Альгиновые кислоты впервые были выделены более 100 лет назад из нескольких бурых водорослей. Способностью продуцировать альгиновые кислоты наделены также некоторые бактерии, главным образом представители родов Azotobacter spp. и Pseudomonas spp. Альгиновые кислоты являются полиуронидами, т.е. полисахаридами, молекулы которых построены из остатков уроновых кислот. В составе альгиновых кислот были найдены D-маннуроновая и L-гулуроновая кислоты. Бактериальные альгиновые кислоты отличаются от водорослевых тем, что часть их гидроксильных групп обычно ацетилирована. Альгинатам свойственна такая способность, как гелеобразование. Альгиновые кислоты образуют с одновалентными катионами щелочных металлов растворимые в воде соли, но при подкислении выпадают в осадок. Альгинаты многих двухвалентных катионов металлов, особенно Ca2+, Sr2+ и Ba2+, не растворимы в воде. На этом свойстве основано промышленное выделение альгиновых кислот из водорослей [4].
В промышленности для выделения альгинатов из водорослей применяется метод Грина, суть которого заключается в использовании 10 %-го раствора CaCl2. Раствор хлорида кальция указанной концентрации реагирует с альгиновой кислотой с образованием альгината кальция, формирующий не растворимый в воде хлопьевидный осадок [1].
Бактерии Pseudomonas aeruginosa в составе экзополимерного матрикса биопленки содержат альгинаты [7].
Биопленка – это сообщество микроорганизмов, которые прикреплены к поверхности какого-либо субстрата или друг к другу, заключенные в экзополимерный матрикс, синтезированный ими внеклеточными полимерными веществами, имеют измененный фенотип, проявляющийся другими параметрами роста и экспрессией специфичных генов [8]. Формирование сообщества микроорганизмов в виде биопленки завершается образованием экзополимерного матрикса – продукта жизнедеятельности бактериальных клеток, основного структурного компонента биопленки, покрывающего ее поверхность и обеспечивающего защиту от неблагоприятных воздействий. Экзополисахариды составляют значительную часть экзополимерного матрикса – 85 % массы биопленки. Таким образом, микроорганизмы в биопленке заключены в экзополимерный матрикс, свойства которого определяют взаимоотношения внутриклеточного сообщества и внешней среды [6].
Экспериментальные работы, проведенные нами, показывают, что бактерии Pseudomonas aeruginosa способны расти на жидкой синтетической среде с сукцинатом натрия в виде биопленочной формы с образованием альгинатов [2, 3, 5].
Целью данной работы являлось исследование реакции хлорида кальция с экзополимерным альгинатным матриксом, образованным штаммами Pseudomonas aeruginosa.
В ходе проведения эксперимента нами было использовано 38 штаммов Pseudomonas aeruginosa, из них 4 референс-штамма (№ 453; 381; 1677; 128) полученных из музея кафедры микробиологии, вирусологии, эпизоотологии и ВСЭ ФГБОУ ВПО «УГСХА им. П.А. Столыпина». В эксперименте использовалась жидкая синтетическая среда, содержащая набор минеральных солей, сукцинат натрия и L-аргинин. Также в эксперименте использовался ГРМ-бульон и 10 %
раствор CaCl2.
Экспериментальная часть
Исследуемые штаммы Pseudomonas aeruginosa вносили в пробирки с жидкой синтетической средой и в ГРМ-бульон. Параллельно ставили интактные пробирки с вышеуказанными средами в качестве контроля. Далее пробирки помещали в термостат и культивировали при 37 °C в течение 96 часов. Через каждые 24 часа в пробирки с 10 мл 10 %-го раствора CaCl2 вносили по 1 мл суспензии культуры штаммов Pseudomonas aeruginosa и проводили визуальную оценку наличия или отсутствия коллоидного осадка кальциевых солей альгиновых кислот. В пробирках, в которые добавляли 1 мл культуры из ГРМ-бульона, изменений в сравнении с контролем не наблюдали. В пробирках, в которые добавили 1 мл суспензии культуры из жидкой синтетической среды, наблюдали образование белого хлопьевидного коллоида, который медленно опускался на дно пробирки. При внесении 1 мл интактной стерильной жидкой синтетической среды в пробирки с 10 %-м раствором CaCl2 изменений не наблюдали.
Выводы
1. Образование белого хлопьевидного коллоида можно объяснить реакцией между альгиновой кислотой, выделяемой при культивировании биопленки Pseudomonas aeruginosa на жидкой синтетической среде с сукцинатом натрия, и 10 %-м раствором CaCl2, в результате которого образуются кальциевые соли альгиновых кислот, не растворимые в воде.
2. Отсутствие образования белого хлопьевидного коллоида при добавлении 1 мл суточной культуры из ГРМ-бульона в 10 %-й раствор CaCl2 можно объяснить тем, что в данной питательной среде клетки бактерий Pseudomonas aeruginosa находятся в планктонном состоянии и не образуют альгинатный экзополимерный матрикс и соответственно
биопленку.
Золотухин С.Н., д.б.н., профессор, ФГБОУ ВПО «Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия
им. П.А. Столыпина», г. Ульяновск;
Нафеев А.А., д.м.н., заведующий отделом особо опасных инфекций, природноочаговых инфекций и профилактики туберкулеза, ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Ульяновской области», г. Ульяновск.
Работа поступила в редакцию 19.12.2014.