Термотолерантные актиномицеты, выделенные из экстремальных зон Узбекистана

АННОТАЦИЯ

Показана ферментативная активность термотолерантных актиномицетов, выделенных из экстремальных зон Узбекистана. Изучены морфолого-культуральные характеристики отобранных активных культур актиномицетов и определена их родовая принадлежность. Полагается, что термотолерантные актиномицеты рода Streptomyces, выделенные из экстремальных зон Узбекистана, могут иметь биотехнологический потенциал как продуценты термостабильных целлюлаз и ксиланаз.

ABSTRACT

Shown is the enzymatic activity of thermotolerant actinomycetes isolated from the extreme zones of Uzbekistan. The morphological and cultural characteristics of the selected active cultures of actinomycetes were studied and their generic affiliation was determined. It is believed that thermotolerant actinomycetes of the genus Strepto myces isolated from the extreme zones of Uzbekistan may have biotechnological potential as producers of thermostable cellulases and xylanases.

Ключевые слова: термотолерантные актиномицеты, Streptomyces, воздушный мицелий (ВМ), субстратный мицелий (СМ), спороносцы, ферменты.

Keywords: thermotolerant actinomycetes, Streptomyces, aerial mycelium (VM), substrate mycelium (SM), spore carriers, enzymes.

Введение

Для пустынных почв Узбекистана характерна повышенная температура (в летние месяцы 45–50 °С и выше), а также обилие пустынных растений: полынь, верблюжья колючка, солянка, белая акация [6; 7] – заслуживают внимания как источник термофильных актиномицетов, представляющих интерес как продуценты термостабильных ферментов.

Актиномицеты, растущие при температуре 50 °С и выше, широко распространены в природе, их выделяют из почвы, ризосферы растений, торфа, ила, воды, компоста, навоза и т.д. Благодаря высокой скорости роста термофильные актиномицеты находят широкое применение в самых различных отраслях промышленности и сельского хозяйства, играют существенную роль в круговороте веществ, в природе: в разрушении нефти и озокеритов, превращениях серы и других процессах, в очистке сточных вод.

Согласно давно сложившимся представлениям, обмен веществ у термофильных штаммов актиномицетов происходит более интенсивно, чем у мезофильных [5]. Об этом косвенно свидетельствуют экспериментальные данные о более высокой ферментативной активности термофилов и о повышенном количественном содержании в клетках термофильных актиномицетов некоторых ферментов [8], в частности, гидролаз.

В этой связи целью настоящей работы явилось выделение местных штаммов термофильных актиномицетов и изучение их целлюлолитической активности.

Объекты и методы исследования

Материалом для исследований служили образцы почв и ризосферы растений, произрастающие в песчаных почвах Навоийского вилоята, пустыни Кызыл-Кум, а также нефтяного месторождения Кок-думалак. Учет микроорганизмов проводили по общепринятой методике методом предельных разведений с последующим высевом на элективные среды.

Актиномицеты выделяли стандартными методами накопительных культур с использованием крахмало-аммиачного агара (КАА) следующего состава, г/л: NaNO₃ – 1,0; MgSО₄ – 1,0; K₂HPO₄ – 1,0; крахмал – 10,0; рН = 6,8–7,0, агар – 20,0. Чистые культуры термофилов получали путем 2–3-кратных пассажей на твердые среды. Культивирование проводили в течение 2 дней при температуре 50 °С [4].

Так как термофильные микроорганизмы растут очень быстро, испытуемые культуры инкубировали при температуре 50 °С в течение 2 дней. В качестве контроля использовали те же штаммы актиномицетов, выросшие на среде Чапека-Докса при температуре 30 °С в течение 5 суток.

Ксиланазную и целлюлазную активности определяли по количеству редуцирующих сахаров, используя в качестве субстата ксилан и фильтровальную бумагу, в качестве стандарта – ксилозу и глюкозу соответственно [1].

Для изучения морфологического строения актиномицетов их выращивали в чашках Петри на голодном агаре (агар – 20 г, вода – 1 л). Тип цепочек спор определяли у зрелых культур на 7-й день роста, просматривали в световом микроскопе Olympus BX-41 (Япония) при увеличении в 320–400 раз. Культуральные свойства определяли на среде Чапека (г/л: сахароза – 30; NaNO₃ – 2,0; KH₂PO₄ – 1,0; KCl – 0,5; MgSO₄ – 0,5 FeSO₄ – 0,01; pH = 7,2) [3]. Родовую принадлежность культур микроорганизмов устанавливали по определителю актиномицетов Г.Ф. Гаузе и др. [2].

Результаты исследования

Выделение и отбор термофильных культур актиномицетов осуществляли из образцов ризосферных почв Навоийского вилоята под различными растениями, пустынных почв Кызыл-Кума, а также нефтяного месторождения Кок-думалак. Всего выделено более 40 накопительных культур, растущих при 40–50 °С, из них в чистую культуру выделено 35 штаммов.

При сравнительном изучении роста вновь выделенных изолятов актиномицетов при температурах 30 °С и 50 °С было установлено, что только 11 из 35 обладают термотолерантными свойствами, сохраняя способность к росту при 50 °С. Это послужило основанием для изучения целлюлазной и ксиланазной активностей этих изолятов.

Как видно из данных, представленных в табл. 1, во всех исследованных изолятах целлюлазная активность невысока, и при двух выбранных температурах – 30 °С и 50 °С – не отличается или отличается очень незначительно. Тем не менее некоторые изоляты – Т-33, Т-34, Т-63 – обладают заметной целлюлазной активностью для диких штаммов и составляют 0,22–0,35 ед./мл, что, на наш взгляд, заслуживает внимания. Поскольку целлюлазная активность сохраняется на одном уровне при обеих температурах, по-видимому, можно сделать предварительное заключение о термостойкой природе фермента в этих изолятах.

Таблица 1.

Ферментативная активность термотолерантных актиномицетов

В отличие от целлюлазной активности, ксиланазная активность достаточно заметно меняется при повышенной температуре. Так, например, в изолятах Т-45 и Т-63 ксиланазная активность при 50 °С снижается или вовсе отсутствует, в то время как в других изолятах заметно повышается с повышением температуры культивирования. Наиболее высокая ксиланазная активность отмечена в изоляте Т-6 (7,2 ед./мл), выделенном из ризосферы астрагала месторождения Кок-думалак, и изоляте Т-64 (11,7 ед./мл), выделенном из ризосферы верблюжьей колючки Навоийского вилоята. Особенного внимания эти изоляты заслуживают потому, что при 50 °С ксиланазная активность возрастает в 1,4 и 3,6 раза соответственно, что, несомненно, указывает на их термофильную природу.

Таким образом, при изучении ферментативной активности, выделенных термотолерантных актиномицетов по максимальной активности при высокой температуре для идентификации как потенциальные продуценты термостабильных ксиланаз отобраны изоляты Т-6 и Т-64, а термостабильной целлюлазы – изолят Т-34.

Данные по изучению морфолого-культуральных свойств отобранных культур актиномицетов отражены в табл. 2 и рис. 1. На голодном агаре определяли строение спороносцев, на среде Чапека изучали некоторые культуральные свойства актиномицетов.

Таблица 2.

Морфолого-культуральные свойства отобранных актиномицетов

Рисунок 1. Строение спороносцев отобранных актиномицетов

Как видно из приведенных морфолого-культуральных характеристик, все три культуры актиномицетов относятся к роду Streptomyces.

Таким образом, совокупность полученных данных свидетельствует о том, что термотолерантные актиномицеты рода Streptomyces, выделенные из экстремальных зон Узбекистана, имеют биотехнологический потенциал как продуценты термостойких целлюлаз и ксиланаз.

Список литературы:

1. Билай В.И. Методы экспериментальной микологии. – Киев, 1982. – 550 с.
2. Гаузе Г.Ф., Преображенская Т.Ф. Определитель актиномицетов. – М. : Наука, 1983. – 244 с.
3. Зенова Г.М. Почвенные актиномицеты. – М. : Наука, 1992. – 75 с.
4. Логинова П.Г., Головачева Р.С., Егорова. Л.А. Жизнь микроорганизмов при высоких температурах. – М. : Наука, 1966. – С. 295.
5. Нетрусов А.И., Егорова М.А., Захарчук Л.М. Практикум по микробиологии / под ред. проф. А.И. Нетрусова. – М. : Академия, 2005. – 608 с.
6. Оборотов Г.В. Стрептомицеты засоленных почв дельты Аму-Дарьи // Экология-2003: Тезисы молодежной международной конференции (17–18 июня 2003 г.). – Архангельск. – С. 194.
7. Экстремальные микроорганизмы аридных зон Узбекистана и их биологический потенциал / Р.Н. Жураева, Н.К. Бекмухамедова, Г.Д. Золотилина, Ж.Ж. Ташпулатов // Материалы Республиканской научной конференции «Проблемы современной микробиологии и биотехнологии». – Ташкент, 2009. – С. 18.
8. Egorova K., Trauthwein H., Verseck S. Purification and properties of an enantioselective and thermoactive amidase from the thermophilic actinomycete Pseudonocardia thermophila // Appl. Microbiol. Biotechnol. – 2004. – № 65. – P. 38–45.