А.А. АДАМЕНКО,
Дальневосточный государственный университет

Морские микроорганизмы – продуценты небелковых токсинов

Морские микроорганизмы оказывают существенное влияние на экологию моря, а потоки энергии в морских системах напрямую зависят от метаболической активности микробных сообществ.

Микробные биоценозы океана – древнейшие на планете и по видовому составу отличаются от биоценозов суши. Многие морские микроорганизмы обладают признаками, не встречающимися у наземных микроорганизмов. Рассмотрим группы морских бактерий, выделенных по таким признакам.

Психрофильные бактерии – холодолюбивые бактерии, способные существовать при температурах 0 °С и ниже, часто встречаются в водах Арктики и Антарктики, на поверхности снега, ледников. Среди них выделяют облигатных и факультативных психрофилов. Верхний температурный предел для первых составляет +20 °С, для вторых – около +30 °С. Облигатные психрофилы живут при относительно постоянных температурах, а факультативные выносят и резкие изменения температуры. Известны среди всех групп микроорганизмов, кроме актиномицетов.

Галофильные бактерии – обитают в соленой воде. Экстремальные галофилы развиваются в средах с концентрацией хлорида натрия 15–32% (бактерии родов Halobacterium, Halococcus). Большинство морских бактерий относится к слабым галофилам: оптимальная концентрация соли для них составляет 2,5–3%, а при концентрации менее 0,5% они не развиваются. Однако некоторые морские бактерии развиваются и в пресной воде, а другие, напротив, при концентрации соли более 20%.

Барофильные бактерии хорошо переносят высокие давления. Большинство наземных бактерий гибнет при гидростатическом давлении в 200–500 атм, что соответствует глубине 2–5 тыс. м, а некоторые глубоководные бактерии в таких условиях развиваются лучше, чем при нормальном давлении.

Термофильные бактерии – живут при высоких температурах. Некоторые из них способны жить и при температуре около +110 °С на большой глубине, т.е. являются одновременно и барофилами. Облигатные термофилы не развиваются при температуре ниже +45 °С (роды Тhermoproteus, Thermoplasma). Термофильные бактерии встречаются и на суше, и в пресных водоемах.

Условия жизни морских микроорганизмов обусловливают особенности их биохимии: способность существовать и размножаться в экстремальных условиях обеспечивается специальными ферментами, особенностями строения структурных белков, состава мембран и т.п. Поэтому морские микроорганизмы являются перспективными источниками новых биологически активных веществ, среди которых есть и токсины.

Так, тетродотоксин – один из сильнейших небелковых токсинов – синтезируется обитающими в организме динофлагеллят бактериями Vibrio cholerae, Vibrio alginolyticus, а также представителями родов Bacillus, Micrococcus.

Вид V.alginolyticus – один из наиболее распространенных видов в районах умеренных и тропических вод. Эти бактерии изобилуют в морской воде, на коже и в кишечнике рыб. И если они действительно являются активными продуцентами тетродотоксина, мы можем столкнуться с проблемой небезопасности морских продуктов.

При исследовании разных видов морских бактерий было обнаружено, что 7 из 11 видов семейства Vibrionaceae продуцируют тетродотоксин. Эти виды включают патогены людей и рыб, такие как V.parahaemolyticus, V.alginolyticus, V.anguillarum и Aeromonas salmonicida. Было обнаружено, что V.cholerae содержит вещество, блокирующее натриевый ионный канал. Анализ показал, что это вещество – тетродотоксин. Затем тетродотоксин был обнаружен и в штаммах Alteromonas и Shewanella.

До 1988 г. бактерии, продуцирующие токсин, в основном выделяли из токсинсодержащих животных и водорослей. Большинство ученых считали кишечную флору животных наиболее вероятным производителем тетродотоксина. Однако иглобрюхие рыбы в аквакультуре не содержат тетродотоксина, а сравнение кишечных флор иглобрюхих, обитающих в естественных условиях и культивируемых, показало, что они заметно не различаются. В частности, кишечник как свободно живущих, так и культивируемых рыб в сопоставимых количествах населяют представители группы вибрионов, включающих V.alginolyticus. Поэтому на вопрос о том, каким образом токсины накапливаются в животных, пока нет убедительного ответа.

Анализ морских донных отложений показал, что в их поверхностных слоях содержание тетродотоксина колебалось в пределах 25–90 нг на 1 г влажного осадка. Это означает, что приблизительно 10 г донных осадков содержат смертельную для мыши дозу токсина (200 нг). Даже в отложениях, взятых с глубины 4 тыс. м, было обнаружено довольно большое количество тетродотоксина. Из образцов, взятых с этой глубины, было выделено около 50 штаммов бактерий, многие их которых, в частности бактерии родов Bacillus и Micrococcus, продуцировали тетродотоксин.

Эти бактерии, особенно Bacillus, являются одними из самых распространенных и в наземных условиях, и в пресных водоемах. Если тетродотоксин производится бактериями в донных отложениях пресных водоемов, то именно с этим может быть связан известный факт, что большинство видов тритонов и некоторые виды лягушек содержат тетродотоксины.

Недавно эта возможность была проверена в Японии. Были проанализированы пробы донных осадков озера Сува и городского пруда в Токио. Небольшое количество токсинов было обнаружено только в пробах, взятых из озера Сува. Тем не менее бактерии родов Bacillus, Micrococcus, Flavobacterium и Alcaligenes, выделенные из осадков обоих водоемов, способны продуцировать тетродотоксин.

Очевидно, что если какие-то бактерии синтезируют тетродотоксин, то это им зачем-то нужно. Однако функции тетродотоксина в жизни этих бактерий пока непонятны.