DisCollection.ru

Авторефераты и темы диссертаций


Тейхоевые кислоты и гликополимеры актиномицетов: разнообразие структур, таксономические и экологические аспекты

Тульская Елена Михайловна, 13.06.2010

 

имени М.В. ЛОМОНОСОВА

БИОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

На правах рукописи

ЕЛЕНА МИХАЙЛОВНА

ТЕЙХОЕВЫЕ КИСЛОТЫ И ГЛИКОПОЛИМЕРЫ АКТИНОМИЦЕТОВ: РАЗНООБРАЗИЕ СТРУКТУР, ТАКСОНОМИЧЕСКИЕ И ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ

Специальность 03.00.07 – микробиология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора биологических наук

Москва, 2009 г.

Работа выполнена на кафедре микробиологии биологического факультета

Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова

Научные консультанты: доктор биологических наук

Евтушенко Людмила Ивановна

доктор биологических наук, профессор

Нетрусов Александр Иванович

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор

Зенова Галина Михайловна.

доктор биологических наук, профессор

Эль-Регистан Галина Ивановна

доктор химических наук, профессор

Бакиновский Леон Владимирович

Ведущая организация: Институт биохимии имени А.Н. Баха РАН

Защита состоится «____» ____________ 2009 г. на заседании диссертационного совета Д.501.001. 21 при Московском государственном университете имени М.В. Ломоносова по адресу: 119991, Москва, ГСП-1, Ленинские горы, дом 1, МГУ, корп.12, биологический факультет, ауд. М-1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке биологического факультета

Автореферат разослан «____» _____________ 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

кандидат биологических наук Пискункова Н.Ф.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Состояние вопроса и актуальность проблемы.

На поверхности бактериальной клетки экспонированы углеводные остатки, входящие в состав биополимеров клеточной стенки (Наумова и Шашков, 1997; Shibaev, 1987; Sutcliffe, 1994; Weidenmaier and Peschel, 2008). Эти полимеры часто имеют весьма сложную структуру и играют важную роль в жизнедеятельности микроорганизма. Нейтральные и кислые полисахариды, тейхуроновые кислоты, у которых углеводные остатки соединены между собой ковалентными связями, являются типичными представителями гликополимеров клеточных стенок. Моносахаридные остатки присутствуют в основном гликополимере бактериальной клеточной стенки – пептидогликане, а также в уникальных соединениях, характерных только для клеточных стенок грамположительных бактерий – тейхоевых кислотах и сахар-1-фосфатных полимерах, мономерные звенья которых объединены фосфодиэфирными связями.

Исследование структур тейхоевых кислот и гликополимеров клеточных стенок важно как в фундаментальном, так и научно-прикладном аспектах. Выявление и описание новых структур представляет интерес в связи с оценкой разнообразия биополимеров, пониманием их функций в микробной клетке и путей их биосинтеза, а также распространения у различных микроорганизмов в связи с вопросами эволюции. Исследование структур поверхностных полимеров способствует также пониманию механизмов взаимодействия бактерий внутри микробного сообщества и с внешней средой, в том числе с высшими организмами. Весьма актуальны исследования этих биополимеров микроорганизмов в медицинском аспекте. Их углеводная составляющая отвечает за биологическое распознавание поступающих извне веществ (например, лекарств), а также определяет самые разнообразные процессы клеточного узнавания, в том числе, имеющих ключевое значение при развитии многих заболеваний человека и животных, включая бактериальные и вирусные инфекции, рак, воспаления и др. (Дмитриева и др., 2007; Нифантьев, 2008; Weidenmaier and Peschel, 2008). Одним из направлений исследований тейхоевых кислот и гликополимеров клеточных стенок бактерий, получившим развитие в последние годы, является так называемое “хемотаксономическое” – изучение распространения и структур полимеров в связи с фундаментальными задачами развития естественной системы микроорганизмов и решения практичесих задач идентификации.

К началу наших исследований среди вышеупомянутых полимеров наиболее изученными были тейхоевые кислоты. С момента их открытия у лактобацилл в 50-е годы ХХ века в лаборатории профессора Джеймса Бэддили (Baddiley and Matias, 1954; Baddiley et al., 1956) проводились работы, связанные с изучением структурного разнообразия, путей биосинтеза и функций тейхоевых кислот у бактерий. Эти работы в основном были выполнены на представителях родов Bacillus*, Lactobacillus и Staphylococcus (Baddiley et al., 1962 a,b; 1972; Karamata et al., 1972; 1987; Archibald, 1974; Doyle et al., 1975; Hancock and Baddiley, 1976; Rodgers and Taylor, 1978; Yokoyama et al., 1987; Mauel et al., 1989 и др.). Было также обнаружено, что организмы разных видов содержат различные по структуре тейхоевые кислоты, (Baddiley et al., 1961; Davison and Baddiley, 1964; Archibald et al., 1968; Baird-Parker, 1970), и была высказана идея о возможности использования данных полимеров в таксономических целях (Fiedler et al., 1981; Schleifer and Stackebrandt, 1983).

________________________

*- латинские наименования родов, видов и подвидов, а также наименования таксонов более высокого порядка (семейство, порядок, класс и т.д.) приведены согласно правилам журнала «Микробиология», 2008, Т. 77, № 4,

Огромный вклад в изучение разнообразия структур и распространения тейхоевых кислот у представителей различных таксонов порядка Actinomycetales внесли приоритетные работы Заслуженного деятеля науки Российской Федерации, профессора Ирины Борисовны Наумовой с сотрудниками (Наумова, 1964; 1973; 1979; Евтушенко и др., 1984; Наумова и Шашков, 1997; Naumova et al., 1980; Naumova, 1988; Naumova et al., 2001), ведущиеся в течение многих лет на кафедре микробиологии биологического факультета МГУ в сотрудничестве со специалистами Института органической химии им. Н.Д.Зелинского РАН и Института биохимии и физиологии им. Г.К. Скрябина РАН (отдел «Всероссийская коллекция микроорганизмов»).

Представители порядка Actinomycetales (актиномицеты) выделяются среди других прокариот размерами (до 9 млн. п.о.) и организацией генома, особенностями фенотипа, в т.ч., разнообразием морфологии и химических компонентов клетки и клеточной стенки. Актиномицеты также превосходят другие известные группы бактерий по способности синтезировать биологически активные соединения. Они являются продуцентами свыше половины из более 10000 антибиотиков и других соединений, известных к настоящему времени (Грачева, 2003; Goodfellow et al., 1988; Anderson and Wellington, 2001; Watve et al., 2001). Все вышесказанное способствовало повышенному интересу к этой группе микроорганизмов со стороны различных специалистов, прежде всего биотехнологов, микробиологов-систематиков и молекулярных биологов, что, в свою очередь, определило более успешное развитие системы актинобактерий по сравнению с другими группами пркариот.

Создание филогенетической схемы прокариот, и актинобактерий в частности, стало возможным благодаря внедрению в микробиологию молекулярно-генетических методов и определению нуклеотидных последовательностей генов 16S рРНК. Филогенетические древа, однако, не могут быть использованы непосредственно для построения иерархической системы (Калакуцкий, 2006; Stackebrandt and Swings, 2005). Выделение новых и ревизия ранее описанных таксонов осуществляется с учетом разносторонних согласующихся данных филогенетического и фенотипического характера (принцип полифазной таксономии). Информация о фенотипе особенно важна для обоснования выделения новых таксонов родового и видового уровней и уточнения границ между таксонами.

Изучение хемотаксономических признаков (тип клеточной стенки, тип пептидогликана, состав менахинонов, жирных кислот фосфолипидов) сыграло ключевую роль в развитии системы классификации актиномицетов в «домолекулярную эру». Отличия организмов по хемотаксономическим признакам зачастую являются определяющими при обосновании выделения нового рода или вида актиномицетов и в настоящее время. Вместе с тем, многие полимеры и крупные молекулы клетки не изучены или слабо исследованы в таксономическом аспекте. В этой связи актуальны работы, направленные на поиск и оценку таксономической значимости новых биомолекул и их структурных компонентов – особенно в связи с выделением из природной среды массивов новых микроорганизмов, обособляющихся от изветсных таксонов на уровне генотипа, но неотличимых от них по традиционно используемым в систематике актиномицетов фенотипическим, в т.ч., хемотаксономическим, признакам.