ОСОБЕННОСТИ РОСТА БАКТЕРИЙ BALILLUS SUBTILIS И ESCHERICHIA COLI НА ПЕКТИН-КАЛЬЦИЕВЫХ ГЕЛЯХ

FEATURES GROWTH OF BACTERIA BACILLUS SUBTILIS AND ESCHERICHIA COLI ON PECTIN-CALCIUM GELS

Anatoly Shubakov

candidate of Biological Sciences, Associate Professor of Group of Biotechnology of Institute of Physiology, Komi Science Centre, The Urals Branch of the Russian Academy of Sciences,

Russia, Syktyvkar

Elena Mikhailova

researcher of Group of Biotechnology of Institute of Physiology, Komi Science Centre, The Urals Branch of the Russian Academy of Sciences,

Russia, Syktyvkar

АННОТАЦИЯ

Исследован рост бактерий Bacillus subtilis и Escherichia coli на пектин-кальциевых гидрогелях. Источниками пектинов являлись яблочный пектин, танацетан, силенан, лемнан. Изучение способности бактерий расти на поверхности гидрогелей проводили в чашках Петри. Титр клеток бактерий определяли по чашечному методу Коха. Показано, что пектин-кальциевые гели, в отличие от среды МПА, не способствуют росту бактерий и, вероятно, обладают в той или иной степени антибактериальной активностью.

ABSTRACT

Growth of bacteria of Bacillus subtilis and Escherichia coli on pectin-calcium hydrogels is investigated. Sources of pectins were apple pectin, tanacetan, silenan, lemnan. Studying of ability of bacteria to grow on the surface of hydrogels was carried out in Petri dishes. The titer of bacteria cells was determined by Koch plate method. It has been shown that pectin-calcium gels, unlike the MPA medium, does not contribute to the growth of the bacteria and probably have varying degrees of antibacterial activity.

Ключевые слова: пектин-кальциевые гели; рост бактерий; Bacillus subtilis; Escherichia coli; яблочный пектин; танацетан; силенан; лемнан.

Keywords: pectin-calcium gels; growth of bacteria; Bacillus subtilis; Escherichia coli; apple pectin; tanacetan; silenan; lemnan.

Пектины являются водорастворимыми биологически активными полимерами, которые широко используются в медицине, пищевой промышленности, сельском хозяйстве [7, с. 677]. Пектины являются комплексным семейством гетерополисахаридов, которые составляют большую часть первичных клеточных стенок двудольных растений и играют важную роль в их росте и развитии. Пектиновые полисахариды образованы несколькими структурными элементами, наиболее важными из которых являются гомогалактуронан (HG) и рамногалактуронан I типа (RG-I), которые часто описываются как соответственно «гладкий» и «шероховатый» регионы. HG состоит из (1–4) связанных остатков α-D-галактуроновой кислоты, которые могут быть частично метоксилированными и иногда частично ацетилированными. Пектины со степенью этерификации (DM) больше 50 % известны как высокометоксилированные (HM) пектины, и низкометоксилированные (LM) пектины имеют DM меньше 50 % [8, с. 267]. Низкометоксилированные пектины формируют гели в присутствии ионов кальция, при этом происходит кросс-связывание молекул пектина ионами кальция [2, с. 59].

Исследована способность грамположительных бактерий Bacillus subtilis ВКПМ B-105 и грамотрицательных бактерий Escherichia coli ВКПМ B-8208 расти на поверхности пектин-кальциевых гидрогелей. Источниками пектинов являлись коммерческий яблочный пектин AU701 (Herbstreith & Fox KG, Германия) и пектины (танацетан, силенан, лемнан), выделенные в Отделе молекулярной иммунологии и биотехнологии Института физиологии Коми НЦ УрО РАН из соответственно пижмы обыкновенной Tanacetum vulgare L., смолевки обыкновенной Silene vulgaris (M.) G., ряски малой Lemna minor L.

Танацетан, пектин из соцветий пижмы, содержит линейную главную углеводную цепь галактуронана из α-1,4-связанных остатков D-галактопиранозилуроновой кислоты и разветвленную область рамногалактуронана I, в котором к кору присоединены боковые цепи, содержащие замещенные в 3,5- и 5-положениях остатки α-арабинофуранозы и терминальные остатки α-арабинофуранозы и β-галактопиранозы [5, с. 33; 6, с. 52].

Силенан, пектиновый полисахарид из смолевки обыкновенной, содержит участки линейного α-1,4-D-галактуронана и разветвленные области. В состав кора разветвленных участков силенана, кроме остатков α-1,4-D-галактопиранозилуроновой кислоты, входят остатки 2-замещенной α-рамнопиранозы. Силенан содержит блоки из остатков α-1,5-связанной арабинофуранозы и β-1,4-связанной галактопиранозы. Скорее всего, они представляют собой боковые цепи рамногалактуронана. На невосстанавливающих концах этих боковых цепей находятся остатки α-арабинофуранозы. Таким образом, силенан представляет собой разветвленный рамногалактуронан с небольшим числом боковых арабиногалактановых цепей [1, с. 27; 3; 690].

Лемнан из ряски малой является пектином наиболее сложного строения и имеет в макромолекуле участки α-1,4-D-галактуронана и апиогалактуронана. Апиогалактуронан представляет собой разветвленный полисахарид, имеющий главную углеводную цепь из α-1,4-связанных остатков D-галактопиранозилуроновой кислоты с низкой степенью метоксилирования и боковые цепи, присоединенные во 2- и 3-положения остатков галактуроновой кислоты главной цепи и состоящие из единичных или 1,5-связанных остатков D-апиофуранозы [4, с. 743].

Контролями служили мясо-пептонный агар (МПА), стандартная среда для культивирования бактерий, и 2 % гель полисахарида агара, устойчивого в воздействию микроорганизмов.

Глубинное культивирование бактерий проводили в течение 2-х суток в колбах Эрленмейера с рабочим объемом мясо-пептонного бульона 200 мл при перемешивании (220 об./мин) и температуре +25^°С. Титр клеток бактерий определяли по чашечному методу Коха. Изучение способности бактерий расти на поверхности гидрогелей проводили в чашках Петри. Поверхность гелей засевалась соответствующе разведенными культурами бактерий и проводилась инкубация при температуре +25 ^°С вплоть до 10 суток. Способность к росту бактерий на поверхности гелей оценивали по числу КОЕ (колониеобразующая единица).

Самое активное образование колоний происходит на среде МПА и их число через 2 суток составляет для B. subtilis и E. coli соответственно 3,4 х 10¹⁴ и 3,8 х 10¹³ КОЕ/мл. Напротив, роста бактерий на агаровом геле не наблюдается. При росте на геле 2 % яблочного пектина образование колоний бактерий происходит через 5–6 суток в количестве до 2,0 х 10⁵ КОЕ/мл. Однако, образование колоний бактерий при росте на 3 % гелях танацетана, силенана и лемнана не происходит.

Таким образом, пектин-кальциевые гели не способствуют росту бактерий и, вероятно, обладают в той или иной степени антибактериальной активностью.

Список литературы:

1. Бушнева О.А., Оводова Р.Г., Мишарина Е.А. Силенаны – полисахариды смолевки обыкновенной (Silene vulgaris) // Химия раст. сырья. – 1999. – № 1. – С. 27–32.
2. Гюнтер Е.А., Мелехин А.К. Адгезия Bacillus subtilis на поверхности пектин-кальциевых гелей // Прикл. биохим. микробиол. – 2015. – Т. 51, № 1. – С. 59–64.
3. Оводова Р.Г., Бушнева О.А., Шашков А.С., Оводов Ю.С. Выделение и исследование строения полисахаридов из смолевки обыкновенной Silene vulgaris // Биоорган. химия. – 2000. – Т. 26, № 9. – С. 686–692.
4. Оводова Р.Г., Головченко В.В., Шашков А.С., Попов С.В., Оводов Ю.С. Структурное исследование и физиологическая активность лемнана, пектина из Lemna minor L. // Биоорган. химия. – 2000. – Т. 26, № 10. – С. 743–751.
5. Полле А.Я., Оводова Р.Г., Попов С.В. Выделение и общая характеристика полисахаридов из пижмы обыкновенной, мать-и-мачехи и лопуха войлочного // Химия раст. сырья. – 1999. – № 1. – С. 33–38.
6. Полле А.Я., Оводова Р.Г. Шашков А.С., Оводов Ю.С. Выделение и общая характеристика полисахаридов пижмы обыкновенной // Биоорган. химия. – 2001. – Т. 27, № 1. – С. 52–56.
7. Maksudova Sh.D., Milusheva R.Yu., Kholmuminov A.A., Rashidova S.Sh. Nanostructures of pectin and its metal complexes // Chem. Nat. Compd. – 2010. – Vol. 46, № 5. – P. 677–681.
8. Morris G.A., Kők M.S., Harding S.E., Adams G.G. Polysaccharide drug delivery systems based on pectin and chitosan // Biotechnol. Gen. Eng. Rev. –2010. – Vol. 27. – P. 257–284.