Біологічні науки/6. Микробиология

БОГАЧЁВА М.С., БЕЛЫХ И.А., ЗИНЧЕНКО В.Д., КЛЕЩЕВ Н.Ф.

Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт», Харьков

ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕЙСТВИЯ МАЛЫХ ДОЗ ОЗОНА НА ЦИТОХРОМЫ В БАКТЕРИАЛЬНЫХ СИСТЕМАХ ПЕРЕНОСА ЭЛЕКТРОНОВ

В последние годы появились публикации относительно стимулирующего действия малых доз озона на функционирование различных биологических систем, что свидетельствует в пользу возможности использования указанного свойства для интенсификации биохимических и физиологических процессов в биологических объектах.

Исследование биологической активности озона в опытах с дрожжевыми клетками показывает, что он обладает разнонаправленным действием на функциональную активность клеток микроорганизмов. Озонирование дрожжей низкими дозами озона стимулирует Н⁺-АТФазу, дыхание и репродуктивную способность. Высокие дозы ингибируют эти процессы и приводят к гибели клеток. Эти данные свидетельствуют о том, что в расшифровке механизмов биологического действия О₃ важное значение имеет изучение его влияния на биоэнергетические и транспортные системы клеток [1].

Целью данной работы явилось изучение действия малых доз озона на дыхательную систему микроорганизмов.

Можно предположить, что одним из возможных механизмов стимулирующего действия малых доз озона на рост бактерий в периодических культурах является стимулирующее действие озона на дыхательную систему бактериальных клеток. Основанием для такой гипотезы явились эксперименты, в которых было установлено, что низкие дозы увеличивают скорость закисления среды клетками, т.е. активируют АТФазу, причем стимуляция выброса протонов АТФазой является результатом О₃-индуцированной модификации либо самого фермента, либо его микроокружения [1]. Нами было предположено, что такими мишенями, чувствительными к озону могут оказаться цитохромы. В дыхательных системах специфические белки (цитохромы) выполняют функцию одноэлектронных переносчиков, активным центром которых являются группы гемма [2]. Чтобы проверить эту гипотезу нами были проведены исследования влияния озона на поглощения света на основных полосах цитохромов дыхательных систем микроорганизмов Escherichia coli, Staphylococcus aureus, дрожжеподобных грибов Candida albicans и дрожжей Saccharomyces cerevisiae.

При подборе микроорганизмов были учтены различия в строении клеточных стенок и цитоплазматических мембран, а также дыхательных систем [2]. При изучении спектров поглощения цитохромов клетками указанных микроорганизмов было обнаружено как ингибирующее, так и стимулирующее действие озона на их дыхательную систему.

В исследованных образцах дрожжей Saccharomyces cerevisiae озон в дозах 0,35 мг/л и 0,45 мг/л приводит к повышению величины оптического поглощения цитохромов при всех длинах волн. При дозе озона 0,57 мг/л величина оптического поглощения цитохромов достоверно увеличивалась при длине волны 563 нм.

В опытах с дрожжеподобными грибами Candida albicans озон стимулировал дыхательную систему в концентрации 0,35 мг/л. Этот эффект был отмечен по повышению поглощения на длине волны 433 нм. На остальных длинах волн этот эффект отсутствовал и концентрации озона 0,45 мг/л и 0,57 мг/л достоверно снижали величины оптического поглощения цитохромов на всех длинах волн.

В экспериментах с бактериями Staphylococcus aureus при дозе озона
0,35 мг/л при длине волны 433 нм было отмечено достоверное повышение величины оптического поглощения цитохромов. При этой же длине волны при дозе озона 0,57 мг/л отмечено достоверное снижение оптического поглощения на всех полосах. При длинах волн 533 нм, 593 нм, 630 нм эффект действия озона на цитохромы Staphylococcus aureus не установлен.

При изучении влияния озона на бактерии Escherichia сoli стимулирующее действие, фиксируемое по увеличению поглощения на длине волны 433 нм было выявлено при концентрациях озона 0,35 мг/л и 0,45 мг/л. На длинах волн 533 нм, 560 нм, 593 нм, 630 нм при дозах 0,35 – 0,57 мг/л отмечено снижение величины оптического поглощения, что, по нашему мнению, указывает на ингибирующее действие озона на цитохромы.

Полученные данные по величинам оптического поглощения цитохромов свидетельствуют о возможных конформационных перестройках, происходящих в цитохромах, или об изменении микроокружения последних. В частности, это относится к компонентам дыхательной цепи, а также к механизмам репродуктивной активности в клетках ассоциированным с плазматическими мембранами. Важно при этом отметить, что в исследованном дозовом диапазоне характер эффектов озона на структурном уровне соответствует бифазным изменениям функциональной активности клеток (стимуляция при низких дозах озона, ингибирование – при высоких). Бифазность зарегистрирована нами и по тестам колониеобразования и по гибели микроорганизмов, как это видно из приведенных выше результатов.

Влияние малых доз озона на цепи переноса электронов в микроорганизмах, по нашему мнению, лежит в основе одного из возможных механизмов стимуляции пролиферативных процессов в микроорганизмах озоном. Показано, что озон в небольших дозах проявляет стимулирующее действие на биологические и физиологические процессы в клетках.

1. Мельникова А.М. Разнонаправленное действие низких и високих доз озона на репродуктивную способность и активность дыхания дрожжевых клеток Candida Utilis / А.М. Мельникова, Г.В. Калер, Г.В. Бабич, С.Л. Романов, В.К. Матус, С.В. Конев // Журнал общей биологии. – 1989. – № 6. – с.815 – 818.

2. Матус В.К., Мартынова М.А., Скоринко Е.В., Мельникова А.М.,
Конев С.В. // Биологические мембраны. – 1999. – Т. 16. – С. 50 – 56.

3. Стейниер Р., Эдельберг Э., Ингрэм Дж. Мир микробов. – М.: Мир, 1979. – 486 с.