Том 59, № 2 (2023)

Внеклеточные везикулы (ВВ), секретируемые клетками бактерий, в фокусе внимания исследователей. Они обогащены биоактивными молекулами, опосредуют межклеточную коммуникацию микро- и макроорганизмов, участвуют в адаптации бактерий к стрессовым условиям, репрограммировании клеток-мишеней, модуляции иммунореактивности у высших организмов, изменении структуры микробных сообществ и экосистем. Уникальные свойства бактериальных внеклеточных везикул (БВВ) открывают широкие перспективы их практического применения – в клинической медицине, сельском хозяйстве, биотехнологии и экологии в качестве диагностических маркеров, вакцин, новых биопрепаратов и средств их доставки. Однако для реализации практических приложений необходимо решить ряд проблем. Настоящий обзор сосредоточен на проблеме неоднозначной роли БВВ в регуляции живых систем, безопасности БВВ и подходам к ее решению, связанным с инновационными технологиями.

Загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами, металлоидами и радионуклидами представляет собой проблему мирового значения, в значительной степени влияющую на состояние биосферы. В частности, соединения хрома обладают токсичным, мутагенным и канцерогенным действием. Основной принцип очистки антропогенных и природных экосистем от хроматов – восстановление Cr(VI) до Cr(III), соли которого существенно менее токсичные и нерастворимые. Однако используемые в настоящее время электрохимические и ионообменные методы очистки достаточно дороги и требуют применения специальных реагентов. В то же время, особый интерес для биоремедиации представляют сульфатредуцирующие бактерии (СРБ), поскольку многие из них весьма устойчивы к высоким концентрациям тяжелых металлов и способны эффективно восстанавливать их в присутствии водорода как донора электронов. В обзоре суммированы сведения о взаимодействии тяжелых металлов, металлоидов и радионуклидов с клетками СРБ. Рассматриваются особенности метаболизма этих микроорганизмов, приводящие к внутриклеточной аккумуляции тяжелых металлов и металлоидов, сложные и тонко регулируемые ферментативные механизмы восстановления токсичных металлов (с использованием различных цитохромов, гидрогеназ, оксидоредуктаз, узкоспецифичных металлредуктаз и тиоредоксин/тиоредоксинредуктазных систем), а также возможность применения иммобилизованных клеток и биопленок СРБ в эффективной биоремедиации природных вод, почв и промышленных стоков.

Сконструирован рекомбинантный штамм–продуцент интерферона гамма человека (ИФН-γ) E. coli BL 21/pЕТ-IFN-γ, обеспечивающий высокий уровень его экспрессии. Разработан способ получения растворимой формы рекомбинантного ИФН-γ, включающий наработку биомассы штамма-продуцента, содержащего целевой белок в количестве 32–37% от общего содержания клеточных белков, из которых 15–17% в растворимой форме, выделение и очистку белка. Процесс выделения и очистки включал стадии дезинтеграции, осветление лизата клеток, хроматографической очистки и диализа. Разработанный способ позволил получить из 1 г влажной биомассы до 5 мг препарата с чистотой не менее 95% и высокой специфической (противовирусной) активностью.

Изучено взаимодействие эндоарабиназы (эндоА) с ферментами экзо-типа действия при совместном гидролизе разветвленного арабинана (РАра), свекловичного жома (СЖ) и яблочных выжимок (ЯВ). Показано, что при гидролизе РАра наиболее эффективными были смеси эндоА с арабинофуранозидазой (АФ) или арабиноксилан-арабинофурангидролазой (АКГ) с содержанием эндоА 20 и 40% соответственно. В результате оптимизации комплекса арабиназ, целлюлаз и пектиназы осуществлен практически полный гидролиз ЯВ в моносахариды (арабинозу, глюкозу, фруктозу). При гидролизе СЖ степень конверсии гемицеллюлозы (арабинана) составила более 50%, целлюлозы – 75%.

Исследованы изменения концентраций пероксида водорода и циклического аденозинмонофосфата (цАМФ) в корнях проростков гороха сорта Рондо и его суперклубенькового мутанта Nod3 и бесклубенькового К14 при инфицировании Rhizobium leguminosarum bv. vicieae (штамм RCAM 1022) или Pseudomonas syringae pv. pisi (штамм 1845). Показано, что через 360 мин после инфицирования проростков гороха сорта Рондо уровень эндогенного пероксида водорода незначительно отличался от контроля. В корнях проростков Nod3 этот уровень существенно снижался, а в корнях К14 достоверно возрастал при инфицировании штаммом 1845, но оставался без изменений при воздействии бактерий штамма RCAM 1022. В тоже время инфицирование RCAM 1022 в течение 360 мин приводило к резкому возрастанию уровня цАМФ в зонах зачатков и молодых волосков корня проростков Рондо, тогда как штамм 1845 не оказывал влияния на этот показатель. На концентрацию цАМФ в корнях проростков мутанта Nod3 оба вида бактерий не оказывали воздействия, тогда как у К14 под воздействием RCAM 1022 уровень цАМФ возрастал почти в 2 раза, а под воздействием 1845 – снижался. Предполагается, что пероксид водорода и цАМФ могут принимать участие в формировании суперклубенькового и бесклубенькового фенотипов мутантов, а также в формировании устойчивости к специфическому патогену, Pseudomonas syringae pv. pisi. Возможно, что данный феномен можно использовать для диагностики устойчивости вновь создаваемых мутантов и сортов гороха к возбудителю бактериального ожога.