Биологические науки/5. Молекулярная биология

Кулмамбетова Г.Н.

Евразийский Национальный Университет имени Л.Н. Гумилёва, Казахстан

Молекулярные механизмы кислотообразующей активности Lactobacillus casei

Молочнокислые бактерии всегда привлекали и привлекают внимание учёных и специалистов всего мира в связи с их большой практической ценностью. Результаты исследований, посвящённые молочнокислым бактериям, свидетельствуют о том, что эти бактерии являются исключительно интересной и практической важной группой микроорганизмов.

Общим свойством молочнокислых бактерий является их способность продуцировать молочную кислоту. Интерес к кислотообразованию бактерий объясняется их высокой значимостью для решения научных и практических задач микробиологии, биотехнологии. В настоящее время механизмы кислотообразования связывают с деятельностью клеток во время роста и развития и выделения ими в среду некоторых количеств органических кислот молочной и других (уксусной, муравьиной и т. д), спиртов, перекисей и других метаболитов. Современные перспективы применения молочнокислых бактерий включают изучение молекулярных механизмов кислотообразования, на уровне экспрессии генов, отвечающих за данный процесс. Если до недавнего времени биотехнология использовалась в пищевой промышленности с целью усовершенствования освоенных процессов и более умелого использования микроорганизмов, то будущее принадлежит генетическим исследованиям по созданию более продуктивных штаммов для конкретных нужд, внедрению новых методов в технологии брожения.

Изоляция из природных источников различных регионов Казахстана и практическое использование биохимически активных микроорганизмов в биотехнологических производствах – актуальные задачи современной микробиологии. В Республике аналогичных данному направлению исследований и планируемых прикладных результатов нет. L. casei отвечает всем требованиям, предъявляемым к микроорганизмам как основе пробиотиков: относится к наиболее типичным представителям биоценоза человека, обладает выраженными антагонистическими свойствами по отношению к патогенной, условно-патогенной микрофлоре, имеет статус генетически безопасных микроорганизмов, обладает колонизационным потенциалом. Эти организмы используются как стартерные культуры во время молочнокислого брожения.

L. casei адаптивный вид который можно выделить из сырых и заквашенных молочных продуктов, свежих и ферментированных растительных продуктов, а также из ротовой полости, репродуктивного и кишечного трактов человека и многих теплокровных животных.

В промышленности L. casei используется как пробиотик, как кислотопродуцирующая стартерная культура для переработки молока. Известна особая роль L .casei в производстве сыра, связанная с усилением вкуса, аромата и улучшения качества продукта. В исследовательских лабораториях и отдельных отраслях промышленности используются в качестве индикаторных штаммов для определения биотина, фолиевой кислоты.

L. casei - грамположительные, палочковидные бактерии, кислотолюбивые, оптимум рН обычно 5,5 - 5,8. Факультативные анаэробы, неподвижные.

L. casei относится к роду Lactobacillus. Внутри рода лактобацилл L. casei относится к факультативной гетероферментативной группе, которая образует молочную кислоту из гексоз по гликолитическому пути Эмбдена-Мейргофа и из пентоз по 6-фосфоглюконатному/фосфокетолазному пути.

Источником энергии для L. casei служит молочнокислое брожение, в результате которого главным образом образуется молочная кислота и лишь ничтожные количества фумаровой и янтарной кислот, этилового спирта и углекислоты.

Установлено, что кислотообразующая активность прямо пропорционально зависит от плотности клеток бактерий. Доказано, что Lactobacillus casei продуцируют низкомолекулярные метаболиты, оказывающие ингибирующее и стимулирующее влияние на активность кислотообразования.

В первые часы культивирования бактерий, когда плотность клеток низкая, вырабатываются низкомолекулярные соединения, служащие сигнальными молекулами для ускорения роста и увеличения продукции кислот в культуре, а также соответствующих метаболитов. При высокой плотности, вырабатываются низкомолекулярные соединения, оказывающие ингибирующее действие на рост клеток и продукцию кислот. Исследования по изучению регуляции и процесса кислотообразования низкомолекулярными соединениями у бактерий рода Lactobacillus выполнены впервые.

Изменения показателя кислотообразующей активности могут быть результатом как снижения активности ферментов, непосредственно участвующих в молочнокислом процессе, так в целом метаболических изменений, параметров роста. Поэтому на данном этапе нами проведены исследования зависимости кислотообразующей активности Lactobacillus casei от действия продуцируемых низкомолекулярных метаболитов на рост и кислотообразование, определены уровни мРНК лактатдегидрогеназы, ключевого фермента молочнокислого процесса.

В результате анализа полученных результатов установлено, что экспрессия гена лактатдегидрогеназы оказывает влияние на кислотообразующую активность.

Определены уровни мРНК лактатдегидрогеназы методом real-time PCR. Установлено, уровень мРНК лактатдегидрогеназы, изменяется незначительно. Установлено, экспрессия гена лактатдегидрогеназы оказывает влияние на кислотообразующую активность. Снижение показателя кислотообразующей активности характеризовалось низкими значениями уровня мРНК по сравнению с контролем: ниже на 63 – 76%, а повышение показателя кислотообразующей активности характеризовалось высокими значениями уровня мРНК: 11 - 17% от уровня экспрессии контрольных показателей.