книги из ГПНТБ / Логинова Л.Г. Физиология экспериментально полученных термофильных дрожжей

АКАДЕМИЯ НАУК С С С 1

ИНСТИТУТ МИКРОБИОЛОГИИ АН СССР

Л. Г. ЛОГИНОВА

ФИЗИОЛОГИЯ

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО

ПОЛУЧЕННЫХ

ТЕРМОФИЛЬНЫХ

ДРОЖЖЕЙ

ИЗДАТЕЛЬСТВО АКАДЕМИИ НАУК СССР

МОСКВА 1960

Ответственный редактор

член-корреспондент АН СССР

А* А« ИМШЕНЕЦКИЙ

ВВЕДЕНИЕ

Микроорганизмы, населяющие в неисчислимых количе­ ствах нашу планету, тесно связаны со средой обитания. В про­ цессе эволюционного развития у них выработалось свойство до­ вольно быстро приспосабливаться к измененным условиям суще­ ствования (к температуре, реакции среды, осмотическому давле­ нию, к ядам и т. д.). По сравнению с высшими организмами микробы легче приспосабливаются к новым условиям жизнц,

иэто дало возможность создавать новые расы микроорганиз­ мов в экспериментальных условиях.

Учение Ч. Дарвина, К. А. Тимирязева, И. В. Мичурина

идругих выдающихся естествоиспытателей имело значительное влияние на развитие микробиологии, так как оказалось, что основные биологические закономерности, установленные в мире

растений и животных, почти в равной степени приложимы и к микроорганизмам.

Довольно быстрая приспособляемость микроорганизмов к различным новым воздействиям как в природной обстановка,

так и в эксперименте была наглядно показана еще в прошлом

столетии в трудах основоположников микробиологии Дум

Пастера, Роберта Коха, И. И. Мечникова, С. Н. Виноград­ ского, Н. Ф. Гамалея.

По образному выражению В. Н. Шапошникова (1948,

стр. 7),микроорганизмы характеризуются «...не столь мелкими размерами или простотой устройства тела, сколько изменения­ ми, происходящими в результате их жизнедеятельности в суб­ страте, на котором они развиваются».

•3

Экологически обособленную группу в природе представ­

ляют термофильные организмы. Температурные условия выз­ вали в процессе эволюции появление микробных форм, которые оказались способными развиваться при разных температурах, в том числе и при высокой (50—85°).

Видная роль в изучении биологии термофильных микро­ организмов и распространения их в природе принадлежит на­ шим русским ученым — А. А. Имшенецкому, Е. Н. Мишусти­

ну, Б. Л. Исаченко, В. Н. Шапошникову и др. Их исследова­

ния не ограничились только разработкой теоретической сторо­ ны проблемы термофилии, по и имели важное значение для прак­ тики.

Одной из главных отличительных особенностей термофилов является их ускоренный обмен. Возможность существования при высокой температуре обусловлена особыми свойствами их протоплазмы.

За последние годы, благодаря новейшим методам исследо­ вания, удалось накопить данные, частично вскрывающие ме­

ханизм, при помощи которого клетка защищается от воздействия высокой температуры. В этом направлении особенно плодо­ творно развиваются исследования 1949—1957 гг. Милитцера,

Коффлера и их учеников.

Установлено, что наиболее существенные изменения под

воздействием высокой температуры претерпевает белковая

структура; с ней связаны основные жизненные процессы клетки.

Температурным фактором пользуются при получении экс­

периментальным путем термофильных вариантов микроор­

ганизмов.

За последнее время как у нас, так и за рубежом значительно возрос интерес к использованию термофильных микроорганиз­ мов в хозяйственной практике. Они начинают находить при­ менение, в частности, в таких производствах, как получение спирта, каучука, сыра, хлеба и других продуктов.

Однако число исследований по экспериментальному полу­

в природных условиях довольно редко, и, кроме того, их тем­ пературный максимум (45—53°) лежит значительно ниже по

4

сравнению с другими термофильными микроорганизмами, спо­ собными развиваться при температуре 75—85°.

Группа термофильных микроорганизмов довольно хорошо

изучена и по данному вопросу имеется обширная литература.

Известны обзорные статьи и монографии: Моррисона и Таннера

(Morrison a. Tanner, 1922), Крона (Krohn, 1923), Робертсона

(Robertson, 1927), Имшенецкого (1944), Гаугрена (Gaughran,

1947а), Мишустина (1950), Аллен (Allen, 1953), Клегга и Джей­ кобса (Clegg a. Jacobs,1953), Прехта,Христоферсена и Генселя

(Precht, Christophersen u. Hensel, 1955) и др.

Впубликуемой нами монографии приведены главным об­ разом последние литературные данные по термофильным мик­ роорганизмам, а также собственные экспериментальные иссле­ дования.

Внаши задачи входило экспериментальное получение тер­ мофильных вариантов дрожжей путем последовательного и

постепенного приучения мезофильных форм к повышенной тем­ пературе.

Были изучены морфология и физиология новых форм дрож­

жей, культивируемых при разных температурах и на различ­ ных по составу питательных средах, а также уточнены усло­ вия ускоренного получения этих термофильных вариантов.

При постановке данной работы нас особенно интересовала физиология брожения: обладают термофильные дрожжи толь­ ко способностью сбраживать углеводы при более высоких температурах или брожение при этом протекает скорее, чем

обычно? Сопровождается ли процесс приобретения резистент­ ности к высокой температуре также усилением бродильной активности культуры? С какой скоростью происходит при­

способление к повышенной температуре различных функций у дрожжей? Являются ли устойчивыми вновь приобретенные

культурой свойства или эти свойства быстро исчезают? Какова предельная температура, при которой жизнедеятельность адап­

тированных форм дрожжей может осуществляться? К какой группе термофилов они могут принадлежать?

Эти исследования дали возможность разработать методику, которая позволяет закономерно и в сравнительно короткие сроки получать термофильные формы дрожжей.

5

I

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

КЛАССИФИКАЦИЯ ТЕРМОФИЛЬНЫХ МИКРООРГАНИЗМОВ

Многообразие существующих форм термофильных микро­

организмов и их различное отношение к высокой температуре заставили приступить к их систематизации и классификации. Предложено несколько таких схем разделения термофилов на отдельные группы. Эти схемы изложены в монографиях Им­ шенецкого (1944), Гаугрена (1947а), Мишустина (1950) и др. Большинством принята классификация Имшенецкого, по ко­ торой термофильные микроорганизмы распределены на три группы: стенотермных термофилов, эвритермных термофилов и термотолерантных микроорганизмов.

Первая группа (стенотермные термофилы) характеризуется

в пределах 75—80°.

Вторая группа (эвритермные термофилы) имеет темпера­ турный минимум развития 18—20°, оптимальный 50—65°, максимальный —75°.

Третья группа (термотолерантные микроорганизмы) раз­ вивается при минимальной температуре 5—10°. Температур­ ный оптимум их развития находится в пределах 35—40°, а максимум — в пределах 60—70°. Эти виды, в отличие от тер­ мофилов первой и второй групп, могут размножаться с одина­ ковой скоростью при 30 и 60°. Две последние группы более широко распространены в природе. Так, например, при об­ следовании С. 3. Броцкой (19466) свыше 400 образцов воды,

взятой из различных источников, только 19 из 120 чистых куль­

тур бактерий, выделенных на мясо-пептонном агаре при 55— 60°, оказались термофильными. Все остальные хорошо размно­ жались также при 30°.

Отмечая определенные положительные стороны в система­ тизации термофильных микроорганизмов, многие исследова­ тели (Кожинек и др.) отмечают все же известную условность

7

существующих схем. В пользу этого говорят приводимые при­ меры. Кожинеку (Kozinek, 1953) удалось выделить культуру

Agrobacterium radiobacter (Achromobacter), легко переносившую

высокую температуру, но не способную при этой температуре развиваться. Аналогичные данные получены В.Брауном и Ву­

дом (W. Brown a.Wood, 1953).Они нашли на плодовых деревьях

гриб Byssochlamys julva, аскоспоры которого выдерживали нагревание до 90—100°, но мицелий его развивался при обычной

мофилов, Гаугрен (1947а) высказал предположение, что их максимум не превышает 38°, так как при температуре выше 38° термофилы требуют дополнительное количество кисло­ рода, углекислоты и добавочных питательных веществ.

С мнением Гаугрена трудно, однако, согласиться, так как способность нормально развиваться при повышенных темпера­ турах и отличает эти организмы от мезофильных форм. Кроме того, известны термофилы, которые не способны развиваться

при температуре более низкой, чем 50—60°. Это наглядно было

показано в работах А. А. Егоровой (1938), А. А. Имшенецкого и Л. И. Солнцевой (1945а), С. 3. Броцкой (1945), Гаугрена

(1947а) и др.

Некоторые, как, например, Блек и Таннер (Black a. Tanner, 1928), Гансен (Hansen, 1933), все же считают, что многие истин­

ные термофилы могут расти и при более низких температурах,

но значительно медленнее, чем при высоких, если создать осо­

бые условия среды, благоприятные для их роста.

В этой связи заслуживают большого внимания исследова­

ния Кемпбелла, Кемпбелла и Вильямса (Campbell, 1954а; Cam­ pbell a. Williams, 1953а).Ими была выделена культура Bacillus stearothermophilus, которая хорошо развивалась на специ­

альной синтетической среде при температуре 45—55° и не росла при 36°. Однако при добавлении 0,3% базамина (дрожжевого автолизата фирмы Anheuser-Busch) удалось получить рост бак терий и при 36° (Campbell a. Williams, 1953а).

По мнению Кемпбелла, в среде должны содержаться неко­ торые вещества, которые организм не способен синтезировать

при температуре 36°. Данная культура, как им было показано,

способна синтезировать эти вещества только при 45—50°.

По мнению Экфорда (Eckford, 1927), одной из причин мед­ ленного роста термофилов при пониженных температурах яв­ ляется утрата способности образовывать некоторые фермент­ ные системы, характерные для мезофильных микробов.

8