Биологические науки/6. Микробиология

Артамонова М. Н., д. м. н. Потатуркина- Нестерова Н. И.

Ульяновский государственный университет

Влияние абиотических факторов на динамику адгезивной активности ризобактерий

Одним из ключевых факторов, характеризующих взаимодействие клетки с субстратом, является оценка механических сил сцепления (адгезии). Адгезивные силы являются определяющими при функционировании биологических систем. Адгезия понимается как контактное взаимодействие их с каким – либо твердым субстратом, поверхность которого не идентична клеточной [1].

Явление адгезии имеет большое значение в микробиологии, где оно имеет прямое отношение к таким прикладным проблемам, как микробная контаминация, рост и размножение микроорганизмов на поверхности различных материалов. На адгезию бактериальных клеток оказывают влияние многочисленные факторы, в частности абиотические, такие как температура, фазы роста микробной культуры и др.[2]

Целью данной работы явилось изучение силы адгезии ризобактерий на разных сроках культивирования и при различных температурных режимах.

Материалы и методы. В работе было использовано 24 штамма ризобактерий, выделенных из ризосферы Cucurbita pepo L. Штаммы ризобактерий культивировали на плотных питательных средах: МПА (ООО «БиоХолд, Россия) и Эндо (HiMedia Laboratories Pvt. Limited, Индия) при 37⁰ С. Изучение адгезивного взаимодействия проводили на разных сроках культивирования: 10 часов (1 группа), 24 часа (2 группа), 6 суток (3 группа), 12 суток (4 группа) и 24 суток (5 группа). Силу адгезии ризобактерий, находящихся в стационарной фазе роста (10 часов культивирования), исследовали при различных температурных показателях: +5⁰ С (1а группа), 0⁰ С (1б группа), -5⁰С( 1в группа).

Исследования проводили с использованием сканирующего зондового микроскопа Solver P47-PRO (NT-MDT, Россия) при помощи зондов с золотым напылением серии NSG10 (NT-MDT, Россия) размером 95х30 мкм, с жесткостью балки 17 Н/м, радиусом закругления иглы 10 нм.

Адгезивное взаимодействие оценивали с помощью атомно-силовой микроскопии методом прямых измерений величины отклонения консоли при нарушении адгезионного контакта. Разрешение АСМ в таких измерениях определяет жесткость используемого кремниевого зонда толщиной 1–2 мкм и длиной сотни микрометров. АСМ измеряет отклонение зонда как функцию сближения с исследуемой поверхностью. Сила, требуемая чтобы оторвать иглу от поверхности, соответствует силе адгезии и вычисляется по закону Гука. Силу адгезии определяли по отклонению консоли при отводе от поверхности на кривой отвода зонда, умножая величину отклонения (Defl) на жесткость консоли по формуле:

k: F = k·Defl

Статистическую обработку и анализ данных выполнялся на IBM совместимых компьютерах с использованием программного пакета Statistica версии 6.0. Достоверность различий между показателями при статистической обработке вариационных рядов оценивали при помощи t-критерия Фишера-Стьюдента (р<0,05).

Результаты исследований. В ходе выполнения работы было установлено, что сила адгезии бактериальных клеток изменялась в зависимости от сроков культивирования и температуры.

На начальной стадии расстояние между иглой и поверхностью было наибольшее и между ними не было взаимодействия. Когда игла приближалась к поверхности, силы Вандер-Ваальса начинали изгибать кантилевер. В определенной точке, когда силы притяжения были достаточно большими, игла делала скачок к поверхности. Дальнейшее движение поверхности в контакте с иглой вызывало прогиб консоли в противоположном направлении. Затем движение нарпавлялось в обратную сторону, благодаря силам адгезии игла прилипала к поверхности и после точки нулевого изгиба упругая консоль отскакивала от поверхности и теряла с ней контакт.

Адгезивное взаимодействие бактерий 1 группы составило 110,0±23,4 нН, в процессе культивирования оно достоверно возрастало и у ризобактерий 2 и 3 группы составило 765,0±27,2 (р<0,05) и 1276,7±43,5 нН (р<0,05) соответственно. Затем в процессе дальнейшего культивирования прочность сцепления у бактериальных клеток 4 и 5 групп снижалась до 119,0±37,2 нН и 136,0±39,1 нН соответственно (рис. 1).

* *

*-показатель достоверности между указанными группами при р<0,05

Рис. 1. Зависимость силы адгезивного взаимодействия ризобактерий от сроков культивирования

В ходе исследования было также установлено, что сила адгезии бактерий, находящихся в стационарной фазе роста, изменяется в зависимости от температуры.

Динамика адгезивной активности оказалась обратно пропорциональной изменению температурного фактора. Сила адгезии бактерий 1а группы составила 544,0±59,8 нН. При снижением температуры адгезивное взаимодействие достоверно увеличивалось, и в 1б и 1в группах сила адгезии составила 2250,8±51,3 нН (р<0,05) и 5849,0±73,4 нН (р<0,05) соответственно (рис. 2).

Рис. 2. Зависимость силы адгезии ризобактерий от температуры

Таким образом, было установлено, что сила адгезии бактериальных клеток изменяется в различные сроки культивирования. Уровень прочности сцепления ризобактерий во 2 и 3 группе, по сравнению с первой, увеличивалась в 5,6 и 9,4 раза соответственно. При дальнейшем культивировании наблюдалось снижение данного показателя до величин, близких к значениям 1 группы – 119,0 нН (4 группа) и 136,0 нН (5 группа).

Культивирование в различных температурных режимах показало, что снижение температуры сопровождалось повышением силы адгезии. Так, при +5 ⁰С адгезионная сила ризобактерий составила 544,0 нН; при 0⁰С и -5⁰С- показатели силы адгезии увеличились в 4,1 и 10,7 раза соответственно. Следовательно, абиотические факторы оказывают значительное влияние на адгезивную активность ризобактерий.

Литература:

1. Варехов А. Г. Исследование адгезии микроорганизмов на поверхностях жилых помещений и измерение адгезионной силы//Технико- технологические проблемы сервиса.-2013.- №4.- С. 62-66.

2. Калинина И. Г., Гумаргалиева К. З., Заиков Г. Е., Стоянов О. В. Кинетический подход к оценке адгезии микроскопических грибов к поверхности металлов//Энциклопедя инженера- химика.-2013. -№5. -С. 104-107.