WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 12 |

МОСКОВСКИЙГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

имени М.В.ЛОМОНОСОВА

БИОЛОГИЧЕСКИЙФАКУЛЬТЕТ

На правах рукописи

ТУЛЬСКАЯ

ЕЛЕНА МИХАЙЛОВНА

ТЕЙХОЕВЫЕ КИСЛОТЫ ИГЛИКОПОЛИМЕРЫ АКТИНОМИЦЕТОВ: РАЗНООБРАЗИЕСТРУКТУР, ТАКСОНОМИЧЕСКИЕ И ЭКОЛОГИЧЕСКИЕАСПЕКТЫ

Специальность 03.00.07–микробиология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соисканиеученой степени

доктора биологическихнаук

Москва, 2009 г.


Работа выполнена на кафедремикробиологии биологического факультета

Московского государственногоуниверситета имени М.В. Ломоносова

Научные консультанты: докторбиологических наук

Евтушенко ЛюдмилаИвановна

доктор биологическихнаук, профессор

Нетрусов АлександрИванович

Официальные оппоненты: докторбиологических наук, профессор

Зенова ГалинаМихайловна.

доктор биологическихнаук, профессор

Эль-Регистан ГалинаИвановна

доктор химических наук,профессор

Бакиновский ЛеонВладимирович

Ведущая организация: Институт биохимии имени А.Н. БахаРАН

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

С диссертацией можноознакомиться в библиотеке биологическогофакультета МГУ.

Автореферат разослан «____»_____________ 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

кандидат биологических наук Пискункова Н.Ф.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКАРАБОТЫ

Состояние вопроса иактуальность проблемы.

На поверхностибактериальной клетки экспонированыуглеводные остатки, входящие в составбиополимеров клеточной стенки (Наумова иШашков, 1997; Shibaev, 1987; Sutcliffe, 1994; Weidenmaier and Peschel,2008). Эти полимеры часто имеют весьмасложную структуру и играют важную роль вжизнедеятельности микроорганизма.Нейтральные и кислые полисахариды,тейхуроновые кислоты, у которых углеводныеостатки соединены между собойковалентными связями, являются типичнымипредставителями гликополимеров клеточныхстенок. Моносахаридные остаткиприсутствуют в основном гликополимеребактериальной клеточной стенки – пептидогликане, атакже в уникальных соединениях,характерных только для клеточных стенокграмположительных бактерий – тейхоевых кислотахи сахар-1-фосфатных полимерах, мономерныезвенья которых объединены фосфодиэфирнымисвязями.

Исследование структуртейхоевых кислот и гликополимеровклеточных стенок важно как вфундаментальном, так и научно-прикладномаспектах. Выявление и описание новыхструктур представляет интерес в связи соценкой разнообразия биополимеров,пониманием их функций в микробной клетке ипутей их биосинтеза, а такжераспространения у различныхмикроорганизмов в связи с вопросамиэволюции. Исследование структурповерхностных полимеров способствуеттакже пониманию механизмов взаимодействиябактерий внутри микробного сообщества и свнешней средой, в том числе с высшимиорганизмами. Весьма актуальныисследования этих биополимеровмикроорганизмов в медицинском аспекте. Ихуглеводная составляющая отвечает забиологическое распознавание поступающихизвне веществ (например, лекарств), а такжеопределяет самые разнообразные процессыклеточного узнавания, в том числе, имеющихключевое значение при развитии многихзаболеваний человека и животных, включаябактериальные и вирусные инфекции, рак,воспаления и др. (Дмитриева и др., 2007;Нифантьев, 2008; Weidenmaier and Peschel, 2008). Одним изнаправлений исследований тейхоевых кислоти гликополимеров клеточных стенокбактерий, получившим развитие в последниегоды, является так называемое“хемотаксономическое” – изучениераспространения и структур полимеров всвязи с фундаментальными задачамиразвития естественной системымикроорганизмов и решения практичесихзадач идентификации.

К началу нашихисследований среди вышеупомянутыхполимеров наиболее изученными былитейхоевые кислоты. С момента их открытия улактобацилл в 50-е годы ХХ века влаборатории профессора Джеймса Бэддили(Baddiley and Matias, 1954; Baddiley et al., 1956) проводилисьработы, связанные с изучением структурногоразнообразия, путей биосинтеза и функцийтейхоевых кислот у бактерий. Эти работы восновном были выполнены на представителяхродов Bacillus*,Lactobacillus иStaphylococcus (Baddiley etal., 1962 a,b; 1972; Karamata et al., 1972; 1987; Archibald, 1974; Doyle etal., 1975; Hancock and Baddiley, 1976; Rodgers and Taylor, 1978; Yokoyama etal., 1987; Maul et al.,1989 и др.). Было также обнаружено, чтоорганизмы разных видов содержат различныепо структуре тейхоевые кислоты, (Baddiley et al.,1961; Davison and Baddiley, 1964; Archibald et al., 1968;Baird-Parker, 1970), ибыла высказанаидея о возможности использования данныхполимеров в таксономических целях (Fiedler etal., 1981; Schleifer and Stackebrandt, 1983).

________________________

*- латинскиенаименования родов, видов и подвидов, атакже наименования таксонов болеевысокого порядка (семейство, порядок, класси т.д.) приведены согласно правилам журнала«Микробиология», 2008, Т. 77, № 4, стр. 574

Огромный вклад визучение разнообразия структур ираспространения тейхоевых кислот упредставителей различных таксонов порядкаActinomycetalesвнесли приоритетные работы Заслуженногодеятеля науки Российской Федерации,профессора Ирины Борисовны Наумовой ссотрудниками (Наумова, 1964; 1973; 1979; Евтушенкои др., 1984; Наумова и Шашков, 1997; Naumova et al., 1980;Naumova, 1988; Naumova et al., 2001), ведущиеся в течениемногих лет на кафедре микробиологиибиологического факультета МГУ всотрудничестве со специалистами Институтаорганической химии им. Н.Д.Зелинского РАН иИнститута биохимии и физиологии им. Г.К.Скрябина РАН (отдел «Всероссийскаяколлекция микроорганизмов»).

Представители порядкаActinomycetales (актиномицеты) выделяются среди других прокариотразмерами (до 9 млн. п.о.) и организациейгенома, особенностями фенотипа, в т.ч.,разнообразием морфологии и химическихкомпонентов клетки и клеточной стенки.Актиномицеты также превосходят другиеизвестные группы бактерий по способностисинтезировать биологически активныесоединения. Они являются продуцентами свыше половины изболее 10000 антибиотиков и других соединений,известных к настоящему времени (Грачева, 2003; Goodfellow et al., 1988; Anderson andWellington, 2001; Watve et al., 2001). Все вышесказанноеспособствовало повышенному интересу кэтой группе микроорганизмов со стороныразличных специалистов, прежде всегобиотехнологов, микробиологов-систематикови молекулярных биологов, что, в своюочередь, определило более успешноеразвитие системы актинобактерий посравнению с другими группами пркариот.

Созданиефилогенетической схемы прокариот, иактинобактерий в частности, сталовозможным благодаря внедрению вмикробиологию молекулярно-генетическихметодов и определению нуклеотидныхпоследовательностей генов 16S рРНК.Филогенетические древа, однако, не могутбыть использованы непосредственно дляпостроения иерархической системы(Калакуцкий, 2006; Stackebrandt andSwings, 2005).Выделение новых и ревизия ранее описанныхтаксонов осуществляется с учетомразносторонних согласующихся данныхфилогенетического и фенотипическогохарактера (принцип полифазной таксономии).Информация о фенотипе особенно важна дляобоснования выделения новых таксоновродового и видового уровней и уточненияграниц между таксонами.

Изучениехемотаксономических признаков (типклеточной стенки, тип пептидогликана,состав менахинонов, жирных кислотфосфолипидов) сыграло ключевую роль вразвитии системы классификацииактиномицетов в «домолекулярную эру».Отличия организмов по хемотаксономическимпризнакам зачастую являются определяющимипри обосновании выделения нового рода иливида актиномицетов и в настоящее время.Вместе с тем, многие полимеры и крупныемолекулы клетки не изучены или слабоисследованы в таксономическом аспекте. Вэтой связи актуальны работы, направленныена поиск и оценку таксономическойзначимости новых биомолекул и ихструктурных компонентов – особенно в связи свыделением из природной среды массивовновых микроорганизмов, обособляющихся отизветсных таксонов на уровне генотипа, нонеотличимых от них по традиционноиспользуемым в систематике актиномицетовфенотипическим, в т.ч.,хемотаксономическим, признакам.

К настоящему моментуопределены структуры тейхоевых кислот ипоказана возможность использования этихполимеров и их структурных компонентов вкачестве хемотаксономических маркероввидов ряда родов актиномицетов, например,Agromyces(Гнилозуб, 1994), Actinomadura,Nonomurea, Brevibacterium (Потехина, 2005).Эти и другие работы продемонстрировалитакже огромное структурное разнообразиетейхоевых кислот и гликополимеров в этой группебактерий и перспективность дальнейшихисследований в данном направлении.

Цель и задачиисследования.

Цель настоящегоисследования – изучение распространения иразнообразия тейхоевых кислот игликополимеров клеточных стенок упредставителей порядка Actinomycetales и оценкакоррелятивных связей между наличием иструктурой вышеназванных полимеров, содной стороны, и таксономическимположением и свойствами организмов, сдругой.

Среди основных задач исследования можно выделить следующие:

1. Изучение распространениятейхоевых кислот и других гликополимеров упредставителей различных родовактиномицетов, относящихся к 12-тисемействам, 9-ти подпорядкам порядка Actinomycetales (более 100штаммов).

2. Установление структуртейхоевых кислот и других гликополимеровклеточных стенок исследуемыхактиномицетов – представителей некоторых видовродов Nocardiopsis (29штаммов); Glycomyces (4 штамма); Nocardioides (15 штаммов);Streptomyces (14штаммов), а также Kineosporiaaurantiaca.

3. Анализполученных результатов иимеющихся в литературе сведений и оценка возможности использованиявышеназванных полимеров и ихструктурных компонентов в качествехимических маркеров таксонов.

4. Выяснение взаимосвязи междуструктурой тейхоевых кислот игликополимеров клеточных стенокстрептомицетов-возбудителей паршиобыкновенной картофеля и корнеплодов и ихпатогенностью.

Научная новизнаработы.

Впервые изученораспространение тейхоевых кислот и другихгликополимеров в клеточных стенках, атакже моносахаридный состав последних уболее 100 штаммов, представителей различныхродов актиномицетов, относящихся к 12-тисемействам 9-ти подпорядкам порядка Actinomycetales. Впервыенайдены тейхоевые кислоты и другиегликополимеры клеточных стенок иустановлены структуры полимеров у 63 (из 100)штаммов актиномицетов, относящихся к 28видам, 5-ти родам 5-ти семейств 5-типодпорядков порядка Actinomycetales. Обнаружено иописано 15 новых структур упомянутыхбиополимеров, среди них 11 тейхоевых кислот,2 кислых полисахарида – полимер и олигомерKdn (3-дезокси-D-глицеро-D-галакто-нон-2-улопиранозоновая кислота),тейхуроновая кислота и нейтральныйполисахарид. Впервые показанаспецифичность состава и строениятейхоевых кислот для видов родов Nocardiopsis, Nocardioides, Glycomyces и Streptomyces, что имеет важное значение дляусовершенствования системы классификацииисследованных групп бактерий. Предложенновый перспективный подход к ревизиитаксономической структуры наиболеемногочисленного по видовому составу родаStreptomyces, аименно, использование признака “набор иструктура тейхоевых кислот и другихгликополимеров клеточной стенки” каккритерия границ близких видов. Всоответствии с отличиями по составутейхоевых кислот клеточной стенки и сдругими фенотипическими признаками, атакже с обособленностью нафилогенетическом уровне (анализ 16S рРНК),предложен новый вид Nocardioidesprauseri sp. nov. и переописаны видыNocardioides luteus иNocardioides albus. Впервые показано, что клеточныестенки стрептомицетов, вызывающих паршуобыкновенную у картофеля и корнеплодов,содержат в клеточных стенках более двуханионных полимеров различных по структуре,среди которых – полимер/олигомер Kdn. Эти полимеры,наряду с фитотоксином такстомином игидролитическими ферментами, по всейвероятности, могут считаться факторамипатогенности, обусловливая специфическуюадгезию фитопатогена к растению-хозяину напервых этапах развития инфекции. Выявленряд новых фитопатогенных актиномицетоврода Streptomyces,филогенетически и фенотипически отличныхот ранее известных возбудителей паршиобыкновенной картофеля икорнеплодов.

Практическое значениеработы.

Полученные в результатепроведенных исследований данные охимическом составе и структурныхособенностях тейхоевых кислот и другихгликополимеров клеточных стенокфитопатогенных стрептомицетов могутслужить основой для будущих исследованиймолекулярных механизмов взаимодействияфитопатогенов и растения-хозяина иразработки новых методов борьбы свозбудителями заболеваний растений.Полученные данные могут быть использованыдля создания более совершенной системыидентификации фитопатогенов. На большомфактическом материале убедительнопоказано, что признак «наличие/отсутствиетейхоевых кислот и других гликополимеровклеточной стенки», а также таксономическаяспецифичность ряда структурныхкомпонентов, выявляемых методамихроматографии, могут быть успешноприменены в повседневноймикробиологической практике приидентификации микроорганизмовисследованных групп и решении вопроса ограницах таксонов. Подкомитетом посистематике подпорядка MicrococcineaeМеждународного комитета по систематикепрокариот рекомендовано определятьвышеназванные характеристики при описанииновых родов и видов соответствующих группактинобактерий (Shumann et al., 2009).

Значительно пополненыбазы данных спектров ЯМР тейхоевых кислоти других гликополимеров бактериальныхклеточных стенок, что внесло определённыйвклад в гликологию, химическуюмикробиологию и может быть использованопри анализе структур близких полимеров вбиохимической практике.

Полученные данные оструктуре, разнообразии и распространениитейхоевых кислот и других гликополимеров вклеточных стенках представителей порядкаActinomycetalesвостребованы и цитируются в ведущихсовременных обзорах и монографиях (Lazarevic etal., 2002; Seltmann and Holst, 2002; Neuhaus and Baddiley, 2003; Weidenmaierand Peschel, 2008) и авторитетном международномруководстве по микробиологии – “The Procaryotes” (Kroppenstedtand Evtushenko, 2006). Кроме того, эти данные могутбыть включены в курсы по биохимии имикробиологии на биологическихфакультетах высших учебныхзаведений.

Основные защищаемыеположения диссертации.

тейхоевые кислоты и гликополимеры широкораспространены в клеточных стенкахпредставителей прядка Actinomycetales, однакодоминируют тейхоевые кислоты;

тейхоевые кислоты и гликополимерыклеточных стенок представителей порядкаActinomycetalesпроявляют чрезвычайно широкое структурноеразнообразие;

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 12 |






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