CC BY
35
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
УДК 637.055
ВЫДЕЛЕНИЕ МОЛОЧНОКИСЛЫХ БАКТЕРИЙ И ДРУГИХ
МИКРООРГАНИЗМОВ-АНТАГОНИСТОВ ИЗ ПРИРОДНЫХ ИСТОЧНИКОВ
КАЛИНИНГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ
С. Ю. Носкова1, канд. техн. наук М. А. Шевченко1
1 12
М. И. Зимина О. О. Бабич ' , д-р техн. наук
1 2
С. А. Сухих ' , канд. техн. наук
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта», Калининград, Россия
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Кемеровский государственный университет» ,Кемерово,Россия
Установлено, что в настоящее время появление и продолжающееся распространение устойчивости к противомикробным препаратам среди бактерий является критически важной проблемой для здоровья и экономики, ведущей к увеличению показателей заболеваемости и смертности, связанных с бактериальными инфекциями. Бактериоцины представляют собой синтезируемые рибосомами белковые соединения, которые подавляют рост близкородственных бактерий. Даже в пределах подкатегории бактериоцинов пептиды значительно различаются с точки зрения кластера генов, ответственных за экспрессию, а также химического и структурного состава. Выделение и изучение свойств и синтеза новых антибактериальных и фунгицидных антибиотиков, образуемых молочнокислыми бактериями и другими микроорганизмами-антагонистами (потенциальные источники: почвы, водоемы, растения и т.д.), а также перспективы их применения в фармацевтической промышленности представляют фундаментальный интерес для медицины и фармакологии. Актуальность темы получения фармацевтических субстанций на основе микроорганизмов-антагонистов, выделенных из природных источников, подтверждается тем, что количество посвященных различным аспектам этой проблемы научных работ стремительно увеличивается. Целью работы является выделение молочнокислых бактерий и других микроорганизмов-антагонистов из природных источников Калининградской области. В результате проведенных исследований из почв, водоемов и растительных объектов Калининградской области выделено 9 изолятов, относящихся к следующим молочнокислым бактериям и другим микроорганизмам-антагонистам: изолят 1 - Pediococcus pentosaceus, изолят 2 - Pseudomonas chlororaphis, изолят 3 - Pediococcus damnosus, изолят 4 - Lactobacillus casei, изолят 5 - Lactobacillus fermentum, изолят 6 - Bacteroides hypermegas (Megamonas hypermegale), изолят 7 -Pseudomonas syringae, изолят 8 - Acetobacter aceti, изолят 9 - Psychrobacter urativorans.
Ключевые слова: молочнокислые бактерии, микроорганизмы-антагонисты, природные источники, изоляты, бактериоцины.
Для цитирования: Носкова С.Ю., Зимина М.И., Сухих С.А., Шевченко М.А., Бабич О.О. Выделение молочнокислых бактерий и других микроорганизмов-антагонистов из природных источников Калининградской области // АгроЭкоИнженерия. 2021. №2 (107). С.137-142
ISOLATION OF LACTIC ACID BACTERIA AND OTHER ANTAGONISTIC MICROORGANISMS FROM NATURAL SOURCES OF THE KALININGRAD REGION
S.Yu. Noskova1, Cand. Sc. (Engineering), M.I. Zimina1, S.A. Sukhikh1,2, Cand. Sc.
1 1 9
(Engineering), M.A. Shevchenko , O.O. Babich , , DSc (Engineering) 1Immanuel Kant Baltic Federal University, Kaliningrad, Russia Kemerovo State University, Kemerovo, Russia
The emergence and continued spread of antimicrobial resistance among bacteria are critical health and economic issues leading to an increase in morbidity and mortality associated with bacterial infections. Bacteriocins are protein compounds synthesized by ribosomes that inhibit the growth of closely related bacteria. Even within the subcategory of bacteriocins, peptides differ significantly in terms of the gene cluster responsible for expression, as well as chemical and structural composition. Isolation and study of the properties and synthesis of new antibacterial and fungicidal antibiotics produced by lactic acid bacteria and other antagonistic microorganisms (potential sources: soils, water bodies, plants, etc.), as well as the prospects for their use, are of fundamental interest for medicine and pharmacology. The relevance of producing pharmaceutical substances based on antagonistic microorganisms isolated from natural sources is confirmed by the rapidly increasing number of scientific publications on various aspects of this problem. This work aimed to isolate lactic acid bacteria and other antagonistic microorganisms from natural sources in the Kaliningrad Region. The research resulted in obtaining 9 isolates from soils, water bodies, and plant objects in the Kaliningrad Region, belonging to the following lactic acid bacteria and other antagonistic microorganisms: Isolate 1 - Pediococcus pentosaceus, Isolate 2 - Pseudomonas chlororaphis, Isolate 3 -Pediococcus damnosus, Isolate 4 - Lactobacillus casei, Isolate 5 - Lactobacillus fermentum, Isolate 6 - Bacteroides hypermegas (Megamonas hypermegale), Isolate 7 - Pseudomonas syringae, Isolate 8 - Acetobacter aceti, and Isolate 9 - Psychrobacter urativorans.
Keywords: lactic acid bacteria, microorganisms-antagonists, natural sources, isolates, bacteriocins.
For citation: Noskova S.Yu., Zimina M.I., Sukhikh S.A., Shevchenko M.A., Babich O.O., Isolation of lactic acid bacteria and other antagonistic microorganisms from natural sources of the Kaliningrad Region. AgroEkoInzheneriya. 2021. No. 2(107): 137-142 (In Russian)
Введение
Учеными установлено [1], что в настоящее время появление и продолжающееся распространение устойчивости к противомикробным препаратам среди бактерий является критически важной проблемой для здоровья и экономики, ведущей к увеличению
показателей заболеваемости и смертности, связанных с бактериальными инфекциями. В настоящее время для решения этой проблемы необходимы исследования и разработки новых противомикробных препаратов. Бактериоцины проявляют антимикробную активность с различным спектром в зависимости от пептида, который может быть нацелен на несколько бактерий [2]. Бактериоцины представляют собой синтезируемые рибосомами белковые соединения, которые подавляют рост близкородственных бактерий. Даже в пределах подкатегории бактериоцинов пептиды значительно различаются с точки зрения кластера генов, ответственных за экспрессию, а также химического и структурного состава. Кластер полицистронных генов обычно включает структурный ген и различные комбинации иммунных, секреционных и регуляторных генов и модифицирующих ферментов [3]. Химические вариации могут заключаться в идентичности аминокислот, длине цепи, вторичных и третичных структурных особенностях, а также в специфичности активных сайтов. Это разнообразие делает бактериоцины потенциальными противомикробными агентами с рядом функций и областей применения [4].
В естественной среде бактерии производят бактериоцины, чтобы конкурировать с другими бактериями за питательные вещества. Сложная среда с изменениями условий роста, питательных веществ, рН, активности воды (Aw) и температуры будет влиять на количество бактериальных клеток, их метаболическую активность и производство бактериоцина. В желудочно-кишечном тракте (ЖКТ) изменения частиц пищи и колебания специй, добавок, солей, желчи, пищеварительных ферментов и т.д. Могут оказывать негативное влияние на рост клеток и выработку бактериоцина [5]. На активность бактериоцинов, секретируемых клетками-продуцентами, может влиять их способность прилипать к частицам пищи и диффундировать через пищеварительный тракт, а также их стабильность при различных значениях рН, устойчивость к пищеварительным ферментам и протеолитическим ферментам и химические взаимодействия с частицами и микробными клетками в ЖКТ. С другой стороны, повышение уровня соли или ЭДТА может повысить чувствительность грамотрицательных бактерий к бактериоцинам [6]. Таким образом, чрезвычайно трудно визуализировать функционирование бактериоцинов в ЖКТ [7]. Производство низина А, например, регулируется белковым феромоном через двухкомпонентную систему передачи сигнала, аналогичную системам определения кворума. В ферментере добавление низина к культуре стимулирует экспрессию низина. Это вполне может быть ситуация в ЖКТ. Повышение уровней бактериоцина, например, при адгезии к липидам в слое слизи, может оказывать влияние на экспрессию генов, кодирующих продукцию бактериоцина [8]. Это интересные вопросы, и их необходимо изучить, поскольку они могут повлиять на уровни накопления бактериоцинов в ЖКТ. Если бактериоцины сконцентрированы в локализованных областях ЖКТ, они могут легче преодолевать эпителиальный барьер [9].
В этой связи выделение, изучение свойств и синтеза новых антибактериальных и фунгицидных антибиотиков, образуемых молочнокислыми бактериями и другими микроорганизмами-антагонистами (потенциальные источники: почвы, водоемы, растения и т.д.), а также перспективы их применения в фармацевтической промышленности представляет фундаментальный интерес для медицины и фармакологии [10].
Целью работы является выделение молочнокислых бактерий и других микроорганизмов-антагонистов из природных источников Калининградской области.
Материалы и методы
Материалом для выделения микроорганизмов послужили водоемы, растительные объекты и почва различных муниципальных районов Калининградской области: Краснознаменского, Гусевского, Гвардейского, Зеленоградского, Нестеровского, Гурьевского районов.
Отбор проб растительных объектов, почв и водоемов производили в трех проворностях. Для отбора проб природного материала (водоем, растительные объекты, почва) применяли специальные принадлежности: совок, лопату, почвенный бур и нож. Каждый предмет перед взятием отдельной пробы тщательно очищали, протирали ватным тампоном со спиртом и обжигали. Образцы отбирали в стерильную бумагу Крафта.
Пробы для проведения исследований отбирали по диагонали, в шахматном порядке, применяя метод конверта. При этом учитывали опредленную глубину и горизонт при взятии пробы природного материала.
Выделение штаммов микроорганизмов из природных образцов (водоемы, растительные объекты и почва) проводили согласно методическим рекомендациям: «Методические рекомендации» (утв. Главным государственным санитарным врачом РФ 24.12.2004 № ФЦ/4022), а также Практикумом по биологии почв под редакцией Г.М. Зеновой.
Бактериальные культуры микроорганизмов выращивали в течение 48 ч на плотных питательных средах следующего состава:
- Мясопептонный агар (МПА), г/л: пептон сухой ферментативный - 10,0; экстракт мясной - 11,0; - 5,0; агар-агар - 15,0, глюкоза - 10,0; вода дистиллированная
ГРМ агар, г/л: кислотный гидролизат рыбной муки - 20,0; глюкоза - 10,0; агар-агар -
15,0.
Результаты и обсуждение
В результате проведенных исследований из почв, водоемов и растительных объектов Калининградской области выделено 9 изолятов (таблица 1).
Таблица 1
Перечень изолятов молочнокислых бактерий и других микроорганизмов-антагонистов, выделенные из природных источников Калининградской области
Источник выделения Объект исследования
Почва Гусевского района Изолят 1
Почва Нестеровского района Изолят 2
Почва Гвардейского района Изолят 3
Озеро Виштынец Изолят 4
Озеро Чайка Изолят 5
Река Преголя Изолят 6
Ризосфера растений Зеленоградского района Изолят 7
Ризосфера растений Краснознаменского района Изолят 8
Ризосфера растений Гурьевского района
Изолят 9
В результате проведенных исследований установлено, что из почв, водоемов и растительных объектов Калининградской области выделено 9 изолятов, относящихся к следующим молочнокислым бактериям и другим микроорганизмам-антагонистам: изолят 1 -Pediococcus pentosaceus, изолят 2 - Pseudomonas chlororaphis, изолят 3 - Pediococcus damnosus, изолят 4 - Lactobacillus casei, изолят 5 - Lactobacillus fermentum, изолят 6 -Bacteroides hypermegas (Megamonas hypermegale), изолят 7 - Pseudomonas syringae, изолят 8 - Acetobacter aceti, изолят 9 - Psychrobacter urativorans.
Выводы
Таким образом, в ходе реализации работы выделены молочнокислые бактерии и другие микроорганизмы-антагонисты из природных источников Калининградской области (почвы, водоемов, растительных объектов). В результате проведенных исследований из почв, водоемов и растительных объектов Калининградской области выделено 9 изолятов.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (научный проект №20-34-70004\19 от 21.11.2019 г).
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Ge J., Kang J., Ping W. Effect of Acetic Acid on Bacteriocin Production by GramPositive Bacteria. J. Microbiol. Biotechnol. 2019, vol. 29: 1341-1348. 2. Hols P., Ledesma-Garcia L., Gabant P., Mignolet J. Mobilization of Microbiota Commensals and Their Bacteriocins for Therapeutics. Trends Microbiol. 2019, vol. 27(8): 690-702.
3. Potter A., Ceotto H., Coelho M.L.V., Guimaraes A.J., Bastos M.D.C.F. The gene cluster of aureocyclicin 4185: The first cyclic bacteriocin of Staphylococcus aureus. Microbiology 2014, vol. 160: 917-928.
4. Chiorean S., Vederas J. C., van Belkum M. J. Identification and heterologous expression of the sec-dependent bacteriocin faerocin MK from Enterococcus faecium M3K31. Probiotics and antimicrobial proteins. 2018. Vol. 10 (2): 142-147.
5. Snyder A. B., Worobo R. W. Chemical and genetic characterization of bacteriocins: antimicro-bial peptides for food safety. Journal of the Science of Food and Agriculture. 2014. Vol. 94: 28-44.
6. Bindiya E. S., Bhat S. G. Marine bacteriocins: A review. Journal of Bacteriology and Mycology: Open Access. 2016. Vol. 2 (5): 140-147.
7. Mahlapuu M., Hakansson J., Ringstad L., Björn C. Antimicrobial Peptides: An Emerging Category of Therapeutic Agents. Front. Cell. Infect. Microbiol. 2016, vol. 6: 194.
8. Dicks L., Dreyer L., Smith C., van Staden A.D. A Review: The Fate of Bacteriocins in the Human Gastro-Intestinal Tract: Do They Cross the Gut-Blood Barrier? Front. Mi-crobiol. 2018, vol. 9: 2297.
9. Cotter P.D., Hill C., Ross R.P. Bacteriocins: Developing innate immunity for food. Nat. Rev. Microbiol. 2005, vol. 3: 777-788.
10. Cameron A., Zaheer R., Adator E.H., Barbieri R., Reuter T., McAllister T.A. Bacteriocin Occurrence and Activity in Escherichia coli Isolated from Bovines and Wastewater. Toxins 2019, vol. 11: 475.
УДК 664.3.098
ИЗУЧЕНИЕ КОЛЛАГЕНАЗНОЙ АКТИВНОСТИ ФЕРМЕНТОВ МИКРОБНОГО, РАСТИТЕЛЬНОГО И ЖИВОТНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ
12 3*
С. А. Сухих ' , канд. техн. наук, Е. В. Ульрих , д-р техн. наук,
1 2
О. О. Бабич ' , д-р техн. наук,
1Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта», Калининград, Россия
2Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Кемеровский государственный университет», Кемерово, Россия
3Федеральное государственное образовательное учреждение высшего образования «Кузбасская государственная сельскохозяйственная академия», Кемерово, Россия
Коллаген является важным белком в организме животных и, в основном, находится в соединительных тканях и костях. Он содержит определенные аминокислоты, такие как глицин, пролин, гидроксипролин и аланин, которые также являются основным нерастворимым волокнистым белком во внеклеточном матриксе и соединительной ткани. Для гидролиза коллагена используется ряд таких методов как кислотный гидролиз, щелочной гидролиз и ферментативный гидролиз. Наиболее распространены кислотный и ферментативный гидролиз. Коллагеназы - это протеазы, обладающие способностью разрушать различные типы коллагенов. Актуальность работы заключается в изучении возможности использования микробных коллагеназ в процессе биопереработки коллагенсодержащих отходов для получения высококачественной коллагенсодержащей сырьевой основы с биологически активными веществами хондопротекторного свойства. Целью работы являлось изучение коллагеназной активности ферментов микробного, растительного и животного происхождения и обоснование выбора ферментов для гидролиза коллагенсодержащих отходов. Среди множества ферментов было выбрано четыре наиболее широко применяемых препарата с подтвержденной коллагеназной активностью: папаин, нейтраза, коллагеназа и «Протепсин». Полученные фракции коллагеновых белков, выделенных из коллагенсодержащего сырья (шкура свиная), подвергали ферментативному гидролизу выбранными ферментными препаратами при температуре и активной кислотности, соответствующих оптимуму активности ферментных препаратов. Визуализацию результатов осуществляли методом
