Ауторегуляция стрессового ответа микроорганизмов

• Автор: Николаев, Юрий Александрович
• Шифр специальности: 03.02.03
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 352 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1. Определения - типы стрессов и стрессоры

1.1 Признаки стресса у микроорганизмов

1.2 Типы стрессоров (по способам поражения клетки)

2. Типы ответов микроорганизмов на стрессорные воздействия

3. Механизмы и уровни адаптации

ЗЛ. Химический уровень

3.2. Молекулярно-биологический и биохимический уровень

3.2.1. Роль rpoS-регулоиа в защите клеток от стрессоров разной природы

3.2.2. Роль белков теплового шока в защите от стрессоров разной природы
3.2.3. Изменения на биохимическом уровне
3.3. Клеточный уровень
3.3.1. Образование покоящихся форм как экстремальный ответ на
стрессорные воздействия
3.3.2. Персистеры
3.4. Популяционный уровень
3.4.1. Явление диссоциации
3.4.2. Биоплёнки
3.5. Фазы и продолжительность адаптации
4. Адаптации микроорганизмов к конкретным стрессорам
4.1. Окислительный стресс
4.2. Тепловой стресс (гипертермия)
4.3. Холодовой стресс
4.4. Стресс голодания (истощения питательных веществ)
4.5. Осмотический стресс и повышенная солёность
4.6. Воздействие нескольких стрессоров
5. Коммуникация и стресс
5.1. Феноменология и значение коммуникации
5.2. Механический способ передачи информации
5.3. Физический способ передачи информации
5.4. Химический способ передачи информации (химическая коммуникация)
5.4.1. Ауторегуляторы развития миксобактерий
5.4.2. Ауторегуляторы цитодифференцировки и синтеза вторичных метаболитов стрептомицетов
5.4.3. Плотностные регуляторы
5.4.4. Двухкомпонеитные сигнальные системы
5.4.5. Ауторегуляция стационарных регулонов грамположительных бактерий
5.4.6. Ауторегуляторные факторы dj и d2 роста и клеточной
дифференцировки микроорганизмов
5.4.7. Ауторегуляторы адаптации к неблагоприятным условиям роста
Заключение по обзору литературы
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Объекты и методы исследования
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
1. Роль внеклеточных ауторегуляторов в адаптации микроорганизмов к стрессам
новой среды, неоптимальным параметрам роста и шоковым воздействиям
1Л. Адаптогены к стрессам, замедляющим рост бактерий
1.2. Адаптогены к стрессам бактерицидной интенсивности
1.3. Адаптогены к стрессу новой среды
1.4. Распространенность внеклеточных адаптогенов у разных микроорганизмов
1.4.1 .Перекрёстное действие внеклеточных адаптогенов у В. subtilis, E.coliuC. utilis
1.4.2. Внеклеточные факторы адаптации P. fluorescens
1.4.3. Взаимодействие бактерий и зелёных одноклеточных водорослей
1.5. Обсуждение результатов
2. Ауторегуляция бактериальной адгезии
2.1. Регуляция обратимой адгезии клеток Pseudomonas fluorescens
2.1.1. Феноменологш ауторегуляции обратимой адгезии
2.1.2. Различия в адгезии клеток R- и S-вариантов
2.1.3. Внеклеточная протеаза P.fluorescens как регулятор обратимой
адгезии клеток
2.1.4. Регуляция адгезии клеток P.fluorescens летучими соединениями
2.1.5. Регуляция адгезии Р.fluorescens антиадгезинами - углеводородами
2.1.5.1. Идентификация антиадгезинов -углеводородов P. fluorescens
2.1.5.2. Динамика образования антиадгезинов-углеводородов
2.1.5.3. Действие антиадгезина P.fluorescens и индивидуальных
углеводородов
2.2. Регуляция обратимой адгезии клеток Bacillus licheniformis
2.2.1. Влияние физико-химических факторов окружающей среды
на периодический рост и адгезию клеток В. licheniformis
2.2.2. Влияние источника углерода, голодания и антибиотиков на адгезию
клеток В. licheniformis
2.2.3. Роль обратимой адгезии в защите клеток В. licheniformis
от летальных воздействий
2.2.4. Идентификация антиадгезинов бацилл
2.3. Обсуждение результатов
3. Эффективность и механизмы защитного действия алкилоксибензолов
как внеклеточных адаптогенов
3.1. Влияние стресса на динамику накопления АОБ в культуре M.luteus
3.2. Защита микроорганизмов алкилоксибензолами в стрессовых условиях
3.2.1. Защита бактерий М. luteus от термошока
3.2.2. Защита дрожжей S. cerevisiae от у-облучения
3.2.3. Защита дрожжей S. cerevisiae от синглетного кислорода
3.2.4. Загцита дрожжей S. cerevisiae от теплового шока
3.2.5. Защита дрожжей S. cerevisiae от перекиси водорода
3.2.6. Защита дрожжей S. cerevisiae от осмотического стресса
3.2.7. Адаптация псевдомонад к экстремальным pH и повышенной
солёности среды
3.3. Механизмы действия АОБ как адаптогенов
3.3.1. Функционирование алкилоксибензолов в качестве структурных модификаторов и стабилизаторов белков
3.3.1.1. Влияние АОБ на активность ферментов

3.3.1.2. Влияние АОБ на операционную и функциональную стабильность
ферментов
3.3.1.3. Изменение кинетических характеристик ферментов под влиянием АОБ
3.3.2. Изменение физико-химических свойств белков, модифицированных алкилоксибензолами
3.3.3. Молекулярные механизмы действия алкилоксибензолов на белки
3.3.4. Функционирование алкилоксибензолов как антиоксидантов
3.3.5. Роль алкилоксибензолов в контроле экспрессии стрессовых генов
3.3.6. Регуляция фенотипической диссоциации алкилоксибензолами
3.4. Обсуждение результатов
4. Практическая значимость полученных результатов
4.1. Использование АОБ для улучшения технологических свойств практически важных ферментов, микроорганизмов и растений
4.1.1. Модуляция свойств ферментных препаратов
4.1.2. Применение АОБ-содержащих препаратов для регуляции развития микроорганизмов
4.1.3. Применение АОБ-содержащих препаратов в растениеводстве
4.2. Новые препараты на основе АОБ
4.3. Новые знания о механизмах адаптации микроорганизмов
4.4. Использование результатов как теоретической основы новых технологий
4.5. Ожидаемые экономический и социальный эффекты
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Приложения
3.4. Популяционный уровень
Под популяционным уровнем адаптации понимают события, происходящие с совокупностями клеток - их популяцями, как моновидовыми, так и включающими несколько видов, т.е. сообществами. Суть защищаемой диссертации оформилась при исследовании именно этого уровня адаптации и состоит в выявлении «языка» общения микроорганизмов, который используется при их коллективной защите. В настоящем разделе рассмотрим феноменологию основных типов популяционного уровня защиты - фенотипическую диссоциацию, биоплёнки, апоптоз. Биохимический аспект коллективной защиты мы рассматриваем как механизм, обеспечивающий этот уровень адаптации.
3.4.1. Явление диссоциации
Популяционная диссоциация или вариабельность микроорганизмов проявляется в расщеплении генетически однородной популяции на варианты (клоны, серотипы, субпопуляции и др.), различающиеся физиолого-биохимическими и морфологическими свойствами и различным образом адаптированные к условиям окружающей среды. Популяционная вариабельность сопряжена с переходом клеток в состояние покоя, что реализуется как образование покоящихся форм, предназначенных для переживания неблагоприятных для роста условий окружающей среды и являющихся эволюционно выработанным и закрепленным механизмом сохранения вида (рассмотрено выше). При прорастании покоящихся клеток диссоциативный спектр выросшей популяции изменяется [Дорошенко с соавт., 2001].
При изменениях условий роста микроорганизмов один и тот же геном выражается в не-идентичных фенотипах, реализуя признаки, которые наилучшим образом приспосабливают клетки к внешним факторам. Эти модификации обратимы. Таким образом, наследуется не множественность признаков, а потенциальная способность к развитию конкретного признака, соответствующего данным условиям внешней среды [Алиханян, 1968]. Эта особенность микроорганизмов отнесена к фенотипической изменчивости. У ряда авторов фенотипическая изменчивость вида и родственные явления объединены понятием "метастабильность фенотипа" [Головлев, 1998]. Явление популяционной изменчивости широко описано для различных патогенных и непатогенных микроорганизмов: бактерий кишечной группы [Милько, Егоров, 1991], псевдомонад [Максимов с соавт., 1999; Broek, 2005; Purevdorj-Gage, 2005; Martxnez-Granero, 2005], актиномицетов [Кузнецов, 1974; Leblond, 1989], бацилл [Ануфриев, 1979; Feucht, 2005], миксобактерий [Laue & Gill, 1995] и др. Сходные феномены известны также для дрожжей и простейших [Mobile DNA, 1989]. Принципиальным отличием фенотипической изменчивости от спонтанных мутаций является их постоянный характер, высокая