Материал: Ильина Г.В., Ильин Д.Ю. Ксилотрофные базидиомицеты в чистой культуре
но, пересекаются, что позволяет предполагать наличие у тритерпенов роли своеобразного резерва для синтеза стероидов, в том числе эргостерина.
Рисунок 8 – Пространственная формула стероидов
Названный стерин является наиболее распространенным у грибов и входит в состав клеточных мембран. Эти компоненты мембран являются своеобразной биохимической мишенью для повреждающего действия полиеновых макролидов, в том числе и нистатина.
Нистатин представляет собой полиеновый антибиотик, который образует комплекс с холестерином (рис. 9а). Уже в первых работах, посвященных изучению механизма действия полиеновых антибиотиков на мембраны, он объяснялся их взаимодействием со стериновым компонентом мембран. Согласно существующим гипотезам, полиены образуют специфические комплексы со стеринами, функционирующие в качестве пор и изменяющие избирательную проницаемость клетки (De Kruijff, Demel, 1974). Через поры из клетки выходят низкомолекулярные вещества, в частности, ионы калия и аминокислоты (Galе et al., 1975). Диаметр нистатиновой поры составляет около 8 Ǻ. В существующей модели (Kleinberg, Finkelstein, 1984) от 8 до 10 молекул полиена образуют цилиндрическую структуру, в которой гидроксилированные сегменты каждой молекулы обращены внутрь, образуя заполненную водой пору (рис. 9 б)).
75
а) |
б) |
Рисунок 9 – а) Пространственная формула нистатина; б) модель нистатиновой поры (по Геннис, 1997)
Наружная поверхность такой структуры неполярна, при этом между каждой парой молекул нистатина имеется пространство для молекулы стерола. Эта порообразующая молекула является амфифильной, поскольку обладает полярными и неполярными участками. Полярная часть образуется из последовательно расположенных гидроксильных и карбонильных групп. Такая структура нистатиновой поры является гипотетической, но согласуется с экспериментальными данными.
В настоящее время известно, что полиеновые макролиды влияют исключительно на организмы, которые содержат в мембранах своих клеток стерины, имеющие 3β - гидроксигруппу и достаточно длинную цепь при С-17, и поэтому практически не действуют на большинство бактерий. Эргостерин же полностью соответствует структуре мишени для полиенов (рис. 10).
Избирательность действия в отношении грибов особенно сильна: мембраны грибов, содержащие эргостерин, повреждаются сильнее, чем содержащие холестерин мембраны человеческих эритроцитов или клеток почек, хотя токсичность полиенов, вообще говоря, весьма высока (Овчинников, 1987).
76
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рисунок 10 – Структурная формула эргостерина
Стерины связываются с антибиотиками в соотношении 1:1. Все это дало основание предположить, что устойчивость некоторых штаммов к полиеновым антибиотикам обусловлена, прежде всего, изменениями стеринового компонента мембраны. В литературе имеются сведения об изменении состава стеринов в клетках дрожжей и мицелиальных грибов, которые приобрели устойчивость к полиенам как под действием мутагенов, так и в процессе адаптаций. Сообщается о трех типах изменений клеточных стеринов: снижение общего количества стеринов (до 20 раз ниже, чем в среднем для представителей вида) (Bulder, 1971); снижение количества эргостерина, что отмечалось для дрожжей (Bard, 1972); полное отсутствие эргостерина или замена его другими стериновыми компонентами (Вирина, 1975). Возможности практического применения последнего явления в практике грибоводства изучено С.И. Никитиным (2004) при изучении влияния нистатина на развитие Pleurotus ostreatus. Целью исследования было обнаружение штаммов вешенки, устойчивых к нистатину, то есть, как предполагал автор, имеющих измененный состав стеринов. Таким образом, работа представляла собой поиск возможностей получения и культивирования штаммов вешенки, бедных эргостерином, необходимым насекомым-вредителям, тем самым, отчасти решалась проблема негативного влияния микофагов. Однако, каких-либо существенных результатов автором получено не было: установлен лишь эффект торможения роста всех изученных культур и установлены наиболее токсичные концентрации полиена.
77
Однако существуют работы, которые содержат информацию об иных возможных механизмах полиенрезистентности, связанных с экскрецией части содержащихся в клетке стеринов в среду (Molzaki, Woods, 1972). Они связывают полиены на подступах в клетке. Кроме того, у некоторых дрожжей и мицелиальных грибов обнаружена идентичность стеринового спектра у ряда устойчивых мутантов с таковым у клеток дикого типа. Обнаружены также мутанты с повышенным содержанием эргостерина (Bard, 1972). Это объясняют следствием экранирования или переориентации мембранных сайтов, взаимодействующих с полиенами. Таким образом, нет единого мнения относительно механизмов полиенрезистентности, вероятно одновременное существование различных систем адаптации. Кроме того, информация о современных исследованиях, посвященных данному вопросу, встречается крайне редко, и ориентирована на несколько иные стороны проблемы стеринового обмена грибов. В то же время полиеновые макролиды, и в том числе нистатин, обладающие значительной токсичностью, в настоящее время ограничены в применении и теряют актуальность как терапевтические средства, что может служить одной из причин некоторого ослабления интереса к ним и с позиций фундаментальных исследований.
Аспекты устойчивости к полиеновым макролидам у высших базидиомицетов практически не изучены, хотя исследование модификаций стероидного обмена у этих организмов представляет определенный интерес.
Нам представилась логичной возможность преимущественного развития в присутствии нистатина тех видов или штаммов, которые характеризуются такими индивидуальными свойствами, как более интенсивный метаболизм стеринов. Такие предположения основаны на результатах анализа работ НИИ Антибиотиков (г. Пенза), проведенных в конце 80-х – начале 90-х годов и посвященных оптимизации биосинтеза антибиотика фузидина с помощью комплекса генетических и физиологических методов (Бартошевич, 1983; Беляева, 1984). В работах показано, что уровень продуктивной активности продуцентов антибиотиков стериновой природы находится в прямой зависимости от полиенустойчивости. Т.В.Беляевой (1984) проведена, в частности, оптимизация биосинтеза фузидиевой кислоты при использовании полиен-
78
резистентного штамма Fusidium coccineum. Биосинтез фузидиевой кислоты, как и всех стероидов, связан с изопреном, а структура молекулы типична для таковой у мишени для полиенов. В работе, посвященной изучению особенностей биосинтеза стеринов, в том числе эргостерина и фузидиевой кислоты клетками продуцентов под влиянием нистатина, показано, что нистатинрезистентные штаммы отличаются способностью к сверхсинтезу целевого продукта. Это свидетельствует о том, что нарушение биосинтеза эргостерина ведет к накоплению промежуточных продуктов, которые являются резервом для синтеза прочих стериновых компонентов. На наш взгляд, подобные положения служат достаточной основой для исследований полиенрезистентности у штаммов ксилотрофных базидиомицетов, которые являются продуцентами ценных метаболитов стериновой природы.
Таким образом, изучение возможностей использования низкомолекулярных соединений различной природы открывает определенные перспективы для разработки приемов регуляции ростовых и синтетических процессов у базидиомицетов в культуре и требует пристального внимания исследователей.
79