Институт Медицинской Климатологии
Гетерогенность популяции микроорганизмов, понятие о диссоциации.

Механизм диссоциации еще не раскрыт полностью, однако в практике научных исследований с ним сталкивается практически каждый, кто работает с микроорганизмами. Диссоциацией называют появление колоний разной морфологии при рассеве чистой культуры на твердую среду.

На самом деле, в этом случае микробная популяция гетерогенна не только морфологически, но и затрагивает также физиолого-биохимические и генетические признаки. Процесс диссоциации имеет постоянный характер и более высокую частоту (= 10-4), чем спонтанные мутации. Наиболее часто образуются три морфотипа колоний: R — шероховатые, S — гладкие и М — слизистые. У ряда микроорганизмов были обнаружены колонии одного морфотипа, но имеющие незначительные модификации (например, гладкие, но существенно различающиеся по блеску или размеру и тогда обозначаемые как St). Первоначально это явление, названное «вариацией фаз», было отмечено у патогенных микроорганизмов родов Salmonella, Shigella, Escherichia. В разных фазах протекания болезни наблюдали преобладание определенного типа колоний (S — в эпидемической фазе, R — в постэпидемической).

Различия в виде колоний обычно выявляются не на любой плотной среде, а только на среде, богатой углеводами. Колонии разных морфотипов различаются по диаметру, но содержат одинаковое количество по-разному упакованных клеток. Как правило, М и R-колонии по диаметру в два раза больше, чем колонии S-варианта. В то же время каждая колония уже содержит клетки всех трех типов. В природных местообитаниях обычно наблюдают преобладание какого-то из диссоциантов, но отмечают наличие всех трех вариантов.

Плотная или рыхлая «упаковка» клеток в колонии зависит прежде всего от способа расхождения делящихся клеток (образуются либо цепочки клеток, лежащие на прямой, как у R-форм, либо расположенные под углом одна к другой V-образные формы, как у S- и М-вариантов). Особенности расхождения клеток диссоциантов при делении обуславливаются различиями химического состава и электрозаряженности вещества капсул (при отрицательных зарядах возникает отталкивание оболочек). Различия в клеточных оболочках (капсула + клеточная стенка) являются причиной всего спектра различий физиолого-биохимических признаков диссо­циантов. У диссоциантов отмечена разная толщина и химический состав капсул (например, переход S- в R-вариант связан с потерей О-антигена). Клеточная стенка R-варианта в 1,5—2 раза толще, чем у S-формы. Разное количество в мембранах диссоциантов липидов, содержащих ненасыщенные жирные кислоты, влияет на их текучесть (например, R-вариант имеет меньше таких липидов, чем другие формы). Такие изменения в клеточных оболочках сказываются на функциональных параметрах: скорости роста и выделения продуктов, устойчивости к токсическим веществам и различным физико-химическим факторам, активности мембранных ферментов. Большая устойчивость одного из диссоциантов к какому-либо фактору может привести к полной смене состава популяции к концу инкубационного периода.

Таким образом, на изменение условий популяция «отвечает» изменением соотношения диссоциативных вариантов, что способствует сохранению вида. Поэтому диссоциацию можно назвать адаптацией к меняющимся условиям среды на уровне популяции. Гетерогенность популяции микроорганизмов является эволюционным преимуществом.

Учет гетерогенности популяции позволяет прогнозировать поведение ряда патогенных микроорганизмов при изменении условий. Так, вирулентность популяции фитопатогенных псевдомонад может меняться в зависимости от погоды. В сухую погоду способность к заражению растений понижена из-за преобладания в популяции авирулентного R-варианта, более устойчивого к понижению активности воды.

Явление диссоциации следует учитывать при проведении процессов в микробиологических производствах, так как при длительном культивировании медленно растущие варианты вытесняются быстро растущими, но, как правило, менее активными диссоциантами. К тому же диссоцианты могут синтезировать разное количество биологически активных веществ, спектр которых может различаться. У М-клеток, как правило, образуется максимальное количество экзопродуктов, R-варианты активнее разрушают ксенобиотики, так как они устойчивее к токсическим веществам. Условия хранения продуцента также оказывают существенное влияние на состав его популяции.

Для стабилизации синтеза биологически активных веществ в промышленности необходимо:
1) соблюдать оптимальные условия хранения продуцента;
2) создать оптимальные для высокопродуктивного диссоцианта условия роста;
3) постоянно вести стабилизирующий отбор;
4) получить недиссоциирующий клон.

Исследования процесса диссоциации имеют прогностическую ценность и дают возможность управлять течением процесса. Диссоциация, безусловно, связана с изменениями в геноме. Показано, что в диссоциации изученных микроорганизмов могут быть задействованы все генетические процессы — трансформация, трансдукция, фаговая конверсия, мигрирующие генетические элементы (умеренные фаги, плазмиды, транспозоны).

Для Rhodococcus rubropertinctus предложена гипотетическая схема диссоциативных переходов. У этой культуры при потере умеренного фага S-диссоциант перестает расщепляться, а утрата плазмиды приводит к тому, что остаются только R-S-переходы. Возможно, что в R-клетках профаг встраивается в другой, чем в S-клетках, участок хромосомы.

Добавить комментарий