosus Ас 836 оптимальные
значения глюкозоизомеразной активности наблюдались в одной и той же концентрации 0.01 г/л. Причем добавление Twin-80 было более эффективным: при высоких значениях Twin (0,1-0,2 г/л) значения глюкозоизомеразной активности были ниже, чем в контроле.
Таблица 1 - Влияние неионогенных ПАВ на глюкозоизомеразную активность штамма Streptomyces rubiginosus Ас 836
Концентрация Глюкозоизомеразная
неионогенных активность, % к контролю
ПАВ, г/л Twin-40 Twin-80
Начало культивирования
0,001 100±2,5 132±3,3
0,01 120±3,0 160±4,0
0,1 100±2,6 121±3,0
1,0 60±1,5 66±1,7
2,0 50±1,5 60±1,6
Экспоненциальная фаза роста
0,001 113±2,8 148±2,7
0,01 162±4,0 166±4,2
0,1 204±5,1 124±3,1
1,0 96±2,4 93±2,3
2,0 58±1,5 62±1,5
Стационарная фаза роста
0,001 87±2,3 110±2,7
0,01 85±2,2 150±3,8
0,1 83±2,2 175±4,4
1,0 75±1,9 137±2,4
2,0 70±1,7 120±3,2
При добавлении Twin в среду культивиро-вания в период экспоненциальной фазы роста максимальное значение глюкозоизомеразной активности наблюдалось в концентрации Twin-40 0,1 г/л, а Twin-80 - 0,01 г/л.
При добавлении Twin в среду культивиро-вания в период стационарного роста культуры наблюдалось явное угнетение ферментативной активности в присутствии Twin-40 и стимулирующий эффект в отношении глюкозоизомеразы в концентрации Twin-80 0,1 г/л.
Интересен тот факт, что для обоих Twin наибольшие значения ферментативной активности наблюдались в одной и той же концентрации 0,1 г/л, но в различные периоды их внесения. В случае Twin -40 - это экспоненциальная фаза роста (204 %), в случае Twin -80 - стационарная (175 %).
Обращает на себя внимание то, что для обоих твинов в период экспоненциальной фазы роста наблюдалась корреляция концентрационного оптимума биомассы и ГлИ активности.
Действие неионогенных ПАВ основано на взаимодействии с клеточными оболочками [3], в результате чего меняется их проницаемость, и интенсифицируются транспортные процессы. Глюкозоизомераза являлся эндоферментом, локализованным в клеточной стенке [11], а, следовательно, ее структурные изменения в
результате действия Twin не могут не отразиться на изменении активности этого фермента.
Результаты изменения глюкозоизомеразной активности от концентрации Twin при их добавлении в разные фазы роста могут быть предположительно объяснены следующим образом. Twin-40, в отличие от Twin-80, более активно взаимодействует с клетками стрептомицетов. Вероятно, в данный период, в результате действия Twin-40, в клеточной стенке возникают сильные деформации; это приводит к инактивации глюкозоизомеразы за счет конформационных изменений.
Twin-80, как неионогенный ПАВ более «легкого» действия, вызывает не столь значимые деформации, а лишь незначительные нарушения структуры, что, по всей видимости, приводит к активации фермента глюкозоизомеразы.
Структурные изменения в результате действия Twin не могут не оказать влияния на клеточные процессы в целом.
Клеточная оболочка включает в себя клеточную стенку и связанную с ней ЦПМ. Деформации в клеточной стенке, возникающие в результате действия Twin, должны отразиться на структуре мембраны, что, в свою очередь, ведет к изменению компонентного состава клеточной стенки, а, следовательно, влияет на биосинтез и активацию глюкозоизомеразы.
По всей видимости, данные, полученные при добавлении Twin в период экспоненциальной фазы роста, свидетельствуют об интенсификации биосинтеза глюкозоизомеразы, что в большей степени проявляется в присутствии Twin-40. Вместе с тем, результаты исследований, свидетельствующие о повышении уровня биомассы в оптимальных концентрациях Twin, констатируют интенсификацию метаболизма в целом.
Возможно, что добавление Twin оказало влияние и на массообменные характеристики процесса культивирования: на снабжение микро-организмов растворенным кислородом [12].
Таким образом, с одной стороны, деформации клеточных оболочек вызывают конформационные изменения фермента глюкозо-изомеразы, проявляющиеся в его активации или частичном ингибировании в присутствии Twin, с другой стороны, действие Twin на клеточные оболочки может оказывать существенное влияние и на биосинтез самого фермента.
Литература
1. И. Е. Суковатая, В. А. Кратасюк, В. В. Межевикин, Ф74 Фотобиофизика: [Электронный ресурс], 2008.
2. Д. Дж. Шоу, П. Роговский, Т. Дж. Близко и К. Кадо, Отдел Патологии Завода, Университет Калифорнии, 95616.
3. Н.Ф. Могилевич, С.С. Ставская, Микробиологический Журнал, 5, 34, 688-689 (1972).
4. T.W. Cline, Meth. Enzymol., 57, 166-171 (1978). 5. S. Al-Asheh, Z. Duvnjak, Biotechnol. Letters, 2, 6, 183188 (1994).
6. М.Я. Табак, С.С., Микробиология, 4, 48, 658-662 (1979). 7. С.С. Ставская, Биологическое разрушение АПАВ, 116 (1981).
8. С.В. Борисова, Вестн. Казан. технол. ун-та, 21, 17, 168169 (2014).
9. С.В. Борисова, Вестн. Казан. технол. ун-та, 21, 17, 173174 (2014).
10. E. Huot, С. Barrenagonzalez, H.Petitaemange, Letters of AppliedMicrobiology. 4. 22, 307-310 (1996).
11. М.С. Мосичев, Э.З. Моносов, И.М. Грачева, Биотехнология, 1, 41-47 (1986).
12. Д.Л. Хмельницкая, Н.В.Дзумедзеи, Р.В. Кучер, Микробиология, 6, 49, 1007-1009 (1980).
© С. В. Борисова, кандидат технических наук, доцент кафедры технологии пищевых производств КНИТУ, borsv@rambler.ru.
© S. Borisova, Candidate of Siences (Ph.D.) in Ingineering, Docent (Associated Professor) in Department of Technology of Food Productions in Kazan National Research Technological University, borsv@rambler.ru.
