BioScience Blog – Научный Биологический блог

Ассоциативные азотфиксирующие бактерии Paenibacillus polymyxa хорошо известны как активные продуценты ряда биологически активных веществ [1,2], в том числе экзополисахаридов (ЭПС) [3,4], обладающих рядом уникальных свойств, что позволяет широко использовать их в медицине, химической, нефтедобывающей, пищевой промышленности и сельском хозяйстве. С помощью иммунофлюоресцентных антител продемонстрирована способность бактерий данного вида колонизировать корни растений и проникать внутрь корневых тканей [5,6].

Цель данной работы состояла в получении физико-химических характеристик ЭПС ряда штаммов P. polymyxa и изучении их роли в формировании растительно-микробных ассоциаций.

В качестве объектов исследования использовали изолированные ЭПС нескольких штаммов терийбак P. polymyxa: 1465 (ATCC 8523), 1460 (ATCC 1041) и 92 (VNIISHM 92). Культуральную жидкость (КЖ) после выращивания бактерий разбавляли водой для снижения вязкости, центрифугировали, супернатант концентрировали в вакууме до первоначального объема, ЭПС осаждали ацетоном, лиофильно высушивали и анализировали. Содержание углеводов в суммарных препаратах ЭПС достигало 72-75%, белка 1,6-2,2%.

Выявлена гетерогенность препаратов ЭПС всех штаммов по молекулярной массе (7Ч106-2Ч106 Да) и заряду, а для штаммов 1465 и 92 установлено преобладание высокомолекулярных кислых фракций при культивировании бактерий на среде с глюкозой. Показано, что ЭПС являются нерегулярными по структуре, разветвленными экзогликанами, в состав которых входят глюкоза, манноза, галактоза и уроновые кислоты.

Согласно рекомендациям, приведенным в работе [7], нами исследована способность штаммов P. polymyxa, отличающихся по выходу и реологическим свойствам ЭПС, к формированию биопленок на абиотических поверхностях (стекло, полистирол).Было показано, что хорошо выраженные биопленки на стеклянных и пластиковых поверхностях образуются клетками штаммов 1465 и 92. Существенно снижена способность к формированию биопленок у штамма 1460. Следует заметить, что штамм 1465 характеризовался наибольшим выходом ЭПС (до 4 и 12 г/л на глюкозе и сахарозе соответственно), более высокими значениями вязкости КЖ и водных растворов ЭПС (вязкость 0,1% растворов ЭПСГЛ в среднем составляет 4,5 мм2/с, ЭПСсах — 1,4 мм2/с). Продукция экзогликанов бактериями P. polymyxa 1460 была в среднем в 4 раза меньше, а вязкость 0,1% растворов ЭПС находилась на уровне контрольных значений и составляла около 1,3 мм2/с.

Образование деформаций (Д) корневых волосков является одним из наиболее ранних откликов растения на присутствие в окружающей среде

бактерий и может служить количественным показателем отзывчивости растения на инокуляцию. Посредством слайдовой техники Fahraeus нами показано, что анализируемые ЭПС в концентрации 0,125 мг/мл увеличивали количество Д по сравнению с контролем. Достоверные эффекты в рядке убывания активности наблюдались для ЭПС штаммов 1465, 92 и 1460 (26,13±0,84,19,86±0,98 и 6,82±0,77 соответственно).

На основании полученных результатов, предполагается существенная роль ЭПС ризобактерий P. polymyxa в процессах формирования растительно-микробных ассоциаций и в адгезии клеток на различных субстратах.

Литература

1.                                   Lebuhn M. et al.
Production of auxin and other indolic and phenolic compounds by Paenibacillus polymyxa strains isolated from different proximity to plant roots // FEMS Microbiol. Ecol. – 1997. – V. 22, № 4. – P. 325-334.

2.                                    Timmusk S. et al. Cytokinin production by Paenibacillus polymyxa // Soil Biology and Biochemistry. – 1999. – V. 31. – P. 1847-1852.

3.                                   Hebbar K.P. et al. Characterization of exopolysaccharides produced by rhizobacteria // Appl. Microbiol. Biotechnol. – 1992. – V. 38. – P. 248-253.

4.                                   Матора А.В. и др. Бактериальный полисахарид полимиксан 88А. Основные характеристики и сферы возможного применения // Прикл. биохим. и микробиол. – 1992. – Т. 28, № 5. – С. 731-737.

5.                                    Timmuck S. et al. Paenibacillus polymyxa invades plant roots and forms biofilm // Appl. Environ. Microbiol. – 2005. – V. 71. – № 11. – P. 7292-7300.

6.                                       Shishido M. et al. Endophytic colonization of spruce by plant growth-promoting rhizobacteria // FEMS Microbiol. Ecol. – 1999. – V. 29. – P. 191-196.

7.                                     Ferrieres L., Clarke D.J. The RcsC sensor kinase is reqired for normal biofilm formation in E. coli K12 and controls the expression of a regulon in respons to growth on a solid surface//Mol. Microbiol.- 2003. – V. 50, № 5.-P. 1665-1682.