Найпростіші в біотехнології

Найпростіші відносяться до числа нетрадиційних об'єктів біотехнології. Донедавна вони використовувалися лише як компонент активного мулу при біологічному очищенні стічних вод. У цей час вони привернули увагу дослідників як продуценти біологічно активних речовин.

У цій якості раціональніше використовувати вільноживучих найпростіших, які володіють різноманітними біосинтетичними можливостями й тому широко розповсюдженими в природі.

Особливу екологічну нішу займають найпростіші, що живуть у рубці жуйних тварин. Вони мають фермент целюлазу, яка сприяє розкладанню клітковини в шлунку жуйних. Найпростіші рубця можуть бути джерелом цього ферменту. Збудник південноамериканського трипаносомозу – Trypanosoma (Schizotrypanum cruzi) став першим продуцентом протипухлинного препарату круцину (СРСР) і його аналога – трипанози (Франція). Вивчаючи механізм дії цих препаратів, радянські вчені (Г.І. Роскін, Н.Г. Клюєва і їхні співробітники), а також їхні французькі колеги (Ж. Кудер, Ж. Мішель-Брен й ін.) прийшли до висновку, що ці препарати проявляють цитотоксичний ефект при прямому контакті з пухлиною й інгібують її опосередковано, шляхом стимуляції ретикулоендотеліальної системи. З'ясувалося, що інгібуюча дія пов'язана з жирнокислотними фракціями. Характерною рисою цих організмів є високий вміст ненасичених жирних кислот, що становить у трипаносомід 70 – 80%, а в Astasia longa (вільноживучий джгутиконосець) – 60% від суми всіх жирних кислот. У джгутиконосців фосфоліпіди й поліненасичені жирні кислоти мають такий же склад і будову, як в організмі людини й тварин. У світі мікробів поліненасичені жирні кислоти не синтезуються, а багатоклітинні тварини або рослини являють собою більш обмежену сировинну базу, ніж найпростіші, культури яких можна одержувати методами біотехнології незалежно від пори року або кліматичних умов.

Оскільки ліпідний метаболізм найпростіших має відносну лабільність, були вивчені шляхи його регуляції. Застосування до найпростіших загальноприйнятого в мікробіології прийому підвищення біосинтезу ліпідів за рахунок зниження вмісту в середовищі джерел азоту й збільшення вмісту джерел вуглецю призвело до різкого гальмування або зупинки росту культур. Для створення умов спрямованого біосинтезу ліпідів у середовища для культивування джгутиконосців додавали попередники й стимулятори біосинтезу ліпідів: малонат, цитрат, сукцинат, цитидиннуклеотиди в сполученні з певним режимом аерації.

Російські вчені одержали водорозчинний напівсинтетичний препарат – астазилід, який представляє собою комплекс ефірів сахарози й жирних кислот, попередньо виділених з А. longa. Для вивчення активності й механізму дії цього препарату були застосовані різні моделі: бішарні ліпідні мембрани (БЛМ), монокультури нирки теляти й карциноми яєчника людини, імунокомпетентні клітини – перитонеальні макрофаги. Було встановлено, що астазилід викликає збільшення провідності, поверхневого натягу, а також зменшення електромеханічної стабільності БЛМ.

Отримані дані дозволяють припускати, що в основі фізіологічних ефектів препарату лежить його значна мембраноактивуюча дія. Астазилід проявляє м'які детергентні властивості. Можливо, що збільшення провідності й деяка дестабілізація клітинних мембран відкривають шлях для проникнення усередину клітини Ca²⁺ й інших йонів, які відіграють ключову роль у регуляції метаболізму. При вивченні дії астазиліду на культуру клітин нирки теляти було встановлено, що препарат збільшує мітотичний індекс клітин, знижує їхній поліморфізм, поліпшує адгезивні властивості культури, забезпечує більш щільне зчеплення із субстратом і посилення міжклітинних контактів.

Іншою групою біологічно активних речовин найпростіших є полісахариди.

Розмаїтість полісахаридів, синтезованих найпростішими, досить велика. Особливий інтерес представляє парамілон, характерний для евгленових. Представники родів Astasia й Euglena здатні до сверхсинтезу парамілона, що становить понад 50% сухого залишку клітин. Цей полісахарид вивчається як стимулятор імунної системи ссавців. У дослідах парамілон A. longa володів вираженим протипухлинним ефектом. Діючи опосередковано через імунну систему, парамілон гальмує ріст саркоми на 60% і знижує експериментальне прищеплення аденокарциноми Ерліха.

У цей час у світі надається велике значення виробництву глюканів не тільки для медичних цілей, але й для харчової й текстильної промисловості. Дотепер глюкани одержували з культур бактерій або морських водоростей. Евгленові є одним з найбільш перспективних джерел цієї речовини. Структурні полісахариди, що входять до складу клітинних мембран найпростіших,– це гетерополісахариди, які містять глюкозу, манозу, ксилозу, арабінозу, рибозу, галактозу, рамнозу, фруктозу, глюкозамін. Найбільш характерними гетерополісахаридами є арабіногалактани, Д-галакто-Д-маннан, фосфаноглюкани й ін.

Великий інтерес представляє з'ясування антигенного взаємозв'язку між непатогенними й патогенними для людини видами трипаносомід. Установлено, що при введенні мишам полісахаридів з культур непатогенних для людини найпростіших – Herpetomonas sp. і Crithidia fasciculata – підвищувалася резистентність тварин до Т. cruzi, збудника хвороби Чагаса в людини. Наявність перехресних імунологічних реакцій між полісахаридами різних типів послужило підставою для висновку про те, що антигенна спільність між цими речовинами обумовлена не структурою полімеру, а окремими мономерами або олігомерами однакової хімічної будови.

Біомаса найпростіших містить до 50% білка. Його висока біологічна цінність полягає в тому, що він містить всі незамінні амінокислоти, причому із вмісту вільних амінокислот на порядок вище, ніж у біомасі мікроводоростей, бактерій й у м'ясі. Це свідчить про широкі можливості застосування вільноживучих найпростіших як джерела кормового білка.