Характеристика механизмов паразито-хозяинных взаимоотношений бактерий с простейшими и макрофитами в гидробиоценозах

Характеристика механизмов паразито-хозяинных взаимоотношений бактерий с простейшими и макрофитами в гидробиоценозах

Т.Н. Соловых, д.биол.н., Г.М. Устинова, к.мед.н., Е.А. Рябцева, к.биол.н.,

Е.М. Нефедова, к.мед.н., Л.Г. Фабарисова, ассистент, Оренбургская ГМА

По данным проведенных исследований [1, 2], в водных экосистемах существует сложная сеть симбиотических взаимодействий бактерий сапрофитов с другими сочленами биоценоза. Среди первых работ в этой области были исследования по изучению взаимодействия легионелл со свободноживущими амебами и инфузориями, а также сине-зелеными водорослями. Этими исследованиями констатирован факт внутриклеточного паразитизма бактерий в организме простейших и доказана способность легионелл размножаться в организме амеб и инфузорий. Но круг возможных хозяев для бактерий в водных экосистемах не ограничивается простейшими и, по-видимому, может включать в себя самых разных обитателей водного биоценоза: растения, бентос и нектон, которые, как и простейшие, могут выступать в качестве хозяина в паразито-хозяинных взаимоотношениях бактерий.

Однако в литературе нет работ, показывающих роль гидробионтов как хозяев автохтонных водных бактерий, являющихся деструкторами в водных экосистемах.

Механизмы симбионтных взаимоотношений популяций разных видов организмов в экосистеме определяются разнообразными факторами.

У беспозвоночных животных большую роль в формировании симбионтных взаимоотношений с бактериями играют фагоциты и природные молекулярно-генетические факторы: лизоцим и особые антибактериальные низкомолекулярные пептиды катионной природы [3, 4, 5, 6]. В ряде работ показано участие лизоцим-антилизоцимной системы в формировании популяционных и межпопуляционных связей бактерий с гидробионтами [7, 8, 9, 10, 11, 12]. В то же время до сих пор нет данных о роли этой системы в формировании взаимоотношений гидробионтов с автохтонной и аллохтонной микрофлорой водоемов. Все это определило постановку задачи нашего экспериментального исследования: изучить участие системы «лизоцим-антилизоцим» в процессах формирования автохтонных и аллохтонных бактериальных сообществ в биоресурсах водоемов и оценить значение уровней антилизоцимной активности бактерий и лизоцимной активности простейших в процессах их симбионтных взаимоотношений.

Анализ результатов сокультивирования простейших и бактерий показал, что в ассоциациях

простейших с бактериями рост популяции простейших не сохранял типичную S-образную кривую роста, характерную для нормального развития их популяции. Одновременно выявлено, что в характере роста бактериальной популяции в присутствии простейших также прослеживаются значительные отклонения, по сравнению с ростом бактерий без ассоциации с ними. Одновременно было установлено, что чем выше уровень АЛА у бактериальных штаммов, тем они оказываются более защищенными от лизоцима простейших и сохраняют более высокой численность микробных популяций, а штаммы, не обладающие АЛА, в тех же условиях сокультивирования элиминируют из ассоциации. Все это позволяет сделать заключение о том, что сохранение численности бактерий в биоресурсах водоемов определяется уровнем АЛА бактерий, который обеспечивает им противостояние к действию лизоцима простейших.

В эксперименте установлено, что уровень эндогенного лизоцима у простейших, сокуль-тивировавшихся со штаммами Rh. Ruber, обладающими АЛА, снижался интенсивнее, чем в случае их сокультивирования с бактериями, не обладающими АЛА.

Кроме того, было установлено, что высокий уровень антилизоцимной активности бактерий (6—8 мкг/мл), попавших в тело простейших, деградирует лизоцим в фагосомах, это способствует их сохранению в биоресурсах из-за незавершенности фагоцитоза микробов; а в присутствии бактерий с низким уровнем АЛА (2—4 мкг/мл) или ее отсутствии лизоцим у простейших сохранялся до конца эксперимента, что активизировало фагоцитоз бактерий и вызывало снижение их численности или полное исчезновение из биоценоза; следовательно, «лизоцим простейших и антилизоцимная активность бактерий» — одна из систем управления процессами формирования протисто-бактериальными ресурсами водоемов.

В дальнейшем представляло интерес выяснить характер симбиоза бактерий с макрофитами. Поэтому на следующем этапе наших исследований было проведено изучение бактериопланктона в смывах с растений. Видовой состав бактерий в смывах с макрофитов не отличается особым разнообразием. Среди них выделялись микроорганизмы, принадлежащие к семействам Enterobacteriaceae, Pseudomonadaceae, родам Nocardia, Alcaligenes, Arthrobacte, Bacillus, Neisseria. В весенне-летний период в смывах с макрофитов постоянно высевались представители родов Enterobacter, Providencia, а в осенний период — нокардио-формные актиномицеты, представители родов

Pseudomonas и Enterobacter.

В летний период было обнаружено наибольшее число видов бактерий-ассоциант — Alcaligenes faecalis, Arthrobacter globiformis, Bacillus cereus, Neisseria, Nocardia, Citrobacter amalonaticus, Providencia stuartii, Alcalidenes faecalis, Corynebacterium spp., а осенью — Nocardia, Pseudomonas spp., Enterobacter spp., Bacillus spp., Micrococcus spp.

Установлена неодинаковая обсемененность бактериями различных видов макрофитов. Максимальная обсемененность водных макрофитов бактериями на станциях р. Урал была отмечена у Potomogeton crispu (29404+842 КОЕ/мл), а минимальная — у Najas major (13860+427 КОЕ/мл); на озерах максимальная обсемененность бактериями была выявлена у Hydrocharis morus-ranae (24143+862 КОЕ/мл), а минимальная — у Cerato-phyllum demersum (21272+774 КОЕ/мл).

По данным исследований, характер взаимодействия бактерий с высшими растениями неод-нозначен: в одних случаях бактерии играют роль фитопатогенов, вызывающих заболевания и гибель растений, в других — симбионтов, которые защищают растения от патогенных микроорганизмов (в частности, в ризосфере) [13]. Нами было высказано предположение о том, что в качестве механизмов взаимодействия микрофлоры и выступают факторы естественной защиты, продуцируемые эукариотической клеткой (лизоцим), а с другой — направленная деградация этих факторов прокариотами (антилизоцимная). Проведенные исследования выявили прямую корреляционную зависимость между общей численностью бактерий и уровнем лизоцимной активности макрофитов (г = 0,83), а также между численностью антилизоцимактивных форм бактерий и уровнем лизоцимной активности (г = 0,95). Так, среди доминантных видов макрофи-тов наиболее высокая лизоцимная активность, общая численность бактерий и количество анти-

лизоцимактивных форм бактерий наблюдались у Hydrocharis morus-ranae и составили соответственно 0,52+0,02 ед.а./мг белка, 24143+862 кл/ мл и 224+20 КОЕ/мл, а самые низкие значения обнаружены у Najas major, которые составили

0.18.0,10 ед.а./мг белка, 13860+427 кл/мл и 87+20 КОЕ/мл.

Литература

1. Литвин, В.Ю. Природно-очаговые инфекции: ключевые вопросы и новые позиции / В.Ю. Литвин // Микробиология. 1999. №5. С. 26-33.

2. Сомов, Г.П. Сапрофитизм и паразитизм патогенных бактерий: экологические аспекты / Г.П. Сомов, В.Ю. Литвин. Новосибирск, 1988. 248 с.

3. Кокряков, В.Н. Биология антибиотиков животного происхождения / В.Н. Кокряков. СПб.: Наука, 1999. 162 с.

4. Подборонов, В.М. Защитные механизмы иксодоидных клещей и их прокормителей / В.М. Подборонов, А.А. Бердыев. Ашхабад: Ылым, 1991. 240 с.

5. Hultmark, D. Immune reaction in Drosophila and other insects: a model for innate immunity / D. Hultmark // Trends in Genetics. 1993. V.9. №5. P. 178-182.

6. Klowden, M.J. Galmonella in the american cooroach outcom of natural invasion of the hemocel / M.J. Klowden, B. Greenberg // J. Med. Entomol. 1977. V.14. №3. P. 326-366.

7. Алехина, Г.П. Лизоцимная и антилизоцимная активность альгофлоры в водных биоценозах: автореф. дисс. ... канд. биол. наук / Г.П. Алехина. Оренбург, 1996. 24 с.

8. Карнаухова, И.В. Лизоцимный фактор пресноводного двустворчатого моллюска U. pictorum: выделение, характеристика, функции: дисс... канд. биол. наук / И.В. Карнаухова. Оренбург. 2000. 110 с.

9. Немцева, Н.В. Микробиологическая характеристика биоце-нотических взаимоотношений гидробионтов и ее значение в санитарной оценке водоемов: автореф. дисс.. д-ра мед. наук / Н.В. Немцева. Челябинск, 1998. 38 с.

10. Плотников, А.О., 2002; Плотников, А.О. Механизмы формирования протозойно-бактериальных ассоциаций в водных экосистемах (экспериментальное исследование): автореф. дисс... кан,д. мед. наук / А.О. Плотников. Оренбург, 2002. 22 с.

11. Соловых, Г.Н. Система лизоцим-антилизоцим микроорганизмов в формировании водных сообществ пресных водоемов: дисс.. д-ра биол. наук / Г.Н. Соловых. Челябинск, 1995. 216 с.

12. Устинова, Г.М. Характеристика макрофитно-бактериальных взаимоотношений в водных биоценозах: Автореф. дисс. ... кан,д. биол. наук / Г.М. Устинова. Оренбург, 2004. 23 с.

13. Flemming, A. On a remarcable bacteriolytic element found tissues and secretions // Proc.Roy.Soc. 1922. Bd. 93. S. 306-317.

14. Carayon, J. Les cellules capables de phagocytose chez les insects / J. Carayon // Ann. Parasitol. et Comt. 1977. V.52. №1. P. 63-65.