WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 || 4 |

Сравнительные электронно-микроскопические исследования, проведенные в фоновый период и после 7-месячного экспонирования спор микроорганизмов на внешней поверхности орбитальной станции, показали, что у штаммов бактерий рода Bacillus, побывавших в полете, в большинстве случаев наблюдались изменения в ультраструктурной организации клеточной стенки, цитоплазматической мембране, характере деления клеток и частоте встречаемости прикрепления региона ori C.

Наиболее существенные изменения в ультратонкой структуре были выявлены у бактерий вида B.subtilis после экспонирования на внешней оболочке МКС.

Особого внимания заслуживает то, что после 7 месяцев эксперимента у B.subtilis отмечалось нестандартное деление клетки, в частности, появление такого признака как множественность септ, что является косвенным показателем того, что после пребывания в условиях космического пространства происходит нарушение функционирования группы генов, отвечающих за процессы деления клетки. Анализ ультратонких срезов полетных штаммов первого пассажа показал нехарактерное строение бактериальной клеточной стенки по сравнению с контрольным вариантом. На полюсах клеток отмечалось утолщение клеточной стенки. Характерным признаком для большинства клеток являлась поперечная изогнутость клеточной стенки (рис. 3).

а

б в

Рис 3. Ультраструктура бактерий вида B.subtilis.

Примечание: а – контроль (тест-культура микроорганизма до полета); б - опыт (тест- культура после 7 месяцев экспонирования в космическом пространстве, 1-й пассаж); в - опыт (тест-культура после 7 месяцев экспонирования в космическом пространстве, 3-й пассаж)

Показано, что после 3-го пассажа наблюдалось полное исчезновение деструктивных нарушений, видимо связанное с работой репаративных систем. Подобные, но менее выраженные изменения были обнаружены и у послеполетных штаммов вида B.licheniformis. Интенсивность выявленных ультраструктурных изменений в клетках микроорганизмов коррелировала с количеством пассажей тест-культур.

Таким образом, выявленные на электронно-микроскопическом уровне морфо-физиологические изменения отражают сложный характер влияния многочисленных факторов космического пространства на микроорганизмы, а также в определенной степени объясняют отмеченные нами количественно-качественные изменения на популяционном и функциональном уровнях.

У представителей бактериальной флоры после экспонирования в условиях космического полета на станции и космического пространства были также отмечены весьма интересные биохимические особенности (табл. 2–3).

Известно, что не только в процессе вегетативного роста микробной культуры, но и в споровом состоянии метаболический баланс бактериальной клетки подвергается широким изменениям в пределах нормы реакции данного вида, что обеспечивает оптимальную приспособляемость микроорганизма к меняющимся условиям окружающей среды. Несмотря на заторможенный обмен, спора сохраняет способность воспринимать внешние сигналы, в том числе химические.

Имеются данные о способности покоящихся клеток изменять содержание специфических соединений в ответ на различные стрессы, что свидетельствует о существовании в покоящейся клетке механизмов адаптации, подобных таковым в вегетативных клетках [Терешина В.М. и др., 2004].

Таблица 2. Некоторые отличия биохимической активности, выявленные после 24 месяцев экспонирования в среде обитания МКС

Видовая принадлежность штаммов

Характеристика отличий штаммов

B.licheniformis-24

Повышенная ДНК-азная и РНК-азная активность

B.pumilus-25

Отсутствие различий в ДНК-азной активности с контролем.

Повышенная РНК-азная активность

B.subtilis-20

Пониженная ДНК-азная и РНК-азная активность

Для гибкого реагирования на окружение и быстрого переключения метаболических потоков клетка снабжена мощным аппаратом регуляции отдельных биохимических реакций и глобальных физиологических процессов. Поэтому закономерным и предсказуемым событием явилось появление сдвигов в биохимических характеристиках у штаммов бактерий, оказавшихся в условиях неестественной для них среды космической станции, и тем более в условиях агрессивной среды космического пространства.

Таблица 3. Некоторые отличия биохимической активности, выявленные после 7 месяцев экспонирования в условиях космического пространства

Видовая принадлежность штаммов

Характеристика отличий штаммов

B.licheniformis-24

Повышенная ДНК-азная и РНК-азная активность

B.pumilus -25

Отсутствие различий в ДНК-азной активности с контролем.

Повышенная РНК-азная активность

B.subtilis-2335/105

Пониженная ДНК-азная и РНК-азная активность

B.licheniformis-ВКМ-1711Д

Отсутствие различий в ДНК-азной активности с контролем.

Повышенная РНК-азная активность

Характерной особенностью доминирующего вида бактерий B.licheniformis-24 являлась активизация биологической и биохимической активности в процессе экспонирования образцов материалов в среде обитания МКС и в условиях космического пространства. Было установлено, что активность ферментов, характеризующих уровень потенциала патогенности (РНК-азы и ДНК-азы), у бактерий данного вида к концу эксперимента была выше, чем в фоновый период.

Аналогичные особенности наблюдались и у бактерий вида B.pumilus-25 экспонированных в среде обитания МКС, а также на внешней поверхности орбитальной станции и у бактерий вида B.licheniformis-ВКМ-1711Д, экспонированных только в условиях космического пространства.

Существенным отличием, однако, являлось то, что все они сохраняли продукцию фермента ДНК-азы на уровне фоновых величин. ДНК-аза и РНК-аза являются хорошо известными «ферментами агрессии и защиты» у значительного числа облигатно- и условно-патогенных бактерий [Юсупова Д.В. и др., 1973]. На примере шигелл, в частности, было показано, что нарастание у них ДНК-азной и РНК-азной активности было пропорционально стадиям развития инфекционного процесса [Поликарпов Н.А., Викторов А.Н. и др., 1988] и достигало максимума у лиц, переболевших дизентерией. Как следует из полученных результатов, штаммы видов B.licheniformis-24, B.pumilus-25, B.licheniformis-ВКМ-1711Д в основном демонстрировали более высокую РНК-азную и ДНК-азную активность либо ДНК-азную активность, равную фоновым величинам. Такая динамика диагностического признака напоминает описанную [Поликарпов Н.А., Викторов А.Н. и др., 1991] ситуацию формирования возбудителей инфекции (типа «госпитальных штаммов») в коллективах, изолированных в герметично замкнутых помещениях. Комплекс данных, полученных в наших экспериментах, свидетельствует о повышении патогенных и вообще адаптивных свойств данных видов, направленных на выживание, так как функция обеспечивать патогенность бактериальной клетки является далеко не единственной у фермента РНК-азы.

Например, известно, что РНК-аза принимает участие на различных этапах синтеза ДНК и РНК в клетке [Николаев А.Я., 1998], а также — на уровне регуляции синтеза белка [Laursen B.S. et al., 2005]. Поэтому повышенный синтез РНК-азы может служить косвенным признаком происходящих в клетке репаративных процессов, а также активного синтеза белка.

Что же касается штаммов B.subtilis-20, экспонированных в среде обитания МКС, и штаммов B.subtilis-2335/105, экспонированных на внешней поверхности орбитальной станции, то для них было характерно уменьшение ферментативной активности в отношении продукции как ДНК-азы, так и РНК-азы. Картина их биохимической активности указывает скорее на срыв адаптационного потенциала, по крайней мере, у штаммов, экспонированных в условиях среды обитания МКС, что и объясняет их минимальную способность сохраняться на материалах.

Весьма важным с эпидемиологической точки зрения является показатель устойчивости микроорганизмов к антимикробным препаратам. Очевидно, что при возрастании в среде обитания резистентных и полирезистентных к антимикробным веществам штаммов микроорганизмов снижается эффективность санитарно-гигиенических мероприятий и возрастает вероятность возникновения осложнений инфекционной этиологии.

Наблюдение за динамикой изменения устойчивости микроорганизмов к антимикробным препаратам после экспонирования в условиях среды обитания МКС и в условиях космического пространства выявило тенденцию усиления этого показателя к 24-му месяцу исследования. Так, из 8 исследованных антимикробных средств у доминирующих видов бактерий (B.licheniformis и B.pumilus) возросла устойчивость к 5 препаратам по сравнению с фоновыми данными.

В качестве примера можно проиллюстрировать устойчивость указанных бактерий к бисептолу (рис. 4). Как видно из представленного рисунка, по мере увеличения сроков экспонирования как у B.licheniformis, так и у B.pumilus снижалась чувствительность к данному антибиотику.

Рис.4. Динамика изменений устойчивости бактерий рода Bacillus к бисептолу

Достоверное различие с фоновым значением: *p 0,05; **p 0,01

Примечание: з.п.р.-зона подавления роста

Результаты оценки изменения динамики щелоче- и кислотообразования у исследуемых штаммов грибов до и после экспонирования в условиях среды обитания МКС и космического пространства показали, что все исследуемые штаммы тест-культуры A.versicolor являлись слабыми щелочеобразователями. Опытные штаммы данной тест-культуры менее активно защелачивали среду по сравнению с «исходным» штаммом. Причем, способность к защелачиванию среды незначительно снижалась в зависимости от длительности срока пребывания внутри МКС. В отношении штаммов A.versicolor, экспонированных в условиях космического пространства в течение 6 месяцев, можно отметить, что они обладали самой низкой активностью по защелачиванию среды по сравнению со штаммами, которые подвергались лишь воздействию факторов, присущих среде обитания МКС. Кроме того, было отмечено, что внутри группы штаммов, экспонированных в условиях космического пространства, имело место отчетливое разнообразие активностей в отношении защелачивания среды.

Результаты проведенных исследований по оценке динамики накопления органических кислот свидетельствуют о том, что каждый из исследуемых штаммов тест-культуры P.expansum увеличивал кислотность среды.

Как показали исследования, интенсивность кислотообразования микроорганизмов, экспонированных в среде обитания МКС, зависела от длительности пребывания в условиях космического полета – чем больше срок полета, тем активнее штаммы закисляли среду (рис. 5).

Рис.5 Динамика кислотообразования штаммов тест-культуры Penicillum expansum, экспонированных внутри МКС

Также установлено, что микроорганизмы, находившиеся продолжительное время в среде обитания МКС, обладали большей кислотообразующей способностью по сравнению со штаммами, экспонированными в условия космического пространства.

Результаты, полученные в ходе проведения хроматографических исследований культуральной жидкости исследуемых штаммов P.expansum, позволили сделать ряд заключений: во-первых, микроорганизмы, экспонированные в среде обитания МКС значительно сократили основной спектр продуцируемых кислот, а также включили в свой синтез новую, не входящую в состав кислот «исходного» штамма – молочную кислоту, во-вторых, количественные показатели содержания кислот в культуральной среде вышеупомянутых штаммов значительно превышали фоновый уровень «исходного» штамма (рис.6, 7).

Эти процессы имеют большое значение в аспекте возможности проявления микробиологической деструкции конструкционных материалов, так как биоповреждения полимеров и биокоррозия металлов в значительной степени обусловлены воздействием на материалы таких продуктов продуктов метаболизма грибов, как органические кислоты.

Результаты оценки колонизационной и биоповреждающей активности штаммов грибов Aspergillus versicolor и Penicillium expansum в отношении сплава алюминия Амг-6, относящегося к группе материалов с высокой коррозионной устойчивостью, показали, что штаммы Penicillium expansum после экспонирования в условиях среды обитания МКС и космического пространства характеризовались высокой коррозионной активностью.

Рис. 6. Спектр органических кислот, синтезируемых исходным штаммом тест-культуры P.expansum.

Рис. 7. Спектр органических кислот, синтезируемых штаммом тест-культуры P.expansum, экспонированным в течение 12 месяцев в среде обитания МКС

Установлено, что штамм Penicillium expansum, экспонированный в среде обитания МКС в течение 12 месяцев, обеспечивал достоверную максимальную потерю массы образца металла Амг-6 по сравнению с исходным штаммом. Это объясняется тем, что данный штамм имел самые низкие значения pH культуральной среды по сравнению со всеми остальными штаммами, а также имел в своем многочисленном спектре синтезируемых кислот уксусную кислоту. Согласно результатам исследований, штаммы плесневых грибов Penicillium expansum, экспонированные в условиях среды обитания МКС, провоцировали большие массовые потери металла в отличие от группы штаммов, экспонированных в условиях космического пространства.

Таким образом, данные результаты дают основания считать, что после длительного пребывания тест-культуры Penicillium expansum в условиях среды обитания МКС риск биологического повреждения металлов и преждевременного выхода из строя различных элементов космической техники значительно увеличивается, что является недопустимым при осуществлении длительных космических полетов, в том числе планируемой экспедиции на Марс.

ВЫВОДЫ

Pages:     | 1 | 2 || 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»