Антибиотическое действие лишайников

Вторичные метаболиты неравномерно распределены в слоевище лишайника. Некоторые лишайниковые вещества, например, красные и оранжевые антрахиноны  и их производные, а также усниновая кислота, содержатся в верхнем коровом слое. Бесцветные депсиды и депсидоны откладываются в сердцевине лишайникового слоевища. Изучение локализации метаболитов иногда является трудной задачей. В настоящее время для ее решения применяются методы сканирующей электронной микроскопии (SEM) и лазерной микрозондовой масс-спектрометрии (LMMS). Например, с помощью SEM удалось установить, что кристаллы на поверхности корового слоя Lecanora cerebellina имеют двойственную структуру. Люминесцирующие хлорсодержащие кристаллы с помощью метода энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (EDX) были определены как ксантон винеторин. Анализ не люминесцирующих кристаллов показал высокое содержание в них кальция. Экспериментально было установлено, что эти образования являются оксалатами кальция. Рентгеновская дифрактометрия (XRD) кристаллов с поверхности Pyxine caesiopruinosa показала, что это дигидраты оксалата кальция, а не вторичный метаболит лихексантон, известный для этого вида лишайника [618]. Разные лишайниковые вещества могут содержаться в различных участках слоевища. Методами LMMS и трансмиссионной электронной микроскопии (TEM) было установлено, что лихексантон и руссулон (тетрациклический антрахинон) локализованы в разных участках плодового тела Lecidea russula Ach. [618, C. Culberson and Elix 1989].

Вторичные метаболиты, локализованные в верхнем коровом слое лишайников, особенно произрастающих в местах с высокой инсоляцией, выполняют светопоглощающую функцию. Считается, что именно регулирование интенсивности светового потока, достигающего водорослевой зоны, являлось первичной функцией многих лишайниковых веществ. Дополнительной функцией вторичных метаболитов коры является защита таллома от чрезмерного ультрафиолетового излучения [Solhaug and Gauslaa 1996; Rancan et al. 2002; Rubio et al. 2002]. Интересными являются результаты исследования вторичных метаболитов Lecanora somervellii. Образцы этого вида, произрастающие в высокогорьях Гималаев, содержали в коровом слое 2 светозащитных вещества – калицин (производное пульвиновой кислоты) и усниновую кислоту (поликетид). В более низких высотах этот вид содержал только один метаболит – усниновую кислоту [Obermayer and Poelt 1992]. К типичным веществам, содержащимся в коровом слое лишайников, относятся β-орцинол пара-депсиды атранорин и хлоратранорин, усниновая кислота, антрахиноны, ксантоны и производные пульвиновой кислоты.

Вторичные метаболиты корового слоя ранее недооценивались лихенологами с точки зрения их применимости в филогенетических исследованиях. Было известно небольшое число лишайниковых веществ, общих для видов, входящих в высшие таксоны, например, вульпиновая кислота, характерная для видов рода Letharia, или антрахиноны, включая париетин, содержащиеся в коре представителей семейства Teloschistaceae. Однако учитывая высокую физиологическую важность этих веществ, кажется вероятным, что их формирование имело большое эволюционное значение. В настоящее время вторичные метаболиты коры начинают использоваться в систематике лишайников, в частности, при разграничении родов крупного семейства Parmeliaceae [Elix 1993].

В отличие от корового слоя, вторичные метаболиты сердцевины широко используются при идентификации видов лишайников. Возможность использования вторичных метаболитов для определения лишайников подтверждается постоянным химическим составом представителей большинства видов вне зависимости от их географического распространения и субстратной приуроченности. В пределах комплекса морфологически схожих видов выделяют, как правило, три типа химических вариаций: отличия основных веществ, отличия хемосиндромов и отличия сопутствующих метаболитов.

Если популяции морфологически идентичны, но имеют строгие отличия  химического состава вследствие замены одних метаболитов на другие, их считают отличающимися по содержанию основного вещества. Классическим примером является вид Pseudevernia furfuracea, имеющий три химические расы. Популяции первого типа содержат оливеторовую кислоту и распространены в Северной Европе. Популяции второго типа содержат физодовую кислоту и произрастают в Южной Европе и северной части Африки. Популяции третьей химической расы содержат леканоровую кислоту и произрастают в Северной Америке. Популяции первых двух рас биогенетически связаны, поскольку оливеторовая и физодовая кислоты могут быть получены одна из другой посредством простого химического превращения. Третья раса считается отдаленной, потому что леканоровая кислота биосинтетически не связана с предыдущими двумя веществами. На основании химической и географической разобщенности Североамериканские представители были выделены в самостоятельный вид Pseudevernia consocians. Представителей первых двух химических рас считают одним биологическим видом с двумя химическими вариациями [618, Dahl and Krog 1973; W Culberson et al 1977].

Хемосиндромами называют группы биосинтетически связанных метаболитов. Лишайники могут содержать определенное химическое вещество в качестве основного метаболита, а также небольшие количества других, близких по происхождению лишайниковых веществ в качестве дополнительных. В связи с этим, вещества, являющиеся основными у одних видов или популяций, могут быть дополнительными у других, и наоборот. Существование хемосиндромов сильно затрудняет определение промежуточных звеньев между разными химическими расами, поскольку необходимо учитывать не только сами метаболиты, но и их количественные показатели.

Кроме специфичных вторичных  метаболитов у лишайников имеются  также особые полисахариды клеточных  стенок, из которых наиболее часто  встречаются лихенан, изолихенан и галактоманнан. В отличие от лишайниковых веществ, эти полисахариды используются в основном для определения высших таксонов грибов и лишайников. Примером может служить описание четырех групп полисахаров, характерных для разных видов семейства Parmeliaceae: изолихенан, лихенан Xanthoparmelia-типа, лихенан Cetraria-типа и лихенан промежуточного типа [Common 1991]. На основании различий полисахаридного состава были, например, дифференцированы роды пармелиоидных лишайников светло-зеленого цвета. Было показано, что Psiloparmelia и Flavoparmelia содержат изолихенан, Arctoparmelia – лихенан Cetraria-типа, а Xanthoparmelia – лихенан Xanthoparmelia-типа [618, Common 1991].

1.8Характеристика  молочнокислых бактерий

Молочнокислые бактерии относятся  к семействам Lactobacillaceae и Streptococcaceae. Расположение в природе молочнокислых бактерий  определяется их сложными потребностями в питательных веществах и способом получения энергии. Они почти никогда не обнаруживаются в почве или водоемах. В естественных условиях они встречаются :

-в молоке, молочных продуктах,  в местах переработки молока(Lactobacillus bulgaricus,Lactobacillus lactis и другие лактобациллы;Streptococcus lactis);

-на поверхности растений  как эпифитная микрофлора и  на разлагающихся растительных  остатках(Lactobacillus plantarum,Lactobacillus brevis,Leuconostoc menenteroides);

-в кишечнике и на  слизистых оболочках человека  и животных как представители  нормальной микрофдоры(Lactobacillus acidophilus,Bifidobacterium bifidum,Streptococcus bovis и другие ) .

В связи с тем, что молочнокислые  бактерии используются для приготовления  пищевых продуктов и выступают  как возбудители болезней человека и животных, они представляют собой  группу большого экономического значения. Это морфологически гетерогенная группа бактерий ,она включает палочковидные и сферические организмы, длиной от 0,7-1,1 до 3,0-8,0 мкм, расположенных единично или собранных в цепочки. Все молочнокислые бактерии грамположительны, не образуют эндоспор(за исключением Sporolactobacillus inilinus),капсул,и в подавляющем большинстве неподвижны. Форма и длина клеток у различных культур одних и тех же видов молочнокислых бактерий часто зависит от состава среды, присутствия кислорода и способа культивирования.Это факультативные анаэробы,использующие в качестве источника энергии углеводы и образующие в качестве основного продукта брожения молочную кислоту(по этому признаку их объединяют в отдельную обширную группу микроорганизмов).У всех молочнокислых бактерий обнаруживаются сложные потребности в факторах роста: витаминах группы В, аминокислотах, пуринах и пиримидинах. Отличительная физиологическая особенность молочнокислых бактерий – их высокая устойчивость к молочной кислоте, что является следствием характерного для них энергетического метаболизма. Способность молочнокислых бактерий образовывать и переносить довольно высокие концентрации молочной кислоты имеет важное селективное значение, так как такое свойство дает им возможность успешно конкурировать с большинством других  бактерий в средах, богатых питательными веществами. Молочнокислые бактерии обычно способны только к брожению. В зависимости от того, какие молочнокислые бактерии вызывают брожение и какие при этом образуются продукты, они бывает двух типов типичными, или гомоферментативными, и нетипичными, или гетероферментативными. К числу наиболее часто встречающихся типичных гомоферментативных молочнокислых бактерий относится молочный стрептококк (Streptococcus lactis). В молодых культурах он представляет собой типичный стрептококк, образующий цепочки различной длины из овальных клеток диаметром 0,5– 1,0 мкм. В старых культурах после свертывания молока преобладают сочетания в виде диплококков. Встречается он и в виде коротких бесспоровых палочек, окрашивающихся положительно по Граму. Колонии молочного стрептококка на поверхности твердой питательной среды мелкие, выпуклые, слегка беловатые, напоминающие капли воды или жира. У Streptococcus cremoris клетки расположены более длинными цепочками.

Lactobacillus bulgaricus – крупная палочка длиной 4–5 мкм, неподвижная, грамположительная, располагается в виде отдельных клеток и коротких цепочек, оптимальная температура ее развития 40–45 ºС.   Lactobacillus acidophillus– по морфологии близка к болгарской, но имеет другой температурный оптимум развития – 37 ºС; используется для приготовления ацидофилина.

Также весьма важным представителем палочковидных форм типичных молочнокислых  бактерий является болгарская палочка  Lactobacterium bulgaricum. Это бесспоровая, неподвижная длинная палочка, иногда соединяющаяся парами или в короткие цепочки. На твердой питательной среде дает характерные колонии, напоминающие пучки ваты. Болгарская палочка широко распространена в природе и является типичным возбудителем естественного скисания молока. Чистая культура этой бактерии применяется при приготовлении мечниковской простокваши (лактобациллина). Близкая к ней про морфологическим признакам, но развивающаяся при повышенных температурах (около 40 ºС) ацидофильная палочка (Lactobacterium acidophilum) используется при изготовлении ацидофильной простокваши (ацидофилина).

К группе гомоферментативных молочнокислых бактерий относятся также виды, обитающие на растительных субстратах (свекла, капуста, огурцы, силосная масса). Из них большой практический интерес представляет Lactobacterium delbruckii – длинная бесспоровая палочка, растущая при повышенной температуре и применяющаяся для промышленного получения молочной кислоты. Широко распространены в природе Bacterium cucumeris fermentatis – маленькая палочка, встречающаяся в огуречном и капустном рассоле, а также близкая к ней Lactobacterium plantarum. Эти бактерии находят широкое практическое применение при квашении капусты, огурцов.

Представителями гетероферментативных молочнокислых бактерий являются вариабельные по форме бифидобактерии из рода Bifidobacterium (B. bifidum)  и кокковые из рода  Leuconostoc (L. mesenteroides), Lactobacillus brevis, Bacterium coli и другие. Некоторые гетероферментативные молочнокислые бактерии (например, Lactobacterium pentoaceticum) могут сбраживать пентозы с образованием молочной и уксусной кислот, что имеет место при силосовании кормов. Накапливающиеся при этом кислоты предохраняют силос от порчи.

На поверхности прокисшего молока, капусты, кваса, силоса довольно часто развивается молочная плесень  Oidium lactis, вызывающая порчу молочных и квашеных продуктов и силоса. Этот организм близко примыкает к дрожжам, но некоторыми исследователями относится к несовершенным грибам. Его вегетативное тело представлено белым многоклеточным мицелием, который распадается на отдельные клетки, так называемые оидии, то овальной, то продолговатой формы, служащие для размножения.

Молочнокислые бактерии имеют  огромное практическое значение, так  как вызываемый ими процесс молочнокислого брожения лежит в основе переработки  молочных продуктов, квашения овощей, силосования кормов. Молочнокислые  бактерии либо продукты их метаболиизма активно используют в мясной, рыбной, спиртовой, кожевенной промышленности, медицине и т.д.

1.9 Характеристика  сенной палочки

Сенная палочка (Bacillus subtilis), спороносная бактерия семейства Bacillaceae. Первоначально были описаны в 1835 Эренбергом как Vibrio subtilis, в 1872 были переименованы Коном в Bacillus subtilis. Название «сенная палочка» вид получил из-за того, что накопительные культуры этого микроорганизма получают из сенного экстракта.  Широко распространена в природе (в почве, на растительном сырье, в воздушной пыли, на поверхности пищевых продуктов и т. п.). Палочковидные вегетативные клетки  (длина 2—3 мкм, толщина 0,4 мкм) грамположительны, размножаются делением, имеют на всей поверхности жгутики. Споры овальной формы, расположены в центре клетки. Перитрихиальное расположение жгутиков, подвижная . Колонии сухие, мелкоморщинистые, бархатистые, бесцветные или розовые. Край колонии волнистый. Растёт на МПА, МПБ, а также на средах, содержащих растительные остатки, простых синтетических питательных средах для гетеротрофов. Хемоорганогетеротроф, аммонифицирует белки, расщепляет крахмал, гликоген. Согласно Российским СанПиН, условно патогенна для человека. По данным из Большой советской энциклопедии (2001 года), не патогенна. По данным из зарубежных источников, также не патогенна.

Изучено биологическое разнообразие штаммов Bacillus subtilis на уровне генома, гены, отвечающие за синтез антибиотиков, синтез клеточной стенки, споруляции, и прорастания спор являются высоковариабельными.  Для выделения культуры сенной палочки настой сена подвергают кипячению, в процессе которого другие  микробы погибают, а устойчивые к высокой температуре споры сенной палочки остаются живыми и в дальнейшем прорастают. Сенная палочка— строгий аэроб; на поверхности жидких питательных сред образует тонкую беловатую плёнку, на поверхности плотных — круглые, сероватые, гладкие, блестящие колонии. Сенная палочка  относится к обычным сапрофитам, разлагающим органические вещества (углеводы, белки); нередко является причиной порчи пищевых продуктов. B. subtilis является важным продуцентом протеаз, амилаз, аминокислот и некоторых полисахаридов. В частности, протеаза используется как компонент моющих средств и для удаления жира и белков при выделке шкур. Также является продуцентом полипептидных антибиотиков. Ввиду наличия антагонистических свойств против фитопатогенов используется в биозащите растений.