«Несанкционированное зиготоообразование
карается законом…
Гаметам низшего качества,
то есть яйцеклеткам неудачников, позволяется гибнуть»
Дик Фрэнсис («Доктор Будущее. Пришедший из неизвестности»)
Зиготы — покоящиеся клетки, отличающиеся достаточно толстой клеточной стенкой и крупной центральной липидной вакуолью.
Значение приставки «зиго-» в переводе с греческого означает «ярмо», очевидно, по форме этого образования. В определенном смысле образование зиготы может действительно стать ярмом для биотехнологического процесса, т. к. способно привести к «неэкономному», с точки зрения технолога, расходованию биоэнергетических ресурсов.
Как правило, зиготы, хорошо видны при поверхностном культивировании на сусло-агаре в местах контакта мицелиев женской и мужской половой формы. Зигоспоры были хорошо видны невооруженным глазом на поверхности воздушного мицелия, и имели вид округлых темных образований.
Однако, способность к образованию зиготы может быть утрачена или заблокирована.
У мукоровых грибов в зиготе присутствует каротиноид ликопин (такой же резервный каротиноид имеется и у млекопитающих в желтом теле при беременности). На этом сходство между грибами и животными не заканчивается.
Способность к образованию зиготы у диких штаммов мукоровых грибов связана с гетерогаметностью и гетероталличностью, однако в процессе селекции эта связь может быть утеряна.
Гетероталличность — свойство грибов образовывать мицелий женской и мужской половой формы. Гетероталличность, например, свойственна мукоровым грибам.
Наличие (+) и (–) половых форм свидетельствует о том, что микроорганизм активно эволюционирует, мутирует и ищет возможность адаптироваться к меняющимся условиям окружающей среды. Именно в таких условиях (повышенная солнечная активность и высокая радиация) обитают каротиносинтезирующие грибы и водоросли в естественных условиях тропиков и субтропиков.
В результате многих раунднов селекции штаммы-сверхпродуценты бета-каротина на некоторых промышленных предприятиях Росси и Украины утратили способность к образованию зиготы (стали дефектными по способности к зиготообразованию), а также значительно снизили уровень синтеза триспоровых кислот. При этом их гетерогамность не изменилась, а способность к синтезу каротиноидов даже, наоборот, возросла (до 4,0-4,5 г/л).
Утрату способности к образованию зиготы некоторые исследователи связывают с тенденцией перевода промышленных ферментаций в диапазон более высоких температур (от (24-25)⁰С до (28-32)⁰С а также с мутациями, возникшими в результате промышленного отбора и индуцированного мутагенеза.
Это явление возникло в начале 90-х годов на крупных биотехнологических предприятиях России и Украины, занимающихся производством натуральных каротиноидов, однако на некоторых предприятиях и в лабораториях, использующих штаммы с относительно низким уровнем мутагенной нагрузки, утраты зиготообразования до настоящего времени не наблюдается (например, у штаммов (+) 64 и (–) 490).
Рисунки 1-3. Контактная зона активного образования каротина на стыке мицелиев противоположных половых знаков, имеющая интенсивный оранжево-красный цвет, не содержащая зигоспор (Фото Бондарь И.В.)
На фотографии 4 изображен мицелий женской (+) половой формы, отличающийся более высоким содержанием хитина, уроновых кислот и углевода фукозы (Феофилова Е.П.) и более низким уровнем синтеза каротиноидов.
Женская половая форма обладает более высокой скоростью роста на поверхности твердых агаризованных субстратов и способна подавить рост минус половой формы в условиях глубинного культивирования в ферментерах.
Рисунок 4 — Воздушнй мицелий со спороносцами и стилоспорангиями на поверхности агаризованного субстрата (Фото Бондарь И.В.)
Кроме того, женская половая форма гриба, как правило, способна активно расти в более широком температурном интервале – 25-34⁰С и даже выше.
Рисунок 5 — Мицелий (+) половой (женской) формы мукорового гриба Blakesleatrisporaпокрыт многочисленными спороносцами со спорангиями (Фото Бондарь И.В.)
Плюс половая форма обладает всеми свойствами, характерными для этого знака: она более консервативна в плане мутабельности, адаптивна, способна к экспансии субстрата и подавлению «конкурента» – минус половой формы, более «эгоистична» и не тратит свою энергию и молекулярные ресурсы на процессы образования каротина, требующие дополнительной энергетической нагрузки и затрат ацетила, мевалоновой кислоты, пиррофосфата и т.д.
При совместной культивировании штаммов (+) и (–) половых знаков происходит их половое взаимодействие.
Как показывают результаты научных исследований (Н.В. Калинина, В.М. Терешина, А.С. Меморина, Е.П. Феофилова, 2005-2007 гг.), триспоровые кислоты постепенно снизили стимулирующую роль на процесс образования каротина (у штаммов, утративших способность к образованию зиготы).
Триспороиды–этогормоны, синтезируемыемукоровыми грибами. Биологическая активностьтриспороидови их функциональныхиструктурныханалоговобнаружена,в частности,умукоровыхгрибов. Триспоровыекислотысыграли выдающуюсярольв возникновенииявлениягетероталлизма, когдаорганизмыприобрели способностьобразовывать разнополыеформы.
Входесвоихсексуальныхвзаимодействий,грибызигомицеты способны общаться с помощью синтеза ряда прекурсоров бета-каротина – низкомолекулярных соединений, а именно триспоровых кислот и предшественников их биосинтеза.Эти предшественники побуждают гифы мукоровых грибов к взаимодействию. Такие соединения, например, синтезируются грибами МuсorMucedo, Blakeslea trisporaи некоторыми другими видами мукоровых грибов. Путем массового скрининга триспороидов были изучены общие закономерности их структуры и связанные с ними функции.
Как оказалось в результате проведенных исследований, наиболее важными для деятельности триспоровых кислот была длина боковой цепи молекулы триспороида, полярность функциональных групп при С (4) и С (13), и число двойных связей в боковой цепи молекулы триспороида. Наличие заместителя молекулы кислорода при циклогексановом кольце не является существенным фактором, способным влиять на гормональные функции молекулы.В результате проведенных исследований общей биологической активности триспороидов было установлено, что их физиологическое действие – это, пожалуй, результат сочетания различных структурных элементов молекул триспороидов.
Рисунок 6 – Общая структурная формула Рисунок 7 – Характерные особенности структуры
молекулы триспороидов молекулы триспороидов 5-ти разных классов
Поэтому биохимические механизмы и природа взаимного влияния гетероталличных мицелиев, утративших способность к образованию зиготы, – одно из наиболее интересных и актуальных направлений научных исследований зигомицетов.
Автор статьи и фото в статье: Главный микробиолог ООО «НПП« Витан» к.б.н. Бондарь Ирина Владимировна