Полная версия

Главная arrow Медицина arrow Вестник новых медицинских технологий, 2014, Том 21. №4

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

РЕДАКЦИОННЫЙ ПОРТФЕЛЬ

УДК: 616:579.61; 616:612.017.1 DOI: 10.12737/7288

ЗАВИСИМОСТЬ БИОЛОГИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ БАКТЕРИЙ BACILLUS SP. ИЗ МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ ПОРОД ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ

Л.Ф. КАЛЁНОВА, А.М. СУББОТИН, А.С. БАЖИН, М.А. НОВИКОВА

Тюменский научный центр СО РАН, ух. Малыгина, 86, ТюмНЦ СО РАН, Тюмень, Россия, 625026

Аннотация. Ископаемые бактерии в многолетнемерзлых породах эволюционно адаптированы к отрицательным температурам (-52С), а современные бактерии-пробиотики адаптированы к существованию в теплокровном организме (372С). Установлено, что при -52С ферментативная активность ископаемых бактерий Bacillus sp. штамма MG8 находится на минимальном уровне. При понижении температуры инкубации до -162С ферментативная активность бактерий MG8 увеличивается в 3 раза, при повышении температуры до 422С в 1,5 раза относительно штамма IP5832 бактерий-пробиотиков Bacillus cereus. Ископаемый штамм Bacillus sp. MG8 и штамм бактерий-пробиотиков B.cereus IP5832 при температуре инкубации 372С практически не отличаются друг от друга по ферментативной активности in vitro и степени токсичности для лабораторных животных in vivo. Инкубация ископаемых бактерий Bacillus sp. при -52С способствует снижению их токсичности для теплокровных животных в 5 раз по сравнению с Bacillus cereus JP5832 и повышению иммуностимулирующего эффекта в дозах от 0,005Г06 до 50Г06 микробных клеток на мышь. Полученные данные показывают, что ископаемые сапрофитные бактерии штамма MG8 Bacillus sp. из мерзлоты являются менее токсичными для современных млекопитающих, чем даже бациллы-пробиотики медицинского назначения. Реакции иммунной системы свидетельствуют о наличии у штамма MG8 Bacillus sp. системного иммуностимулирующего эффекта, характерного для действия адаптогенов и пробиотиков. Не исключено, что подобные свойства Bacillus sp. могли иметь изначально или приобрели в процессе адаптации изолированных колоний к экстремальным условиям вечной мерзлоты.

Ключевые слова: микроорганизмы из многолетнемерзлых пород, ферментативная активность, температура инкубации, токсичность, реакции иммунной системы.

DEPENDENCE OF THE BIOLOGICAL ACTIVITY OF THE PERMAFROST BACTERIA BACILLUS SP. ON

TEMPERATURE

L.F. KALENOVA, A.M. SUBBOTIN, A.S. BAZHIN, M.A. NOVIKOVA

Tyumen Scientific Center, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, st. Malygina, 86, TyumNTs SB RAS, Tyumen,

Russia, 625026

Abstract. Fossil bacteria in permafrost evolutionarily adapted to low temperatures (-52C), modern probiotics bacteria are adapted to living in warm-blooded animals (372C). It was found that at -52C, the enzymatic activity of fossil bacteria Bacillus sp. MG8 is a minimal strain. At lowering the incubation temperature to -162C, the enzymatic activity of bacteria MG8 increases in 3 times, at the temperature 422C - in a 1.5times relative IP5832 strain probiotic bacteria Bacillus cereus. Fossil strain Bacillus sp. MG8 and probiotic bacterial strain B.cereus IP5832 at incubation temperature 372C practically don't differ from each other in the enzymatic activity in vitro and toxicity in laboratory animals in vivo. Incubation fossil bacteria Bacillus sp. at -52C allows to reduce their toxicity in warm-blooded animals in 5 times in comparison with Bacillus cereus JP5832, and to increase immunostimulating effect in the doses from 0,005T06 to 50Г06 microbial cells per mouse. The obtained data show that fossil saprophytic bacteria strain MG8 Bacillus sp. from permafrost are less toxic to modern mammals than even bacilli-probiotics for medical purposes.

Key words: microorganisms from permafrost, enzymatic activity, incubation temperature, toxicity, immune system reactions.

Разработанный как компонент стратегической безопасности в России Системный экологический

мониторинг предусматривает установление причинно-следственных связей между внешними воздействиями, здоровьем и качеством жизни людей; прогнозирование неблагоприятных явлений и процессов; предупреждение, минимизацию или ликвидацию негативных природных и техногенных воздействий. В перспективе - поиск новых подходов к лечению заболеваний, восстановление «здравоохранительной» стратегии вместо «лечебной» [1]. В последнее десятилетие получило свое развитие новое научное направление - геомедицина, одной из задач которой является поиск средств адаптации человека к современным условиям, связанным с вариациями погоды и климата, загрязнением окружающей среды, длительными полетами и погружениями и т.д. [3].

Наиболее адекватными мерами для восстановления «здравоохранительной» стратегии и построения эффективной системы адаптации к широкому спектру внешних воздействий могут служить микроорганизмы-пробиотики. Они активируют преимущественно неспецифические реакции в макроорганизме, которые заключаются в повышении резистентности к инфекциям и неблагоприятным факторам внешней среды. Хотя большинство бактерий, обладающих пробиотическими свойствами, являются представителями семейств Lactobacillus и Bifidobacterium, все чаще в таком качестве стали использоваться сапрофитные бактерии, в особенности из рода Bacillus [6]. Бактерии рода Bacillus широко распространены в биосфере, включая воздушный бассейн, почвенный покров, моря и океаны, внутренние водоемы материков и криогенные среды. Это наиболее древние микроорганизмы, с которыми на протяжении всей истории своего существования сталкивался человек. Неудивительно, что при гаком широком распространении микроорганизмы рода Bacillus могут оказывать выраженное влияние на жизнедеятельность организмов растительного [4] и животного происхождения [6-9]. В настоящее время активно изучаются возможности их использования в медицине и ветеринарии в качестве пробиотиков и только российскими учеными заявлены более 20 наименований препаратов на основе представителей рода Bacillus. В качестве примера медицинского использования можно привести лекарственный препарат «Бактисубтил» (Франция), действующим началом которого является В. cereus JP 5832.

В последнее десятилетие внимание научной общественности привлекают ископаемые бактерии, выделенные из многолетнемерзлых пород (ММП), возраст которых исчисляется тысячами и даже миллионами лет. Так, в пробах многолетнемерзлых пород Центральной Якутии возрастом более 3,5 млн. лет обнаружены жизнеспособные микроорганизмы, в том числе из рода Bacillus. [2,5]. Исследование одного штамма из сообщества ископаемых бактерий продемонстрировало его способность повышать качество и продолжительность жизни лабораторных мышах [10]. Учитывая, что в вечной мерзлоте в течение длительного времени (тысячелетия) существуют постоянно пониженные температуры, значительные ограничения состава питательного субстрата, особые состояния энергетического обмена представляется актуальным оценить влияние других температурных условий на биологический потенциал ископаемых бактерий. Актуальность подобного роста исследований ассоциируется также с важностью проблемы создания новых биопрепаратов, способных повышать адаптационный потенциал современных живых систем.

Цель исследования - изучить влияние температуры на биологическую активность микроорганизмов Bacillus sp. из многолетнемерзлых пород в условиях in vitro и in vivo.

Материалы и методы исследования. Объектом исследования выбран штамм MG8 Bacillus sp., выделенный из проб реликтовой мерзлоты Центральной Якутии, средняя температура которой составляет -5дС. Bacillus sp. штамм MG8 (РМО) стационарно хранится в жидком азоте при температуре -18CFC в полистироловых пробирках в аликвотах по 10-106 микробных клеток (м.кл.) в 1 мл дистиллированной воды. Перед культивированием РМО размораживаются в течение 30 минут при температуре 20-22еС. Температурный оптимум роста бацилл находится в пределах 20УС- 26дС, они хорошо растут при 37дС, при -5дС признаки роста колоний обнаруживались через 2-3 месяца, а при -16дС роста колоний не выявлено в течение 6 месяцев.

В данном исследовании определяли влияние температуры преинкубации на биологическую активность бактерий in vitro (численность, жизнеспособность и ферментативная активность) и in vivo (выживаемость и реактивность иммунной системы теплокровного организма). В качестве контроля сравнения выбран штамм IP5832 современных бацилл-пробиотиков B.cereus (СМО) из лекарственного препарата «Бактисубтил» (Франция). Накануне исследования СМО в аликвотах по 10-106 в 1 мл дистиллированной воды выдержали в жидком азоте в течение недели. Дальнейшие манипуляции с СМО проводили параллельно с РМО.

Для исследования биологической активности штамма MG8 in vitro бактерии аликвотировали по 2000106; 1000-106; 500-106 ; 250-106 м.кл. в 2 мл физиологического раствора (0,9% раствора NaCl) в стерильные полистироловые пробирки. В течение 72 часов аликвоты бактерий инкубировали при выраженных положительных температурах (42дС и 37дС); температурах, близких к температуре вечной мерзлоты и циклам «замораживания-оттаивания» (5дС и -5дС), и выраженной отрицательной температуре (-16дС). Затем выдерживали их в течение 30 минут при температуре 20-22дС, делали посевы аликвот на плотные питательные среды по 5 чашек Петри на дозу, культивировали при 26дС (оптимальная темпеТаблица 1

Концентрация микроорганизмов (х106 м. кл.) in vitro

Штамм

Исходный уровень

«42"С»

«37“С»

«5‘-'С»

«-5-С»

«-16иС»

СМО

2000±10

2210±70

2230±90

2000+20

1970±40

1960±50

1000±60

1010±60

1120±80

1100±70

980±60

980±60

500±40

520±30

530±20

510±30

490±30

490±30

РМО

2000±50

2020±80

2130±70

2170±80

2040±60

2000±70

1000±70

1010±60

1030±80

1020±80

1000±40

980±20

500±30

500±20

540±20

510±30

520±20

510±30

ратура роста РМО) и через 24 часа проводили подсчет выросших колоний. Высевы проводили в трех повторностях для каждой температуры. Это позволило оценить влияние температуры преинкубации на сохранение численности и жизнеспособности бактерий. Для оценки влияния температуры преинкубации на ферментативную активность бактерий in vitro проводили их посевы на питательные среды с легкоусвояемыми углеводородными соединениями (маннитом, глюкозой, маннозой, сахарозой, араби- нозой и среду Симмонса).

Исследование биологической активности MG8 in vivo проведено на лабораторных животных. На 290 мышах F1 CBA/Black-б весом 18-21 г была оценена степень выживаемости животных после введения бактерий. Для этого бактерии (РМО и СМО) преин- кубировали в течение 72 часов при температурах 42дС, 37дС, 4дС, -5дС и -16дС, выдерживали 30 минут при температуре 20-22дС и вводили животным внут- рибрюшинно в 3-х дозах: 1000Т06 ; 500-106 и 250Т06 м.кл. в 0,5 мл физиологического раствора. Контрольным животным вводили по 0,5 мл физиологического раствора, преинкубированного в аналогичных температурных условиях. В группах с РМО было по 12 животных (так как это исследование проводилось впервые), в группах с СМО по 8 животных и в группах с физиологическим раствором по 6 животных. Наблюдение за животными проводили в течение 10 суток со вскрытием по 1-2 животных из группы через 1, 3, 5, 7 и 10 суток и визуальной оценкой состояния внутренних органов.

Для оценки влияния РМО и СМО на функциональную активность иммунной системы использовались бактерии, предобработанные температурой по схеме с наименьшим токсическим эффектом РМО. Бактерии выдерживали при -5дС в течение 72 часов с последующим 30 минутным оттаиванием при 20-22дС. Эксперимент проведен на 88 мышах FI СВА/В1аск-6 весом 18-21 г, разделенных на 11 равных групп. Использовали 5 доз - 50T06; 5Т06; 0,5Т06; 0,05Т06 и 0,005Т06 м.кл./мышь. Бактерии вводили внутрибрю- шинно в 0,5 мл 0,9% NaCl. Контрольным животным вводили 0,5 мл смыва 0,9% раствора NaCl с чистой питательной среды. На 14 сутки определяли индексы внутренних органов (тимус, селезенка, надпочечники) по отношению веса органа к весу тела (%); поглотительную (ФП, %) и метаболическую (НСТ-тест, %) активность макрофагов селезенки; активность клеточного иммунитета в реакции гиперчувствительности замедленного типа (ГЗТ) по Crowle и гуморального иммунитета по числу антителообразующих клеток в селезенке (АОК/сел) по Cunningham.

Все манипуляции с животными проведены в соответствии с «Правилами проведения работ с использованием экспериментальных животных» (Приложение к Приказу М3 СССР №755 от 12.03.1977 г.) и «Европейской конвенцией о защите позвоночных животных, используемых для экспериментов или в иных научных целях» (ETSN № 123, Страсбург, 18 марта 1986 года). Достоверность различий между группами оценивали по t-критерию Сгьюдента в программе SPSS «11,5 for Windows». Критический уровень значимости при проверке статистических гипотез в данном исследовании принимали равным 0,05 [11].

Результаты и их обсуждение. Из результатов, представленных в табл. 1 видно, что инкубация бактерий в течение 72 часов при положительных (42дС, 37дС, 5дС) и отрицательных (-5дС, -16дС) температурах не оказывает значимого влияния на численность и жизнеспособность РМО и СМО в условиях in vitro.

В то же время ферментативная активность бактерий (табл. 2) изменялась. Максимальные отличия между штаммами ископаемых и современных бактерий по ферментативной активности отмечены для температур -16дС (отличие по 4 показателям из 6) и 42дС (3 отличия), а при температурах 37дС, -5дС и 5дС по 1 отличию. Эти данные могут свидетельствовать, во-первых, что температура преинкубации оказывает влияние на функциональную активность ископаемых и современных штаммов бактерий in vitro. Во- вторых, что ископаемые и современные штаммы бацилл по-разному реагируют на изменение температуры окружающей среды. В-третьих, в экстремальных температурных условиях ископаемый штамм бацилл в 1,5-3 раза ферментативно более активен, чем его современный аналог. При понижении температуры до -16дС ферментативная активность РМО повышается в отношении моносахаридов (глюкоза и манноза) и дисахаридов (сахароза), а при повышении температуры инкубации до 42дС ферментативная активность РМО повышается в отношении моносахаридов (арабиноза) и спиртов (маннит). Факт минимальной ферментативной активности РМО при температуре -5дС может служить основанием для предположения, что в условиях мерзлоты данный штамм бактерий может находиться в состоянии ги- пометаболизма.

Температура преинкубации оказала влияние на биологическую активность бактерий in vivo (табл. 3). Первое, что обращает на себя внимание, это меньшая токсичность у штамма MG8 из ММП для современных теплокровных организмов, чем у штамма JP 5832 микроорганизмов-пробиотиков из лекарственного препарата даже в максимальной дозе 1000Т06

Ферментативная активность бактерий in vitro

Температура «42еС» «37еС» «5еС» | «-5еС» «-16”С»

СМО

Маннит

-

-

-

-

-

Глюкоза

+

-

+

+

-

Манноза

-

-

-

-

-

Сахароза

-

-

-

-

-

Арабиноза

-

+

-

+

+

Среда Симмонса

+

+

-

-

-

РМО

Маннит

+

-

-

-

-

Глюкоза

+

-

+

+

+

Манноза

-

-

-

-

+

Сахароза

-

-

-

-

+

Арабиноза

+

-

-

-

-

Среда Симмонса

-

+

+

-

-

Число

отличий между штаммами

3

1

1

1

4

Таблица 3

м.кл./мышь и вне зависимости от их температурной предобработки. Тем не менее, повышение температуры преинкубации РМО, эволюционно адаптированных к существованию при отрицательных температурах в ММП, в определенной мере увеличивает их токсичность для современных теплокровных организмов. Так, введение мышам РМО после их преадаптации к повышенным температурам (42дС и 37дС) выживаемость животных в течение 24 часов после введения бактерий в дозе 1000Т06 м.кл. была минимальной и составила лишь 8,4% (в обоих случаях). Дальнейшей гибели животных не отмечалось. Максимальный уровень выживаемости животных отмечен при введении животным РМО после их инкубации при -5дС: на дозы в 1000Т 06, 500Т06 и 250Т06 м.кл. выживаемость мышей составляет, соответственно, 41,7%, 91,7% и 100%. То есть, преинкубация бактерий штамма MG8 при температуре -5дС (естественные температурные условия обитания в мерзлоте) снижает их уровень токсичности для теплокровных организмов почти в 5 раз (!) относительно температур 37дС и 42дС.

Таблица 2

- при 37дС (табл. 2). Минимальный уровень отличия между штаммами в данном исследовании отмечен для температуры преипкубации бактерий 37дС (всего 7,9%).

У выживших животных после введения РМО в дозе 1000-106 м.кл. и СМО в дозе 500-106 м.кл. вне зависимости от температуры преипкубации бактерий наблюдалось незначительное выпадение шерстного покрова, изменение консистенции и цвета кала. У выживших животных этих групп в течение первой половины периода наблюдения отмечали снижение двигательной активности и аппетита, вялость поведенческих реакций. При вскрытии животных из данных групп через сутки отмечалось неравномерное полнокровие печени, селезёнки, изменения лимфоидного аппарата кишечника. На седьмые сутки у животных все указанные изменения возвратились к норме. У животных, которым вводили СМО в дозе 250-106 м.кл. первые сутки наблюдались незначительные изменения поведенческих реакций. Визуально нарушений внутренних органов не отмечалось.

Исходя из результатов проведенного исследования для определения влияния РМО на структурнофункциональные параметры иммунной системы животным вводили бактерии, преинкубированные при -5дС в течение 72 часов (схема с максимальной выживаемостью животных после введения РМО). В качестве контроля сравнения использовались СМО медицинского назначения (Bacillus cereus штамм IP5832), адаптированные к обитанию в теплокровном организме. СМО также преинкубировали при -5дС в течение 72 часов.

Таблица 4

Выживаемость животных в течение суток (%)

Доза

(м. кл./мышь)

«42-’С»

«37‘-С»

«5‘-'С»

«-5'-С»

«-16-’С»

Контроль

(физ.раствор)

100

100

100

100

100

СМО

1000 10'’

0

0

0

0

0

500T06

41,7

58,4

50

25

37,5

250ТО6

100

100

100

100

100

РМО

1000 106

8,4

8,4

16,7

41,7

33,4

500Т06

58,4

62,5

66,7

91,7

83,4

250ТО6

100

100

100

100

100

Отличие между штаммами (%)

42

7,9

ИЛ

86,7

57,7

Вес тела и индексы внутренних органов

Доза

(м.кл./мышь)

Вес, г

Индекс тимуса, %

Индекс

селезенки,

%

Индекс надпочечников, %

Контроль

19,8±0,27

0,234±0,012

0,460±0,017

0,056±0,002

СМО («-5°С»)

0,005-106

20,2±0,8

0,245±0,016

0,474±0,029

0,059±0,003

0,05-10"

19,9±1,1

0,285±0,018*

0,617±0,036**

0,063±0,003*

0,5-10'’

19,5±0,9

0,213±0,019

0,727±0,042**

0,064±0,002**

5-106

19,1 ±0,8

0,216±0,021

0,748±0,053**

0,072±0,003**

50-10"

18,9±0,9

0,281 ±0,024*

0,485±0,036

0,078±0,03*

РМО («-50С»)

0,005-10"

20,4±0,6

0,291±0,015**

0,733±0,035**

0,065±0,003*

0,05-10"

20,1 ±1,3

0,217±0,016

0,641 ±0,047

0,059±0,003

0,5-10"

19,8±1,2

0,190±0,017*

0,559±0,042

0,061±0,003

5-10"

19,6±0,8

0,189±0,016*

0,600±0,045

0,049±0,001*

50-10"

19,3±0,9

0,275±0,013*

0,359±0,026**

0,083±0,003**

Примечание: отличие показателей в опытной группе от контрольного уровня * - р=0,05; ** - р=0,01.

Для СМО - наоборот, минимальный уровень выживаемости животных отмечен при введении СМО после преипкубации при -5дС, а максимальный

Из результатов, представленных в табл. 4, видно, что после введения бацилл вес животных значимо не отличался от контрольного уровня, а между индексами тимуса и надпочечников не выявлено обратной отрицательной связи, что может свидетельствовать об отсутствии явного стрессорного эффекта у обоих штаммов бактерий в указанных дозах. Основное отТаблица 5

Функциональная активность иммунной системы

Доза

(м.кл./мышь)

ФП, %

нет, %

ГЗТ, %

АОК/сел.

Контроль

17,0±1,16

11,3±0,86

26,0±1,78

7917013115

СМО («-59С»

0,005-106

16,8±2,3

11,6±1,9

25,7±2,2

80987+8212

0,05-Ю6

16,2±2,5

12,3±1,9

27,9±1,8

8234716534

0,5-106

20,712,2**

16,9±2,0**

28,7±2,9

143596112345*

5-106

26,2±3,1**

21,4±2,5**

32,65±1,62*

155213+11213**

50-106

29,3±3,6**

26,4±3,9**

21,7il,9*

584648151382**

РМО («-5еС»

0,005-10'’

19,6±1,38

15,4+1,26**

34,512,26**

16613616747**

0,05-Ю6

28,9±1,94**

14,5±0,93*

29,1+2,48

312075114242**

0,5-Ю6

29,9±2,1**

16,6±0,91**

30,212,55

26653218516**

5-Ю6

31,8±2,6**

20,0±1,3**

30,912,72

25985417448**

50-Ю6

26,7±2,06**

19,111,79**

36,713,18**

9733015834*

Примечание: отличие показателей в опытной группе от контрольного уровня * - р=0,05; ** - р=0,01

личие между штаммами выявлено для дозы в 0,005-106 м.кл./мышь - РМО способствуют одновременному увеличению структурных показателей иммунной системы (индексы тимуса и селезенки, р<0,01), а у СМО подобные изменения отмечены для дозы на порядок выше - 0,05-Ю6 м.кл./мышь.

Наиболее значимо на введение сапрофитных бактерий обоих штаммов и их дозы отреагировала функциональная активность иммунной системы (табл. 5). Реакции иммунной системы на введение СМО (бацилл-пробиотиков) начинают регистрироваться на дозы от 0,5Т06 м.кл. на животное и выше. При увеличении дозы СМО до 50T06 м.кл. реакции иммунной системы изменяются резко: возрастает на 72,3% поглотительная и в 2,3 раза метаболическая активность макрофагов, функциональная активность гуморального иммунитета увеличивается особенно значимо - в 6,3 раза, при этом активность клеточного иммунитета снижается на 16,5% относительно контрольных значений. Эти данные могли свидетельствовать, что пороговой величиной, способной повышать активность иммунной системы животных до верхних пределов их физиологической нормы является доза СМО в 5-106 м.кл./мышь. Выше этой дозы СМО могут вызывать гиперактивность иммунной системы, особенно ее гуморального звена.

Реакции иммунной системы на введение РМО отличаются от реакций на СМО. Во-первых, они начинают регистрироваться значительно раньше - уже на дозу в 0,005-106 м.кл. на животное, то есть на 2 порядка ниже, чем на СМО. Во-вторых, способность у бактерий штамма MG8 стимулировать деятельность иммунной системы сохраняется в широком диапазоне доз - от 0,005-106 до 5О106 м.кл./мышь. Так, при увеличении дозы РМО до 50T06 м.кл./мышь поглотительная активность макрофагов увеличивается на 57%, а их метаболическая - на 69%, активность клеточного иммунитета увеличивается на 41%, а гуморального - лишь на 23% относительно контрольного уровня. Причем, даже на введение максимальной дозы в 50-106 м.кл./мышь функциональная активность различных звеньев иммунной системы сохраняется в пределах физиологической нормы. Следует также отметить, что максимальные значения ответа гуморального звена на введение РМО в дозе в 0,05-106 м.кл./мышь почти в 2 раза ниже таковых для СМО в дозе 50-106 м.кл./мышь.

Таким образом, проведенные исследования показали, что ископаемые микроорганизмы штамма MG8 Bacillus sp., выделенные из многолетнемерзлых пород, и современные бациллы-пробиотики штамма JP5832 Bacillus cereus способны сохранять свою численность и жизнеспособность в условиях in vitro в широком диапазоне температур. Тем не менее, между данными штаммами выявлены как общие, так и частные закономерности их реагирования на изменение температуры окружающей среды. Обращает на себя внимание факт минимального отличия между ископаемым и современным штаммами бацилл гго ферментативной активности in vitro и степени токсичности для современных теплокровных организмов после их инкубации при 37°С, что может служить основанием для использования бацилл- пробиотиков Bacillus cereus штамма IP5832 в качестве контроля сравнения при исследовании биологического потенциала ископаемых бактерий штамма MG8 Bacillus sp. на лабораторных животных. В то же время, установлены определенные отличия между данными штаммами. Ископаемый штамм бацилл MG8 является менее токсичным для современных теплокровных организмов, чем штамм IP5832 бацилл-пробиотиков из лекарственного препарата «Бактисубтил», а изменение температуры окружающей среды относительно исходного уровня (-5дС в ММП) способствует повышению ферментативной активности ископаемых бактерий in vitro: при понижении температуры до -16дС в 3 раза, при повышении температуры до 42дС в 1,5 раза относительно штамма IP5832.

Штамм MG8 ископаемых сапрофитных микроорганизмов из вечной мерзлоты оказывает выраженное и в основной своей части ггредсказуемое влияние на иммунофизиологические параметры современных млекопитающих. Следует отметить, что реакции иммунной системы на введение РМО и СМО во многом совпадают с известными: преимущественная активация фагоцитарного и гуморального звеньев иммунной системы под влиянием бактериальных антигенов; эффект дозозависимости и относительной полярности ТЫ/ТБ2-зависимого иммунного ответа.

В то же время определенные особенности реактивности иммунной системы выявлены. Известно, что при любом стрессорпом воздействии, в том числе антигенном, наблюдается, в том числе, реципрок- ность в изменении морфофизиологической активности тимуса (снижение индекса органа) и надпочечников (повышение индекса органа). В данном исследовании снижение индекса тимуса наблюдается на фоне средних доз РМО, что в данном контексте неправомочно рассматривать как стресс-реакцию организма. Во-первых, функциональная активность и клеточного и гуморального иммунитета в этих группах сохраняется на уровне выше контрольного, а во- вторых, на фоне более высокой дозы РМО (50х106 м.кл.) отмечается увеличение, как индекса тимуса, так и функциональной активности клеточного иммунитета. Обращает также на себя внимание факт повышения уровня функциональной активности факторов неспецифической резистентности, клеточного и гуморального иммунитета под воздействием РМО как в минимальной дозе - 0,005Т06, так и в максимальной - 50T06 м.кл./мышь. Аналогичная реакция иммунной системы на введение СМО отмечена только для одной дозы - 5-106 м.кл./мышь. На минимальную дозу СМО (0,005-106 м.кл.) реакции иммунной системы просто не регистрируются, а на максимальную дозу (50-106 м.кл.) иммунная система отвечает, с одной стороны подавлением активности клеточного иммунитета, с другой - резким (6- кратным!) увеличением функциональной активности гуморального иммунитета, что не исключает возможности аллергической реакции.

Полученные данные показывают, что ископаемые сапрофитные бактерии штамма MG8 Bacillus sp. из ММП являются менее токсичными для современных млекопитающих, чем даже бациллы- пробиотики медицинского назначения. Реакции иммунной системы свидетельствуют о наличии у РМО штамма MG8 Bacillus sp. системного иммуностимулирующего эффекта, в большей степени характерного для действия адапгогенов и пробиотиков, чем о чужеродности для современных теплокровных организмов. Не исключено, что подобные свойства РМО могли иметь изначально или приобрели в ггроцессе адаптации изолированных колоний к экстремальным условиям вечной мерзлоты. В последнем случае многолетнемерзльге породы можно рассматривать как криомембрану для селекции микроорганизмов с особым биологическим потенциалом.

Выводы:

  • 1. При температуре -5дС ферментативная активность бацилл штамма MG8 находится на минимальном уровне, что может служить косвенным свидетельством их пребывания в естественных условиях мерзлоты в состоянии гипометаболизма. При понижении температуры инкубации бактерий штамма MG8 до -16°С их ферментативная активность увеличивается в 3 раза, при повышении температуры до 42дС в 1,5 раза относительно штамма IP5832 бактерий-пробиотиков Bacillus cereus.
  • 2. Биологический потенциал ископаемого штамма MG8 Bacillus sp. при температуре 37°С по ферментативной активности in vitro и степени токсичности для лабораторных животных in vivo совпадает с таковым у бактерий-пробиотиков Bacillus cereus штамма IP5832.
  • 3. Штамм MG8 Bacillus sp. является менее токсичным для лабораторных животных, чем штамм бацилл-пробиотиков IP5832 и оказывает модулирующее влияние на реактивность иммунной системы в широком диапазоне доз - от 0,005Т06 до 50-106 м.кл./мышь.
  • 4. В дозе 0,005-106 м.кл./мышь ископаемые бактерии способствуют одновременному повышению структурно-функциональных параметров клеточного и гуморального звеньев иммунной системы лабораторных животных.

Литература

1. Агаджанян Н.А., Аггтикаева О.И., Гамбурцев Г.А., Жалковский Е.А., Летников Ф.А., Расторгуев

В.Н., Сидоров П.И., Черешнев В.А., Юдахин Ф.Н. Системный экологический мониторинг как компонент стратегической безопасности // Приложение к журналу "Безопасность жизнедеятельности". 2009. № 9. С. 1-24.

  • 2. Брушков А.В., Мельников В.П., Щелчкова М.В., Грива Г.И., Репин В.Е., Бреннер Е.В., Танака М. Биогеохимия мерзлых пород Центральной Якутии // Криосфера Земли. 2011. Т. XY. № 4. С. 90-100.
  • 3. Григорьев А., Макоско А., Матешева А. Перспективы геомедицинских исследований // Наука в России. 2012. № 2. С. 4-10.
  • 4. Мелентьев А.И. Аэробные спорообразующие бактерии в агроэкосистемах. М.: Наука, 2007.145 с.
  • 5. Мельников В.П., Рогов В.В., Курчатова А.Н., Брушков А.В., Грива Г.И. Распределение микроорганизмов в мерзлых грунтах // Криосфера Земли. 2011. Т. XY. №4. С. 86-90.
  • 6. Похиленко В.Д., Перелыгин В.В. Пробиотики на основе спорообразующих бактерий и их безопасность // Химическая и биологическая безопасность. 2007. № 2-3. С. 20-41.
  • 7. Ушакова Н.А., Некрасов Р.В., Правдин В.Г., Кравцова Л.З., Бобровская О.И., Павлов Д.С. Новое поколение пробиотических препаратов кормового назначения // Фундаментальные исследования. 2012. № 1 . С. 184-192.
  • 8. Ушакова Н.А., Вознесенская В.В., Козлова А.А., Нифатов А.В., Самойленко В.А., Некрасов Р.В., Егоров И.А., Павлов Д.С. Выделение соматостатин- ггодобного пептида клетками Bacillus subtilis В-8130, кишечного симбионта дикой птицы Tetrao urogallus, и влияние бациллы на животный организм // Доклады АН. 2010. Т. 434. № 2. С. 282-285.
  • 9. Ушкалова Е.А. Роль пробиотиков в гастроэнтерологии // Фарма гека. 2007. № 6. С. 16-23.

10. Kalenova L.F., Sukhovei Yu.G., Brushkov

A.V., Melnikov W.P., Fisher T.A., Besedin I.M., Novikova M.A., Efimova Yu.A. Effects of permafrost microorganisms on the quality and duration of life of laboratory animals // Neuroscience and Behavioral Physiology. 2011. V. 41. № 5. P. 484-490.

11. Хадарцев A.A., Яшин A.A., Еськов B.M., Агарков Н.М., Кобринский Б.А., Фролов М.В., Чухраев А.М., Гондарев С.Н., Хромушин В.А., Каменев Л.И., Валентинов Б.Г., Агаркова Д.И. Информационные технологии в медицине. Монография. Тула: ТулГУ, 2006. 272 с.

References

  • 1. Agadzhanyan NA, Aptikaeva OI, Gamburtsev GA, Zhalkovskiy EA, Letnikov FA, Rastorguev VN, Sidorov PI, Chereshnev VA, Yudakhin FN. Sistemnyy ekologicheskiy monitoring kak komponent strategicheskoy bezopasnosti. Prilozhenie k zhumalu "Bezopasnost' zhiznedeyatel'nosti". 2009;9:1-24. Russian.
  • 2. Brushkov AV, Mel'nikov VP, Shchelchkova MV, Griva GI, Repin VE, Brenner EV, Tanaka M. Biogeokhimiya merzlykh porod Tsentral'noy Yakutii. Kriosfera Zemli. 2011;4:90-100. Russian.
  • 3. Grigor'ev A, Makosko A, Matesheva A. Perspek- tivy geomeditsinskikh issledovaniy. Nauka v Rossii. 2012;2:4-10. Russian.
  • 4. Melent'ev AI. Aerobnye sporoobrazuyushchie bak- terii v agroekosistemakh. Moscow: Nauka; 2007. Russian.
  • 5. Mel'nikov VP, Rogov VV, Kurchatova AN, Brushkov AV, Griva GI. Raspredelenie mikroorganizmov v merzlykh gruntakh. Kriosfera Zemli. 2011;4:86-90. Russian.
  • 6. Pokhilenko VD, Perelygin VV. Probiotiki na osnove sporoobrazuyushchikh bakteriy i ikh bezopasnost’. Khimicheskaya i biologicheskaya bezopasnost'. 2007;2-3:20-41. Russian.
  • 7. Ushakova NA, Nekrasov RV, Pravdin VG, Kravtsova LZ, Bobrovskaya OI, Pavlov DS. Novoe pokolenie probioticheskikh preparatov kormovogo naznacheniya. Fundamental'nye issledovaniya. 2012;1:184-92. Russian.
  • 8. Ushakova NA, Voznesenskaya W, Kozlova AA, Nifatov AV, Samoylenko VA, Nekrasov RV, Egorov IA, Pavlov DS. Vydelenie somatostatin-podobnogo peptida kletkami Bacillus subtilis V-8130, kishechnogo simbionta dikoy ptitsy Tetrao urogallus, i vliyanie batsilly na zhivot- nyy organizm. Doklady AN. 2010;434(2):282-5. Russian.
  • 9. Ushkalova EA. Rol' probiotikov v gastroentero- logii. Farmateka. 2007;6:16-23. Russian.
  • 10. Kalenova LF, Sukhovei YuG, Brushkov AV, Melnikov WP, Fisher ТА, Besedin IM, Novikova MA, Efimova YuA. Effects of permafrost microorganisms on the quality and duration of life of laboratory animals. Neuroscience and Behavioral Physiology. 2011;41(5):484-90.
  • 11. Khadartsev A A, Yashin A A, Es'kov VM, Agarkov NM, Kobrinskiy BA, Frolov MV, Chukhraev AM, Gondarev SN, Khromushin VA, Kamenev LI, Valentinov BG, Agarkova DI. Informatsionnye tekhnologii v meditsine. Monografiya. Tula: TulGU; 2006. Russian.

УДК: 616.31-084(470.62) DOI: 10.12737/7290

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>