Базидиальные грибы, возбудители белой гнили, синтезируют мультиферментный комплекс лигнолитического действия, принимающий участие в процессе деградации лигнина (Клесов, 1985; Рабинович, 2000; Клечак и др., 1999, 2010; Титова и др., 2002; Русинова, 2009; Рагимова, 2010). Неспецифичность ферментов лигнолитического действия и их высокая окислительная способность открывают широкие возможности для использования как самих грибов лигнинолитиков, так и их лигнинолитических ферментов в системах детоксификации и деградации ксенобиотиков, биоремедиации почв и вод (Королева, 2006). Разработка экологически чистых биотехнологий как для обработки и модификации лигнинсодержащих материалов, так и для утилизации лигнинсодержащих отходов (в особенности для целлюлознобумажной и текстильной промышленности), интенсифицировала изучение механизма деградации лигнина базидиальными грибами и роли их лигнинолитических ферментов в этом процессе (Такташев, 2002; Бойко и др., 2008; Древаль, Бойко, 2009).
Вработе Г.П. Александровой и С.А. Медведевой изучена лигниндеструктирующая способность базидиального гриба Daedaleopsis сonfragosa (1999). Показана перспективная возможность использования комплекса оксидазных и ксиланазных ферментов, продуцируемых грибом, для деструкции и снижения содержания остаточного лигнина сульфатных целлюлоз.
Внастоящее время активизировались исследования ферментативной активности отдельных видов ксилотрофных базидиомицетов, результаты которых находят широкое практическое применение. В работе О.Н.Горбатовой и др. (2006), в результате целенаправленного скрининга по лигниндеструктирующей способности (индексу ксилолиза), в качестве объекта исследований был выбран гриб Daedaleopsis сonfragosa. За относительно короткий срок инкубирования (14 сут) при небольшой потере массы древесины (ПМД) (5%) и целлюлозы (всего 0.9%), потери лигнина, вызванные действием Daedaleopsis сonfragosa, составляли 23%. Эти показатели деятельности гриба, с точки зрения эффективности и избирательности делигнификации, несколько лучше, чем для Phanerochaete sanguinea, одного из наиболее известных (Lakshminarayana et al., 1992) лигнинолитических грибов. Биоотбелка сульфатных целлюлоз может осуществляться ферментами,
45
прежде всего, оксидазного типа за счет окислительной деструкции лигнина, что приводит к его функционализации и способствует увеличению растворимости. Среди лигнинразрушающих ферментов известны лигнинпероксидаза и лакказа, которые осуществляют одноэлектронный перенос с молекулы субстрата лигнина – и тем самым катализируют широкую серию далее протекающих с ним реакций. Кроме того, гемицеллюлазные ферменты способны гидролизовать гемицеллюлозы, переосажденные на поверхности целлюлозного волокна, облегчая последующую экстракцию лигнина (Ахмедова, 1992; Дудкин и др., 1991; Ежов и др., 1993). Среди внеклеточных ферментов, продуцируемых Daedaleopsis сonfragosa, выявили наличие лигнинпероксидазной, лакказной, ксиланазной и целлюлазной активностей (Горбатова и др., 2005). Максимальная активность перечисленных ферментов отмечена у гриба на 7 сутки культивирования. Активность лигнинпероксидазы оказалась доминирующей, а целлюлазы – минимальной. Такое сочетание ферментативной активности позволяет считать Daedaleopsis сonfragosa перспективной культурой для использования в процессах отбелки. Обработку небеленой сульфатной хвойной целлюлозы в указанной работе осуществляли семидневной культурой Daedaleopsis сonfragosa и проследили влияние продолжительности обработки на состав сульфатцеллюлозной массы в сравнении с Phanerochae tesanguinea.
Известно, что грибы белой гнили могут разрушать пестициды, полициклические ароматические углеводороды, полихлорированные ароматические соединения, красители и т.д. (Mori, Kondo, 2002). Наибольший интерес в качестве биодеструктора пестицидов вновь вызывает Phanerochaete chrysosporium, способный минерализовать хлор- и фосфорсодержащие органические пестициды (Pointing, 2001). В этих превращениях главную роль играют основные окислительные ферменты грибов. У базидиомицетов к ним относятся лигнинпероксидазы (ЛиП, E.C. 1.11.1.14), марганецпероксидазы (MnП, E.C. 1.11.1.13) и голубые лакказы (E.C. 1.10.3.2). Все они обладают широким спектром действия (Диксон, Уэбб, 1982). Лакказы – самые распространенные представители ферментов, способные преобразовывать ароматические соединения. Большинство лакказ окисляет ароматические соединения со свободным фенольным гидроксилом, ами-
46
нофенолы, ароматические диамины (Болобова, 2002). Лакказы успешно используются при деградации трихлорфенолов, алкенов, красителей, пестицидов и др. Часть лакказ стимулируется индукторами – гваяколом, таннином, феруловой и синаповой кислотами, сирингалдазином, 2,5-ксилидином, вератровым спиртом, гуминовыми кислотами и др. (Беккер, 1993). С другой стороны,
лакказы Lentinus edodes, Agaricus bisporus, Schizophyllum commune – типично конститутивные ферменты, биосинтез которых определяется собственным метаболизмом гриба (Горбатова и др., 2000; Болобова и др., 2002; Mougin et al., 2002). При разра-
ботке систем биодеградации значительное внимание уделяется более стабильным препаратам иммобилизованных ферментов. Для лакказ также показано более длительное сохранение активности после иммобилизации. Иммобилизованную лакказу совместно с медиатором используют для окисления токсикантов, в частности – промышленных красителей. Методом иммуноферментного анализа было проведено сравнение эффективности деградации атразина тремя базидиальными культурами: Coriolus hirsutus, Coriolopsis fulvocinerea (лакказная активность преобладает над MnП) и Cerrena maxima (MnП активность выше лакказной) (Горбатова и др., 2006; Королева, 2006). В качестве индукторов использовались гваякол и сирингалдазин. Обнаружена взаимосвязь между деградацией гербицида и лакказной активностью штаммов. Наиболее эффективной оказалась деструкция культурой C. fulvocinerea, индуцируемой гваяколом: утилизировалось до 98% атразина. В остальных вариантах опытов деградация также была высокой и достигала 68–94%. Таким образом, возбудители белой гнили C. maxima, C. fulvocinerea, C. hirsutus, активные продуцен-
ты лакказы, разлагали до 80–92% атразина в течение 40 суток. Исследован процесс биодеградации нефтяных углеводоро-
дов при участии ксилотрофного базидиомицета Lentinus tigrinus (Костина, 2009). Показано, что при культивировании гриба на среде, содержащей 1% дизельного топлива, убыль данного гидрофобного соединения составляет к 10 суткам роста 39,7%. При этом совместное культивирование L. tigrinus с культурой признанного активного нефтедеструктора – бактерии Rhodococcus erythropolis, привело к увеличению убыли поллютанта, по сравнению с эффектами монокультивирования бактерии.
47
В эксперименте с добавлением к питательной среде для культивирования L. tigrinus фенола в концентрации 1% и 5% обнаружено, что степень деструкции вещества зависит от его концентрации, времени внесения, динамики ферментативной активности, и составляет в среднем 70% от исходного содержания (Паршин и др., 2008). При этом обнаружена стимуляция ферментативной активности внесением фенолов: наибольшее стимулирующее действие на биосинтез Mn-пероксидазы оказывало добавление фенолов в концентрации 1%, а лакказы – в концентрации 5% в период трофофазы, а максимальная активность пероксидазы наблюдалась при добавлении 5% фенола в идиофазу.
Биоремедиация объектов окружающей среды может осуществляться и на основе таких свойств грибов, как абсорбционные способности, также перспективным сорбентом поллютантов является хитин клеточной стенки. Было обнаружено большое количество хитина в составе ХГК G. applanatum, а также присутствие в составе плодовых тел протеинов, что обуславливает хорошую сорбционную способность данного вида по отношению к ионам тяжелых металлов (Феофилова, 2002). Кроме того, установлено, что хитино-глюкановый комплекс G. applanatum составляет 1220% общей массы культивируемого мицелия, благодаря чему, данный вид афиллофороидных грибов может быть рекомендован для промышленного получения хитина (Нудьга и др., 2002). Проведено изучение сорбционной способности по отношению к ионам стронция дереворазрушающих грибов известных своими ле-
карственными свойствами – Trametes hirsuta, Pleurotus ostreatus, Lentinus edodes, Ganoderma lucidum (Ровбель, 2006). Результаты исследования показали, что среди изученных грибов наиболее высокой способностью связывать ионы стронция обладает мицелий гриба G. lucidum, полученный при выращивании на жидкой питательной среде в условиях аэрации. Глубинный мицелий G. lucidum отличался наличием на поверхности мелкодисперстных гиф плотного слизистого слоя, основным компонентом которого служил гликан. Тот факт, что после очистки хитинглюканового комплекса гриба от других компонентов биомассы сорбционная емкость снизилась в 2 раза, свидетельствует о способности экзогликанов G. lucidum концентрировать стронций. У других изученных грибов наиболее высокой сорбционной актив-
48
ностью по отношению к ионам стронция характеризовался мицелий, выращенный в поверхностной культуре и выделенный из него хитин-глюкановый комплекс. Проведенные исследования, по мнению авторов, свидетельствуют о том, что использование в диетическом питании хитин-глюканового комплекса, являющегося основным структурным компонентом клеточных стенок, которые остаются в качестве отхода после извлечения экстрактов грибов с лекарственными свойствами, способно защитить человека от негативных последствий хронического поступления в организм радиоактивного стронция.
В соответствии с современными подходами к решению проблемы биодеградации ксенобиотиков, рекомендуют использовать ассоциации микроорганизмов, так как они более эффективны, чем отдельно взятые виды. При этом типы связей в подобной ассоциации могут быть различны. Один вид микроорганизмов может непосредственно участвовать в разложении ксенобиотиков, а другой – поставлять недостающие питательные вещества. Это может быть метаболическая «атака» на субстрат, когда синтезируются разные компоненты ферментативного комплекса, или же цепочка ферментативных реакций (многосубстратные конверсии) и т.д.
Еще одним достойным определенного внимания направлением использования ксилотрофных базидиомицетов стали разработки на основе их мицелия витаминных и антиоксидантных премиксов для применения в разных отраслях животноводства (Капич, Шишкина, 1992). Для промышленного птицеводства актульным и практически значимым является поиск источников биоактивных липидных соединений, особенно природного происхождения, разработка способов получения лечебнопрофилактических препаратов с широким спектром биологического действия (Трояновская и др., 2008). В качестве одного из таких источников БАВ используется L. sulphureus, глубинный мицелий которого содержит уникальный комплекс биологически активных веществ липидной природы (каротиноиды, фосфолипиды, полиеновые кислоты, провитамины и др.). Исследование биохимического состава спиртового экстракта его мицелия, как основы лечебно-профилактического препарата иммуностимулирующего и антиоксидантного действия, показало, что основная
49