Питательные потребности и метаболизм микоплазм

24.06.2015

Для понимания физиологии микроорганизмов необходимо знать потребность их в различных питательных веществах и условия, в которых они могут репродуцироваться. Культивирование любых микроорганизмов осуществляется в тех или иных условиях в питательных средах, одним из основных показателей которых является уровень осмотического давления. Микоплазмы весьма чувствительны к осмотическому лизису, причем с повышением температуры их чувствительность к осмотическому давлению возрастает. По данным R. Leach, большинство видов и штаммов микоплазм хорошо растет при осмотическом давлении в среде культивирований, равном 7—14 атм. Однако патогенные штаммы развиваются в организме хозяина, осмотическое давление в тканях которого равно 7,6 атм.
Нa чувствительность микоплазм к осмотическому давлению влияет наличие в среде катионов и липидный состав мембраны клетки. Изотоничность в питательных средах поддерживается за счет хлористого натрия и фосфата натрия. Последний обеспечивает и буферность среды культивирования.
Большинство штаммов микоплазм растет при pH среды от 7 до 8. Однако Т-штаммы лучше растут при pH около 6. Для штаммов, которые растут интенсивно, необходимы забуференные среды.
Потребности в кислороде в процессе роста у различных штаммов варьируют. Штаммы М. mycoides и М. pneumoniae, по данным A. Rodwell, Е. Rodwell, С. Newing, A. McLeod, лучше растут в условиях аэрации.
Что касается потребности микоплазм в неорганических веществах и катионах, то этот вопрос изучен слабо. Предполагают, что микоплазмы способны расти при довольно низком соотношении ионов натрия и калия.
Из белковых добавок для роста микоплазм необходим альбумин, причем его биологическая полноценность повышается холестерином.
Важными компонентами, необходимыми для роста микоплазм, являются полноценный белок, стерины, углеводы и витамины. В начале роста вследствие замедленного синтеза нуклеопротеидов Они нуждаются в РНК, ДНК и муцине.
По данным М. Ogata и др., Я.Р. Коваленко с соавт., сыворотки крови лошадей и свиней являются наилучшими добавками к питательным средам для выращивания и поддержания микоплазм, выделенных от животных. Сыворотки крови кроликов для этих целей менее пригодны, а крупного и мелкого рогатого скота могут оказать ингибирующее действие на некоторые виды микоплазм.
Исследованиями P. Smith, A. Rodwell, S. Razin, A. Cohen, P. Lund, М. Storb и других были показаны минимальные потребности различных видов микоплазм в различных биологически активных веществах и соединениях. Обращает на себя внимание тот факт, что различные виды микоплазм по потребностям в питательных веществах значительно отличаются друг от друга. Особенно это заметно в потребности в аминокислотах (табл. 8).

Питательные потребности и метаболизм микоплазм

Интересно отметить, что некоторые виды микоплазм не могут расти в средах без добавления аланина, аспарагина, глицина и гистидина, тогда как другие виды не нуждаются в их наличии в среде. При определенном соотношении аминокислот в среде большинство из исследованных видов микоплазм не нуждалось в триптическом переваре казеина, в липопротеине и даже в альбумине сыворотки крупного рогатого скота.
A. Rodwell отмечает, что для роста микоплазм необходимо определенное соотношение различных аминокислот в питательной среде. Избыток какой-либо аминокислоты в среде может оказать отрицательное действие на репродукцию микоплазм.
Следовательно, для роста и развития микоплазм необходим в первую очередь соответственный количественный набор в среде тех или иных незаменимых для данного вида микоплазм аминокислот.
Незаменимыми для всех исследованных видов микоплазм оказались аргинин, изолейцин, метионин, фенилаланин, аспарагин, который может заменить аспартатовая кислота, глутамин, глицин, гистидин, лейцин и треонин.
Потребность в аминокислотах при культивировании микоплазм удовлетворяется путем добавления в питательную среду сыворотки крови теплокровных животных, в состав которой, кроме стеринов и фосфолипидов, входит белковый компонент. Белковый компонент сыворотки крови включает 8 аминокислот, из которых преобладающими являются глицин, аргинин, лейцин и лизин.
D. Edward, W. Fitzgerald установили, что при первичном выделении некоторые виды микоплазм нуждаются в добавках к среде нуклеиновых кислот. После адаптации на искусственных питательных средах эти же штаммы успешно культивируются на средах без добавления нуклеиновых кислот. Особенно необходима в этих случаях дезоксирибонуклеиновая кислота, так как многие виды, особенно паразитирующие в организме, при смене условий существования не способны самостоятельно синтезировать ДНК, вследствие чего их репродукция не происходит. Дальнейшими исследованиями ряда авторов была показана различная потребность отдельных видов и даже штаммов микоплазм в дериватах нуклеиновых кислот. Для иллюстрации приводим эти данные в таблице 9.
Питательные потребности и метаболизм микоплазм

Следовательно, каждый вид и даже штамм микоплазм одного и того же вида для своей репродукции нуждается в тех или иных дериватах нуклеиновых кислот или же в ДИК и РНК одновременно.
Пo данным Р, Smith, в начальных фазах роста микоплазмы нуждаются не только в ДНК и РНК, по и в муцине. При культивировании микоплазм на плотной среде нуклеиновые кислоты можно заменить их дериватами (гуанином, цитидином, урацилом, рибозой и дезоксирибозой). Нуклеиновые кислоты в жидкой среде можно заменить смесью тимидина, дезоксицитидина, дезоксиаденозина и дезоксигуанозина.
Для роста и развития микоплазмы нуждаются в липидах и их предшественниках, а также в витаминах, коэнзимах и углеводах, причем потребность разных штаммов и видов в этих соединениях также различна (табл. 10).
Как видно из таблицы 10, наивысшая потребность в витаминах и коэнзимах отмечается у М. gallinarum и A. laidlawii. Микоплазма, выделенная от коз, проявляет меньшую потребность в этих ингредиентах. Из пяти изученных штаммов только два нуждались в холестероле.
В зависимости от потребности для роста в жирных кислотах микоплазмы подразделяются на 3 группы. Для первой группы, представителем которой является Mycoplasma mycoides, требуются как насыщенные, так и ненасыщенные жирные кислоты, причем их количество в среде должно быть молярно эквивалентно. Вторая группа микоплазм (Achol. laidlawii штамм А) нуждается только в ненасыщенных жирных кислотах, тогда как третья группа (Achol. laidlawii штамм В) вообще не нуждается в жирных кислотах.
Питательные потребности и метаболизм микоплазм

P. Smith исследовал потребности различных видов микоплазм в фосфолипидах и установил, что фосфолипиды, соли желчных и жирных кислот с длинной цепью, обладающие поверхностной активностью, стимулируют рост микоплазм вследствие перевода нерастворимых в воде липидов в растворимые. Растворимые в воде липиды приобретают свойство тесно связываться с цитоплазматической мембраной и включаться в последнюю.
Липопротеидный фактор содержится в сыворотках крови млекопитающих, основная функция которого сводится к регуляции потребления стеринов и инактивации поверхностно активных веществ.
Большинству видов микоплазм для роста необходима глюкоза, однако ее можно заменить мальтозой.
Mycoplasma mycoides и штамм, выделенный от коз, проявляют потребность в глицерине, а штаммы, выделенные от крупного рогатого cкота при артритах, вообще не растут без добавления глицерина. В случае его отсутствия в среде происходит лизис клеток.
По характеру метаболизма микоплазмы подразделяются на ферментативно активные стериннезависимые, ферментативно активные стеринзависимые и ферментативно неактивные.
Ферментативно активные стериннезависимые виды микоплазм, представителями которых являются Acholeplasma laidlawii, в процессе роста разлагают с образованием кислоты глюкозу, маниозу, мальтозу, фруктозу, крахмал и гликоген. Некоторые штаммы обладают способностью разлагать сахарозу и галактозу, не разлагая при этом лактозу и пентозы.
К ферментативно активным стеринзависимым видам относятся М. mycoides var. mycoides, штаммы, выделенные от крупного рогатого скота, многие штаммы микоплазм от коз, овец, грызунов, птиц, а также М. pneumoniae и М. fermentans, выделенные от людей. Эти виды микоплазм нуждаются для роста в стеринах и ферментируют с образованием кислоты вышеперечисленные углеводы.
На примере М. mycoides штамм V-5 A. Rodwell, Е. Rodwell показали, что клетки расщепляют гексозы путем гликолиза с последующим окислением пирувата до ацетата. Пируват, глицерин и лактат окислялись также до ацетата, а в анаэробных условиях до лактата и ацетата. В анаэробных условиях глицерин не расщеплялся. При расщеплении глюкозы образуется перекись водорода, которая реагирует с каталазой. Далее было установлено, что для расщепления углеводов необходимо присутствие серина и треонина.
P. Smith сообщил, что большинство исследованных им штаммов синтезируют лизин, причем механизм биосинтеза этой аминокислоты имеет сходство с механизмом у бактерий.
Ферментативно активная группа микоплазм имеет ряд ферментных систем: НАДН2-оксидазу, НАДФН2-оксидазу, лактатдегидрогеназу. Предполагается наличие сукцинатдегидрогеназы и диафоразы.
Ферментативно неактивные виды микоплазм (М. hominis, М. salivarium, М. agalactiae, М. artrithidis и некоторые штаммы, выделенные от мышей) не ферментируют глюкозу, фруктозу, маннозу, мальтозу, крахмал и гликоген. Они способны восстанавливать тетразоловые соединения, окислять лактат и глутамат. По данным P. Smith, эта группа микоплазм способна расщеплять одноатомные спирты с короткой цепью, а также жирные кислоты (соли масляной, каприловой и валериановой кислот).
Микоплазмы обладают липолитической активностью, которая не связана с клеточными мембранами.
Обнаружена способность микоплазм расщеплять белки, утилизировать аргинин, нистатин, глутаминовую и аспарагиновую кислоты и другие аминокислоты. Микоплазмы не восстанавливают нитритов и не образуют индола, тогда как некоторые штаммы образуют сероводород и аммиак.
Многие виды имеют трехэнзимную аргининдегидролазную систему: М. hominis, М. fermentans, М. orale, М. salivarium, М. gallisepticum, М. iners, М. spumans, М. maculesum, М. artrithidis, а Т-штаммы микоплазм продуцируют ферменты типа уреаз.
У микоплазм обнаружены и другие ферменты, расщепляющие нуклеиновые кислоты.
Некоторые виды микоплазм в сывороточных средах редуцируют метиленовую синьку, обладают пероксидазной активностью, продуцируют гемолизин и гемагглютинин, образуют экзотоксин (например, М. neuroliticum), а М. mycoides var. mycoides содержит эндотоксин.
Отдельные виды микоплазм (М. pneumoniae, М. laidlawii) вызывают β-гемолиз, другие — α-гемолиз. Считают, что гемолитическая активность микоплазм связана с продукцией перекиси водорода.
Таким образом, микоплазмы как самостоятельное семейство микроорганизмов обладают значительным набором ферментных систем, позволяющим осуществлять обмен веществ и синтез белков бактериальной клетки. Каждый вид, а возможно, и штамм микоплазм, адаптируясь к определенным условиям существования, проявляет различную потребность в тех или иных биологических комплексах и соединениях. Этим, по-видимому, можно объяснить трудности их выделения, поддержания и изучения основных биологических свойств.
Имеющиеся в настоящее время данные свидетельствуют, что микоплазмы синтезируют белки тела из свободных аминокислот на рибосомах, а рибосомы имеют коэффициент седиментации 70S. Такой нее коэффициент седиментации рибосом у бактерий и сине-зеленых водорослей, тогда как у клеток животного мира более высокой организации этот коэффициент имеет значение 80 S.
Глубокое и всестороннее изучение потребностей различных видов и штаммов микоплазм в питательных веществах, расширение знаний о ферментных системах позволят подобрать соответствующие питательные среды для их культивирования и изучить не только широту их распространения, но и определить роль в инфекционной патологии сельскохозяйственных животных и растений, а также человека.