Пигментация бактерий рода Pseudomonas

Пигментация бактерий рода Pseudomonas

        Изучение химического состава и природы пигментов, синтезируемых микроорганизмами, получило в настоящее время широкое распространение. Это объясняется тем, что пигменты одновременно могут быть физиологически активными веществами (антибиотиками, ферментами, витаминами, фитонцидами, стимуляторами роста), и также тем, что пигментация микроорганизмов в сочетании с другими физиологическими признаками может быть важным дополнением при систематике микроорганизмов.

        Началом биологического подхода к изучению пигментов и некоторых вопросов их образования в клетке можно считать работы советских исследователей школы Н. А. Красильникова. Они установили, что у пигментных форм микроорганизмов существует коррелятивная зависимость между качественным составом пигмента и другими физиологическими признаками. Это касается красно-оранжевой группы актиномицетов, проактиномицетов и микобактерий, а также зеленых, синих и желтых групп актиномицетов.

        Культуры бактерий рода Pseudomonas иногда утрачивают способность синтезировать пигмент. Например, некоторые бактерии Ps. aeruginosa могут временно или совсем утратить пигментацию. Известны и беспигментные штаммы этого вида.

        Цвет окрашенных соединений, синтезируемых псевдомонадами, различен. Он может быть синим, сине-зеленым, желто-эеленым, желтым, оранжевым, красным, фиолетовым, коричневым и черным. Среди этих соединений есть растворимые и нерастворимые в воде вещества. Их синтез может происходить внеклеточно, а также внутриклеточно с накоплением в клетке и с последующим выходом из нее.

        Как правило, определенные виды псевдомонад одновременно образуют комплекс пигментов различных типов, качественный и количественный состав которых подвержен изменениям и зависит от компонентов среды, условий культивирования (аэрация, освещенность, рН и т. д.), индивидуальных особенностей бактериальных штаммов и источников выделения (экологии бактерий).

        В настоящее время еще нет возможности классифицировать все пигменты, синтезируемые бактериями из рода Pseudomonas, согласно их принадлежности к веществам определенного химического состава.

        К настоящему времени известно химическое строение только окрашенных веществ фенаэинового ряда, некоторых птеридиновых производных, пигментов пиррольного и каротиноидного типов. Эти вещества были выделены в кристаллически чистом виде, а затем было проведено подробное изучение их химических и физических свойств.

Окрашенные соединения феназинового типа.

        К пигментам — производным феназина — относятся ниоцианин, гемиииоцианин, хлорорафин, оксихлорорафин, феназин-1-карбоновая кислота, иодинин и эругинозин. Строение этих веществ известно, осуществлен их синтез. Все они являются антибиотиками, обладают активностью против грамположительных и грамотрицательных бактерий, дрожжей и грибов, а также проявляют фитотоксические свойства.

        Пиоцианин и гемиииоцианин — родственные химические соединения, образуемые культурой Ps. aeruginosa. Пиоцианин — синий нефлуоресцирующий пигмент — обычно образуется при культивировании Ps. aeruginosa на естественных и синтетических средах. Начиная с 90-х годов прошлого столетия ученые занимаются подбором сред, обеспечивающих максимальное образование антибиотика пиоцианина. Гемипиоцианин — пигмент желтого цвета.

        Хлорорафин и оксихлорорафин — родственные химические соединения. Хророрафин зеленого цвета, оксихлорорафин— желтого. Па воздухе хлорорафин быстро окисляется, превращаясь в оксихлорорафин. Эти вещества образуют бактерии Ps. aeruginosa и Ps. chlororaphis.

        Феназин-1-карбоновая кислота — пигмент желтого цвета, образуемый Ps. aeruofaciens. Этот пигмент могут синтезировать некоторые штаммы Ps. aeruginosa и Ps. fluorescens.

        Иодинин — пигмент сине - фиолетового цвета с медным блеском — образуется при культивировании Ps. iodinum на синтетических и белковых средах.

        Эругинозин — красный пигмент—синтезируется одной из культур Ps. aeruginosa. Этот пигмент состоит из двух веществ, которые были разделены на два пигмента А и В, полученные в кристаллически чистом виде. В 1 л культуральной жидкости содержится 12—20 мг пигмента А и 30—40 мг пигмента В. Оба вещества растворимы в воде и нерастворимы в щелочных растворах, на воздухе приобретают желтый цвет. При использовании новейших физикохимических методов анализа (магнитные резонансные спектры) была установлена структурная формула эругинозипа В.

        Окрашенные соединения феназинового типа могут синтезироваться бактериями рода Pseudomonas в комплексе с другими веществами. Например, один штамм Ps. aeruginosa при определенных условиях может синтезировать одновременно три пигмента.

Окрашенные соединения птеридинового типа.

        Окрашенные формы псевдомонад синтезируют пигменты, в состав которых входят вещества птеридинового типа. Эти вещества были выделены в кристаллически чистом виде, а использование новейших химических и физических методов анализа позволило изучить их структуру. Птерины входят в состав пигментов и витаминов животной и растительной природы. Впервые они были обнаружены в цветных экстрактах крыльев бабочек и частях тела различных насекомых, в составе пигментов некоторых высших грибов и бактерий.

        Среди окрашенных форм рода Pseudomonas часто встречаются виды, синтезирующие яркий желто-эеленый флуоресцирующий пигмент, хорошо диффундирующий в питательную среду. Кроме этих соединений, некоторые виды образуют вещества красного и синего цвета. В комплексе этих окрашенных соединений также обнаружены птерины.

        Желто-зеленые флуоресцирующие пигменты. Интенсивность желто - зеленой флуоресцирующей пигментации псевдомонад зависит от условий культивирования, источников выделения и штамма. До настоящего времени точно еще неизвестно, какие органические соединения и сколько их входит в состав флуоресцирующего пигмента.

        Начиная с 30-х годов нашего столетия исследователи пытаются установить химическую структуру этих веществ, изучая их в комплексе с другими соединениями, стремясь выделить их в кристаллически чистом виде.

        Впервые Эллиот (1958) выделил в кристаллически чистом виде водорастворимый флуоресцирующий пигмент, синтезируемый Ps. fluorescens и Ps. ovalis. Применяя метод электрофореза, он изолировал это вещество и установил его птеридиновую природу. Чаркобарти с сотрудниками (1964), изучая химический состав пигментов, синтезируемых Ps. fluorescens, получил кристаллы светло-коричневого цвета.

        Изучение химического состава этого вещества позволило авторам отнести его к птеридиновым производным.

        Синие пигменты были обнаружены в клетках Ps. indigofera, которые окрашены в синий цвет. Эти соединения состоят из комплекса веществ различной окраски, где доминирует синяя. Синие пигменты птеридинового типа были получены в кристаллически чистом виде. Изучены их химические и физические свойства, проведен элементарный анализ компонентов и определена структурная формула. К синим пигментам относится индигоидин. Это внеклеточный пигмент фиолетово-синего цвета.

        Синий внутриклеточный (нерастворимый) пигмент, также относящийся к птеридиновым производным, накапливается в большом количестве в бактериальных клетках Ps. lemonieri. Этот пигмент в субстрат не диффундирует.

        Синий растворимый пигмент обнаружен при культивировании бактерий Ps. nigrifaciens. Коричнево-черные с темными кристаллами на поверхности, колонии этих бактерий содержат окрашенные и неокрашенные клетки, которые располагаются при росте в виде концентрических окружностей. Пигмент был выделен в чистом виде из клеток, затем хроматографически разделен на три фракции: коричневого цвета, синего и флуоресцирующую желтого цвета.

        Из очищенной фракции синего цвета были получены кристаллы. Изучены химические и физические свойства, проведен элементарный анализ и определена структурная формула соединения. По своим химическим и физическим свойствам этот пигмент сходен с индигоидином и относится к соединениям птеридинового ряда.

        Пигменты красного цвета. В 1937 г. Маршал изолировал из питьевого родника бактерию, синтезирующую смесь флуоресцирующих пигментов, в состав которых входит красный пигмент. Эта бактерия названа Ps. roseus fluorescens. Бактерии, развиваясь на синтетической среде без железа, синтезируют красный и зеленый флуоресцирующие пигменты. Эти соединения были выделены в кристаллически чистом виде и установлена их химическая природа. В состав комплекса этих пигментов входят птерины, рибофлавин и люмохром.

Окрашенные соединения типа пиррола.

        Кроме птеридиновых пигментов, бактерии рода Pseudomonas синтезируют красные пигменты — антибиотики, принадлежащие к веществам типа пиррола: пиолутеорин, пирролнитрин, изопирролнитрин. Эти соединения были выделены из комплекса других окрашенных веществ в кристаллически чистом виде и установлена их химическая формула. Все эти вещества обладают антибиотической активностью против грамположительных и грамотрицательных бактерий, дрожжей и грибов.

Окрашенные соединения каротиноидного типа.

        В работах последнего времени описан ряд штаммов бактерий рода Pseudomonas, которые, развиваясь на специфических синтетических средах, синтезируют внутриклеточные нерастворимые в воде пигменты желтого, розового и красно-оранжевого цвета. Использование современных методов исследования (хроматография, электрофорез и т. д.) позволило установить каротиноидную природу этих соединений.

        Так, Ps. echinoides и его мутантные формы, а также Ps. methanica при развитии на синтетической среде синтезируют комплекс желтооранжевых пигментов каротиноидного типа.

        Большое количество пигментов, синтезируемых псевдомонадами, обладает фоточувствительностью, флуоресценцией и различной степенью растворимости. Биологическая роль и пути синтеза этой обширной группы соединений почти не изучены. Тщательное исследование пигментов, образуемых псевдомонадами, необходимо не только для уточнения систематики этого рода, но и для изучения физиологии отдельных видов и штаммов псевдомонад.

Жизнь растений: в 6-ти томах. — М.: Просвещение. Под редакцией А. Л. Тахтаджяна, главный редактор чл.-кор. АН СССР, проф. А.А. Федоров. 1974.