КОЛЛЕКЦИЯ МОРСКИХ
МИКРООРГАНИЗМОВ ТИХООКЕАНСКОГО ИНСТИТУТА БИООРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ КАК ОСНОВА
ДЛЯ МОРСКОЙ БИОТЕХНОЛОГИИ
Только в начале
нашего века и, особенно, в конце 40-х и 50-х годов, пионерами морской микробиологии,
такими как Б.Л. Исаченко, В.С. Буткевич и К.Э. Зобелл, были сформулированы
критерии, позволившие говорить об истинно морских микроорганизмах.
Морфологические
и физиолого-биохимические признаки и свойства морских микроорганизмов обусловлены
влиянием таких специфических факторов среды обитания, как высокая концентрация
солей, гидростатическое давление, низкие температуры, неравномерное поступление
питательных веществ.
Характерной особенностью
микроорганизмов, обитающих в море, помимо психро-, гало-, и барофильности
и толерантности, является также наличие у них комплекса гидролитических
ферментов, которые участвуют в процессах микробной деградации молекул агара,
хитина, каррагинана, крахмала, нуклеиновых кислот.
Микроорганизмы
морской среды способны синтезировать разнообразные биоактивные вторичные
метаболиты. Первым сообщил об антагонистических свойствах морских бактерий
(против возбудителей чумы и холеры) де Гиакса (6). Только спустя много
лет К. Зобелл и его сотрудники (13, 18, 19), а также другие исследователи
(2, 3, 4, 9) вернулись к этому вопросу. В 1966 году было сообщено о выделении
из "Pseudomonas bromoutilis" антибиотика (2,3,4-трибромо-5(1'гидрокси-2',4'-дибромофенил)-пиррол),
действующего в очень низких концентрациях на грамположительные тест-культуры
(5). Это был первый случай выделения из облигатной морской бактерии антибиотика,
структуру которого удалось установить, причем она оказалась уникальной.
Последнее десятилетие
ознаменовалось, без преувеличения сказать, сенсационными открытиями бактериальных
продуцентов тетродотоксина (11, 14, 15), сакситоксина (10), эйкозапентаеновой
кислоты (16), бромдифениловых эфиров (7), то есть тех веществ, которые
издавна считались метаболитами морских животных, а не их бактериальных
симбионтов. Эти примеры говорят о том, что сейчас в химии морских природных
соединений наступило время пересмотра казавшихся незыблемыми утверждений.
Многие соединения,
изолированные из морских гетеротрофных бактерий, оказались уникальными
по своей структуре и/или физиологическому действию и небыли обнаружены
у наземных прокариот, несмотря на более чем полувековую историю таких поисков.
Недостаточно
известно о специфических естественных факторах роста и развития морских
гетеротрофных бактерий. Обычные среды не могут в полной мере заменить морские
источники питания для этих бактерий (сульфатированные полисахариды, морские
протеины и т.п.). Поэтому, только около 1% морских микроорганизмов растет
в "стандартных" лабораторных условиях и может быть достаточно полно изучено
(1, 8, 12).
Морская микробиология и химия
морских природных соединений развиваются сейчас быстрыми темпами, являясь
основой для морской биотехнологии. Однако, успех на этом пути может быть
достигнут только при фундаментальном изучении биологии морских микроорганизмов.
Первостепенную роль в этих фундаментальных исследованиях должны играть
коллекции культур.
Микробные
коллекции - это живые библиотеки, постоянный источник штаммов для сравнения.
Коллекции культур выполняют также и роль экспертных центров в области систематики,
таксономии, идентификации и хранении микроорганизмов.
Коллекция
морских микроорганизмов ТИБОХ ДВО РАН стала создаваться автором и сотрудниками
лаборатории морской микробиологии с 1985 года. Этот год был благоприятен
для начала такой работы, так как появилось специализированное для химических,
биохимических и микробиологических исследований судно - "Академик Опарин".
Это позволило собирать и изучать микроорганизмы практически из любых регионов
Мирового океана.
Сейчас
коллекция является членом WFCC, имеет официальный акроним КММ и регистрационный
номер 644 (17).
КММ содержит
около 7000 штаммов морских гетеротрофных аэробных и факультативно-анаэробных
бактерий (в основном), а также грибов-микромицетов
(с дрожжами). Это практически единственная в России коллекция, целиком
специализирующаяся на морских микроорганизмах.
Главными направлениями наших исследований
является систематика, изучение симбиоза, биотехнология и экология морских
микробов. Наши результаты позволили выявить некоторые общие закономерности
в понимании экологической роли морских микробов и их метаболитов.
Коллекция морских
микроорганизмов ТИБОХ ДВО РАН послужила основой для проведения академических
и прикладных исследований в области морской микробиологии и, частично,
биотехнологии. Несколько тысяч штаммов морских микроорганизмов было задействовано
в скрининге. Среди них обнаружены перспективные продуценты как практически
важных ферментов (щелочных фосфатаз, РНКаз, рестриктаз, глюканаз, галактозидаз,
эластаз, кератиназ), так и продуценты вторичных метаболитов. Неожиданно
большим оказалось число штаммов, синтезирующих антиопухолевые и противовирусные
соединения, обнаружены также продуценты новых антибиотиков, цитостатиков,
биосурфактантов. Многие бактерии из нашей Коллекции описаны как новые виды
и рода. Микробные продуценты ферментов наиболее часто встречаются в северных
областях Мирового океана, напротив, продуценты цитотоксинов и антибиотиков
- в тропической зоне. Эти и другие обнаруженные закономерности позволили
вести осмысленный и не очень дорогой скрининг продуцентов.
Таким образом
КММ дает возможность планомерно вести поиск продуцентов новых биоактивных
веществ и изучать распределение этих микробов в море.
Список цитированной литературы.
1. Amann R.I., Ludwig W., Schleifer
K.-H. Phylogenetic identification and in situ detection of
individual microbial cells without cultivation. // Microbiol. Reviews,
1995, v. 59, № 1, p. 143-169.
2. Baam R.B., Gandhi N.M., Freitas
Y.M. Antibiotic activity of marine micro-organisms. // Helgolander
Wissenschaft. Meeresuntersuch., 1966, v. 13, p. 181-187.
3. Baam R.B., Gandhi N.M., Freitas
Y.M. Antibiotic activity of marine micro-organisms: the antibacterial
spectrum. // Helgolander Wissenschaft. Meeresuntersuch., 1966, v. 13, p.
188-191.
4. Baslow M.N. Euchizophyta
and eumycophyta. // In: Marine Pharmacology. The Williams and Wilkins Co.,
Baltimore, 1969, p. 8-55.
5. Burkholder P.R., Pfister R.M.,
Leitz F.H. Production of a pyrrole antibiotic by a marine bacterium.
/ Appl. Microbiol., 1966, v. 14, p. 649-653.
6. De Giaxa J. Ueber
das Verhalten einiger pathogener Mikroorganismen in Meerwasser. // Z. Hyg.,
1889, B. 6., S. 162-225.
7. Elyakov G.B., Kuznetsova T.A.,
Mikhailov V.V., Maltsev I.I., Voinov V.G., Fedoreyev S.A. Brominated
diphenyl ethers from a marine bacterium associated with the sponge Dysidea
sp. // Experientia, 1991, v. 47, p. 632-633.
8. Fenical W. Chemical
studies of marine bacteria: developing a new resource. // Chem. Rev., 1993,
v. 93, p. 1673-1683.
9. Grein A., Meyers S.P.
Growth characteristics and antibiotic production of actinomycetes isolated
from littoral sediments and materials suspended in seawater. // J. Bacteriol.,
1958, v. 76, p. 457-463.
10. Kodama M., Ogata T., Sato S.
Saxitoxin producing bacterium isolated from Protogonyaulax tamarensis.
// In: Red Tide. Biology, Environmental Science and Toxicology. (eds. T
Okaichi., D.M. Anderson, T. Nemoto), Elsevier, Amsterdam, 1989, p. 363-366.
11. Noguchi T., Jeon J.-K., Arakawa
O., Sugita H., Deguchi Y., Shida Y., Hashimoto K. Occurrence
of tetrodotoxin and anhydrotetrodotoxin in Vibrio sp. isolated from the
intestines of a xanthid crab, Atsergatis floridus. // J. Biochem., 1986,
v. 99, p. 311-314.
12. Okami Y. The search
for bioactive metabolites from marine bacteria. // J. Mar. Biotechn., 1993,
v. 1, p. 59-65.
13. Rosenfeld W.D., ZoBell C.E.
Antibiotic production by marine microorganisms. // J. Bacteriol., 1947,
v. 54, p. 393-398.
14. Simidu U., Noguchi T., Koi T.,
Hashimoto. Marine bacteria that produced tetrodotoxin. // Appl.
Environ. Microbiol., 1987, v. 53, p. 1714-1715.
15. Yasumoto T., Uasumuta D., Yotsu
M., Michishita T., Endo A., Kotaki Y. Bacterial production
of tetrodotoxin and anhydrotetrodotoxin. // Agric. Biol. Chem., 1986, v.
50, p. 793-795.
16. Yazawa K., Araki K., Watanabe
K., Isikawa C., Inoue A., Kondo K., Watabe S., Hasimito K.
Eicosapentaenoic acid productivity of the bacteria isolated from fish intestines.
// Nippon Suisan Gakkaishi, 1988, v. 54, p. 1835-1838.
17. World Directory of Collectons
of Cultures of Microorganisms. Bacteria, fungi and yeast. // 1993. Fourth
Edition. H. Sugawara, J. Ma, S. Miyazaki, J. Shimura, Y. Takishima - eds.,
WFCC World Data Center on Microorganisms, p. 117.
18. ZoBell C.E. Marine
Microbiology. // Chronica Botanica Company, Waltham, USA, 1946, 240 p.
19. ZoBell C.E., Upham H.C.
A list of marine bacteria including descriptions of sixty new species.
// Bull. Scripps Inst. Oceanogr. Univ. Calif. Tech. Ser., 1944, v. 5, p.
239-292.
МИХАЙЛОВ Валерий
Викторович, доктор биологических наук, зав. лабораторией микробиологии
и куратор Коллекции морских микроорганизмов
ТИБОХ ДВО РАН E-mail: mikvv@piboc.marine.su Факс: (7-4232) 314050, (7-4232)
311168
