Биологически активные вещества, продуцируемые актиномицетами

Лучистые грибки обладают очень ценным свойством — способностью образовывать весьма разнообразные вещества, многие из которых имеют большое практическое значение. В естественных местах обитания между микроорганизмами складываются различные взаимоотношения.

В природе широко распространено явление симбиоза и антибиоза.

Подавление жизнедеятельности одних микроорганизмов другими связано с выделением различных продуктов жизнедеятельности, в том числе специфических химических веществ — антибиотиков, обладающих способностью убивать окружающих микробов или препятствовать их росту.

Подробнее об антибиотиках, в том числе и о продуцируемых актиномицетами, будет рассказано в других главах книги. Актиномицеты могут продуцировать также вещества, угнетающие рост и развитие растений и полезной микрофлоры. К этим веществам относятся фитотоксины. Некоторые из них резко подавляют рост растений (смоченные ими семена не прорастают). Другие токсины действуют слабее, они только задерживают прорастание семян и рост проростков.

Некоторые токсины вызывают внешне слабо выраженное угнетение роста растений, которое, однако, отражается на биохимических процессах, протекающих в тканях. В таких растениях нарушается химический состав. Актиномицеты-ингибиторы живут в различных почвах, особенно часто их обнаруживают в подзолистых и красноземах. При большом скоплении токсинов происходит отравление почвы (утомление). На таких почвах развитие растений угнетается, урожай снижается.

Но если в такую почву внести препараты, содержащие актиномицеты-антагонисты, специально подобранные к микробам, которые образуют токсические вещества, то под действием таких актиномицетов происходит устранение микробов-токсинообразователей и почва становится менее токсичной для растений. Оздоровляющее действие они оказывают также на организм человека и животных при инфекционных заболеваниях. Между микробами положительного и отрицательного действия возникают сложные взаимоотношения, в результате которых создаются определенные микробные ценозы — сообщества.

Живое население почвы следует рассматривать как важный фактор плодородия почвы, от которого зависит урожайность растений. Представители лучистых грибков играют в этом процессе одну из ведущих ролей.

Лучистые грибки обладают способностью образовывать биологически активные вещества, которые стимулируют рост и развитие высших и низших организмов. Из культур актиномицетов были выделены такие вещества, как биотин, тиамин, рибофлавин, пантотеновая и никотиновая кислоты, каротиноидные пигменты, аминокислоты, ауксины и другие ростовые вещества. Часть образованных актиномицетами веществ утилизируется самими продуцентами, а избыток выделяется в среду обитания. Обогащение субстрата биологически активными веществами происходит и за счет распадающихся микробных клеток. Продуцирование лучистыми грибками тех или иных веществ зависит от возраста культуры, вида микроорганизмов и условий культивирования. В почве происходят непрерывные процессы синтеза и разрушения биологически активных веществ. Их количество в почве определяется интенсивностью деятельности микробов и скоростью разрушения или длительностью сохранения.

Биовещества микробного происхождения положительно влияют на растения, усиливая в них биологические процессы, увеличивая содержание белков, аминокислот, витаминов и ряда других соединений, повышающих качество урожая.

Активные вещества актиномицетного происхождения применяются в животноводстве, а также для защиты растений от вредоносных насекомых.

Для борьбы с непарным шелкопрядом очень эффективным оказался виоларин, выделенный из культур фиолетовых актиномицетов (Act. violaceus). На таблице 41 показано действие антибиотика на гусениц непарного шелкопряда.

Почти все культуры актиномицетов способны продуцировать витамины группы В. Так, Act. olivaceus образует антианемический витамин В19. Витамин В12 практически не встречается в растениях. Его получают из печени крупного рогатого скота и из микробов — пропионовокислых бактерий и актиномицетов. Актиномицеты хорошо растут, развиваются и образуют витамин В12 на питательной среде, в состав которой входит молочная сыворотка, янтарнокислый аммоний и мочевина.

Бродильной, текстильной, кожевенной и другим отраслям промышленности требуются химически чистые препараты ферментов. Для удовлетворения потребности народного хозяйства в ферментах весьма перспективно использование актиномицетов. Так, кератиназу, применяемую в кожевенной промышленности для удаления шерсти со шкур, получают из культур Act. fradiae. На рисунке 95 показано действие кератиназы на коровий волос.

Рис. 95. Действие фермента кератиназы, полученной из актнномицета, на волос: I — волос, не обработанный ферментом; 2 — волос, обработанный ферментом кератиназой.

При помощи некоторых культур актиномицетов были получены стероидные гормоны. В медицине гормоны широко применяются для лечения различных заболеваний. Стероидные гормоны до недавнего времени получали из желез внутренней секреции животных. Но для выработки, например, 1 кг кортизона нужно забить несколько тысяч голов крупного рогатого скота.

Некоторые растения, например паслен птичий, содержат химические вещества, из которых можно получить кортизон. Но выделить эти вещества из растений очень трудно, выход гормона низок.

Порядок микобактерии (MYCOBACTERIALES)

В этот порядок входят организмы с палочковидными грамположительными клетками. Для типичных форм свойственно хорошо выраженное ветвление. Ветвящиеся клетки на поздних стадиях развития культур превращаются в кокко-видные формы. В семейство Mycobacteriaceae входят следующие роды: микококки (Mycococcus), пропионово-кислые бактерии (Propionibacterium), микобактерии (Mycobacterium), лактобак-терии (Lactobacterium), псевдобактерии (Pseudobacterium) и близкие к ним артробактерии (Arthrobacter), целлюломонас (Cellulomonas), коринебактерии (Corynebacterium), бревибактерии (Brevibacterium) и другие микоформы.

Свойства микобактерии далее будут подробно рассмотрены на примере двух родов: Mycobacterium и Mycococcus.

Род микобактерии (MICOBACTERIUM)

Микобактерии давно служат объектом разносторонних исследований. После того как Р. Кох в 1882 г. открыл возбудителя туберкулезного заболевания, начались многочисленные поиски этих организмов в природе.

В связи с этим большое значение имеет получение стероидных гормонов путем трансформации стероидов с помощью микроорганизмов. Например, микробиологический метод получения кортизона состоит в том, что к углероду, находящемуся в 12-м положении, присоединяется атом кислорода. Ученые показали, что эту реакцию могут легко и быстро осуществлять актиномицеты.

Впервые превращение стероидов микроорганизмами наблюдал Т. А. Таусонв 1932 г. При помощи микроорганизмов были получены кор-тикостероиды: кортизон и гидрокортизон, а из них — преднизон и преднизолон.

Рис. 96. Клетки Mycobacterium lacticolum. var. aliphaticum. Увел. Х 40 000.

Приведенным перечнем веществ, продуцируемых лучистыми грибками, не исчерпываются их возможности как продуцентов биологически активных веществ. Так, актиномицеты способны образовывать из простых углеводородов сложные органические вещества: белки, жиры, углеводы и другие соединения.

Рис. 97. Общая картина микроскопических препаратов микобактерий. Односуточные культуры на синтетической агаризованной среде. Увел. X 600. (По Н. А. Красильникову.) 1 — Mycobact. hyalinum; 2 — Mycobact. rubrum; 3 — Mycobact. cyaneum; 4 — Mycobact. bifidum; 5 — Mycobact. citreum; 6 — Mycobact. filiforme.

Нет сомнений, что среди лучистых грибков есть и такие, которые могут продуцировать и более важные вещества, чем упомянутые выше. Выявить такие микроорганизмы и заставить их работать на пользу человека — задача микробиологов.

Кох предполагал, что, кроме туберкулезной палочки, в природе существуют другие близкие к ней бактерии. Это предположение вскоре подтвердили многочисленные авторы, которые находили организмы, внешне похожие на туберкулезные, на разных субстратах: сливочном масле, молоке, траве, в почве, воде и т. д.