Микроскопическое исследование структуры биопленок, образуемых бактериями Rhizobium leguminosarum

Список сокращений и условных обозначений 4
ВВЕДЕНИЕ 5
Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1.1. Биопленки как форма существования микроорганизмов 10
1.2. Этапы формирования бактериальных биопленок 14
1.3. Структурно-функциональные особенности биопленок 17
1.4. Молекулярные сигналы в формировании биопленок 25
1.5. Образование биопленок ризобактериями 27
1.6. Бактериальные адгезины 31
1.7. Гены модификаторы механизмов формирования биопленок 33
Глава 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
2.1. Объекты исследования 35
2.2. Питательные среды и условия культивирования 36
2.3. Микроскопические исследования структур биопленок 37
2.4. Окрашивание по методу Грама 37
2.5. Оценка зависимости числа живых клеток от времени и построение
кривой роста микроорганизмов 38
Глава 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЯ
3.1. Проведение детальных микроскопических исследований структур,
образуемых дикими и рекомбинантными по генам регуляции синтеза экзополисахаридов pssA, rosR и адгезина rapAl, штаммами бактерий рода Rhizobium 41
3.2. Оценка зависимости логарифма числа живых клеток от времени, при
росте культур на несменяемой среде диких и рекомбинантных штаммов бактерий рода Rhizobium 54
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 59
ВЫВОДЫ 62
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 63
ПРИЛОЖЕНИЕ 77
Купить

В последние десятилетия число исследований, посвященных ассоциативным азотфиксирующим бактериям, существенно возросло, так как установлена значительная роль ризобактерий в жизнедеятельности многих сельскохозяйственных растений. Изучены разнообразные механизмы действия почвенных микроорганизмов, способствующих стимуляции роста растения, улучшения азотного питания, устойчивости к стрессовым факторам, повышению его продуктивности, а также сопротивлению фитопатогенным грибковым и бактериальным штаммам (Спайнк и др., 2002; Kravchenko et al., 2002).
Наиболее важными и перспективными среди ассоциативных ризобактерий являются почвенные бактерии из рода Rhizobium (клубеньковые бактерии) - грамотрицательные микроорганизмы, способные вступать во внутриклеточный симбиоз с бобовыми растениями и обеспечивать фиксацию атмосферного азота. Бактерии этого рода обладают ростостимулирующим эффектом, который обеспечивается путем синтеза веществ фитогормональной природы (цитокинины, ауксины, гиббереллины, и другие), витаминов, веществ антибиотической и противогрибковой природы, фиксации молекулярного азота и ингибирования синтеза этилена растений, улучшая поглощение питательных веществ, повышенной стрессоустойчивости, растворения неорганического фосфата и минерализации органического фосфата (Хакимова, 2017), что позволяет их отнести к PGPR-микроорганизмам (Plant Growth Promoting Rhizobacteria) - бактерии ризосферы, оказывающие положительное многофункциональное воздействие на растения и повышающих их продуктивность (Бухарин и др., 2007; Pliego et al., 2011; Nadeem et al., 2014). Стимулирующие рост растений ассоциативные ризобактерии оказывают влияние на физиологические процессы растений, урожайность и качество растительной продукции (Звягинцев и др., 1993), поэтому они все шире применяются в отечественном и мировом земледелии (Завалин, 2005). Также ризобии могут способствовать росту небобовых растений, косвенно взаимодействуя с другими полезными микроорганизмами (Цавкелова и др., 2005, 2006; Kao et al., 2005; Kang et al., 2006; Хакимова, 2017).
Основной формой существования ризобактерий в естественных условиях являются связанные с поверхностью сообщества - биоплёнки. Установлено, что более 90 % бактерий живет не в виде свободно
существующих клеток, а к прикрепленному к субстрату форме. Связано это с тем, что в составе биопленок бактерии приобретают качественно новые свойства по сравнению с микроорганизмами в планктонной форме. Такие биопленки представляют собой бактериальные сообщества, состоящие из клеток, которые прикреплены к поверхности или друг к другу и заключены в матрикс, синтезированных ими внеклеточных полимерных веществ, демонстрирующие измененный фенотип, проявляющийся другими параметрами роста и экспрессии специфичных генов (Tetz 1996; Branda et al., 2005; Zhurina et al., 2014; Окулич и др., 2017).
Физиологическое значение образования биопленок ризобиями состоит в создании и поддержании благоприятных условий для их существования, которые функционируют как структуры устойчивые к факторам стресса, таким как засуха, нехватка питательных веществ, УФ- излучение, хищничество и антибиоз (Flemming, 1993; Gilbert et al., 1997; Стрелкова и др., 2013).
В настоящее время считается общепринятым представление о том, что развитие биопленочных сообществ является одной из основных стратегий выживания микроорганизмов не только в окружающей среде, но и в организме человека и животных (Чернявский, 2013). Связано это с тем, что, биопленки являются одним из патогенетических факторов формирования хронических инфекционных процессов (Costerton et al., 1999). B первую очередь это касается заболеваний, связанных с использованием имплантируемых устройств (катетеров, протезов, искусственных клапанов сердца). С биопленочными инфекциями также связаны многие хронические заболевания - муковисцидозная пневмония, средний отит, остеомиелит, патология зубов и околозубных тканей, инфекции мочевыводящих путей. Именно биопленочные сообщества проявляют значительно более высокую устойчивость - до 1000 раз - к антибиотикам и другим лекарственным препаратам, что крайне затрудняет борьбу с инфекциями, вызванными различными патогенными бактериями (Хмель, 2014).
Изучение биопленок в настоящее время вызывает огромный интерес исследователей, главным образом, в связи с тем, что этот способ существования бактерий создает большие проблемы в медицинской практике. Данный факт подчеркивает важность изучения образования биопленок. В рамках данного исследования мы изучали образование биопленок на примере бактерий рода Rhizobium, связанного с определением экспрессии генов, ответственных за различные стадии развития биопленок и их регуляцию.

Купить