Прикладная биохимия и микробиология

В обзоре представлена характеристика, состав метаболитов и биотехнологические свойства Bacillus amyloliquefaciens. Обзор содержит описание генетических инструментов и метаболических возможностей B. amyloliquefaciens, подчеркивая при этом потенциал бактерий в качестве базовых клеток для метаболической инженерии и экспрессии белка. Обсуждается роль бактерий в производстве химических веществ, ферментов и других промышленных биопродуктов, а также их применение для борьбы с патогенными бактериями и укрепления здоровья кишечника. В сельском хозяйстве B. amyloliquefaciens продемонстрировали потенциал в качестве биоудобрения, средства биоконтроля с антифунгальными, антибактериальными и противовирусными свойствами. Несмотря на многочисленные потенциальные области применения, B. amyloliquefaciens остаются недостаточно изученными. В обзоре подчеркивается необходимость дальнейших исследований и разработки передовых инженерных методов и технологий генетического редактирования специально для B. amyloliquefaciens, что в конечном итоге позволит полностью раскрыть потенциал их применения как в исследованиях, так и промышленности.

γ-Гидроксибутиратдегидрогеназа (ГБДГ) — фермент класса оксидоредуктаз, катализирующий обратимое превращение сукцинилового полуальдегида (ССА) в γ-гидроксимасляную кислоту (ГОМК). Установлено, что в проростках кукурузы ГБДГ имеет митохондриальную (73.7%) и цитоплазматическую локализацию (26.3%). Получены два гомогенных препарата изоформ ГБДГ из 7-дневных проростков кукурузы. Очищенный препарат ГБДГ1 имел молекулярную массу нативной молекулы 60.3 кДа (Мr отдельных субъединиц ~15 кДа). ГБДГ2 — гетеромер с молекулярной массой ~ 286 кДа состоял из субъединиц с Mr в диапазоне от 52 до 66 кДа. Оптимальные значения рН полученных ферментов различались: для ГБДГ1 по реакции окисления γ-гидроксибутирата — 9.0, для ГБДГ2 оптимум рН — 7.0. Кинетика ферментативной реакции превращения ГОМК в сукциниловый семиальдегид подчиняется уравнению Михаэлиса-Ментен. Значение К_м для ГБДГ1 по γ-гидроксимасляной кислоте составило 0.31 ± 0.01 мМ, а по НАД⁺ − 0.47 мМ ± 0.02. Для ГБДГ2 величина К_м с субстратом ГОМК составляла 0.7 ± 0.03 мМ, Км по НАД⁺ 0.19 ± 0.01 мМ. Показано, что CaCl₂ и KCl увеличивали активность ГБДГ1, в то время как MgCl₂ оказывал незначительное ингибирующее действие. Каталитическая активность ГБДГ2 увеличивалась как в присутствии CaCl₂, KCl, так и MgCl₂. Проведенное исследование имеет как фундаментальное значение, расширяя знания о свойствах ГБДГ и ее роли в метаболизме растительной клетки, так и прикладное — данные о механизмах регуляции работы ГБДГ могут быть использованы для разработки методов увеличения продуктивности и устойчивости растений к неблагоприятным факторам среды.

В работе изучены коллоидно-химические и антибактериальные свойства водных дисперсий наночастиц серебра, стабилизированных сурфактином и рамнолипидами, выделенными из бактерий B. amyloliquefaciens и P. fluorescens. Выделенные биосурфактанты идентифицировали методами тонкослойной хроматографии и ИК-Фурье спектрометрии. С помощью методов УФ-видимой спектрофотометрии, просвечивающей электронной микроскопии и динамического рассеяния света исследованы коллоидно-химические характеристики полученных дисперсий. Найдены оптимальные соотношения реагентов, при которых используемые биосурфактанты являются эффективными стабилизаторами дисперсий наночастиц серебра и обеспечивают их агрегативную устойчивость на протяжении не менее двух месяцев. Обнаружено, что исследованные дисперсии обладали антибактериальной активностью в отношении грамположительных B. subtilis и грамотрицательных P. aeruginosa и E. coli. Произведена сравнительная оценка антибактериальной активности наночастиц серебра стабилизированных биосурфактантами и традиционных содержащих серебро препаратов таких, как раствор нитрата серебра и дисперсия наночастиц серебра, стабилизированных цитратом. Наибольшую активность, сопоставимую с действием раствора нитрата серебра, показали дисперсии, стабилизированные сурфактином, что связано с их высокой коллоидной устойчивостью. Кроме того, обнаружена высокая антибактериальная активность дисперсий наночастиц серебра, стабилизированных биосурфактантами, выделенными из бактерий Bacillus и Pseudomonas, в отношении штаммов другого рода. Дано объяснение наблюдаемого феномена и предложены перспективы его приложения в медицине.

Многочисленные публикации свидетельствуют о повышении уровня экспрессии белков теплового шока (БТШ) при онкологических заболеваниях, поэтому перспективным является развитие методов индикации БТШ, как маркера онкологических заболеваний. В настоящей работе получены фаговые антитела, специфичные к БТШ клеточной линии мышиной миеломы. Впервые с помощью компактного акустического датчика исследовано влияние проводимости среды измерения на регистрацию аналитического сигнала при взаимодействии фаговых антител с БТШ. Экспериментально установлена возможность регистрации специфичного взаимодействия “БТШ-фаговые антитела” в суспензиях с проводимостью 50–1180 мкСм/см. Проведены контрольные эксперименты по оценке воздействия массовой нагрузки на датчик. Полученные результаты будут способствовать развитию акустических сенсорных систем для диагностики БТШ.

В работе исследовано влияние ферментации тремя бактериальными препаратами: БК-Углич-К, БК-Углич-АВ и БК-Углич-П (Россия), на растворимость, эмульгирующую активность, стабильность эмульсии, пенообразование и стабильность пены изолятов, выделенных из двух сортов гороха. Показано, что ферментация бактериальными культурами позволяет повысить растворимость изолятов при рН 3.0 и 4.0 — 17.5 раз, при рН 4.0 — более чем в 3 раза, при рН 5.0 — на 23–80%, при рН 6.0 — на 27–43%, при рН 7 — на 18–27%. Ферментация увеличивала индекс эмульгирующей активности изолятов при рН 5.0 на 37% (у сорта Батрак), индекс стабильности эмульсии при рН 3.0 на 19–28%, при рН 4.0 — на 17%, при рН 5.0 — на 18% (у сорта Фокор), при рН 6 — на 16–35%. Ферментация повышала пенообразование изолятов при рН 3.0 в 2.2 раза, при рН 4.0 — в 1.4–2.4 раза, при рН 5.0 и 6.0 — в 1.8–4 раза, при рН 7.0 в 2.1–2.4 раза; при этом стабильность пены изолятов при рН 4.0 увеличивалась на 11–22%, при рН 5.0 — на 11–13%, при рН 6.0 — на 15% (у сорта Фокор), при рН 7.0 — 28% (у сорта Батрак). Полученные результаты позволили подобрать бактериальные препараты для улучшения параметров изолятов горохового белка, предназначенных для изготовления различных пищевых продуктов: гороховой колы (БК-Углич-П), аналогов кисломолочных продуктов и аналогов молока (БК-Углич-АВ).