НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

Інститут клітинної біології та генетичної інженерії

ГРОМОЗОВА Олена Миколаївна

УДК 575.16.017.22:582.28

Поліваріантність онтогенезу міцеліальних мікроміцетів

03.00.14 – біологія розвитку

автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора біологічних наук

Київ – 2006

Дисертацією є рукопис

Робота виконана у відділі фізіології промислових мікроорганізмів
Інституту мікробіології та вірусології ім. Д.К. Заболотного НАН України

Науковий консультант: доктор біологічних наук, професор, академік НАН
України Підгорський Валентин Степанович, Інститут мікробіології та
вірусології НАН України, завідувач відділу фізіології промислових
мікроорганізмів

Офіційні опоненти: доктор біологічних наук, старший науковий
співробітник Горовий Леонтій Федорович, Інститут клітинної біології і
генетичної інженерії НАН України, завідуючий лабораторією клітинної
біології і біотехнології грибів;

доктор медичних наук, професор Войцеховський Валерій Григорович,
Національний медичний університет ім. О.О. Богомольця, професор кафедри
мікробіології, вірусології та імунології;

доктор біологічних наук, професор Бєлоусов Лев Володимирович,
Московський державний університет ім. М.В. Ломоносова, професор кафедри
ембріології.

Провідна установа: Київський Національний університет імені Тараса
Шевченка Міністерства освіти і науки України

Захист відбудеться «30» січня 2007 р. о 14 годині на засіданні
спеціалізованої вченої ради Д 26.202.01 по захисту докторських
дисертацій при Інституті клітинної біології та генетичної інженерії НАН
України за адресою: 03143, Київ, вул. Заболотного, 148.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Інституту клітинної
біології та генетичної інженерії НАН України (03143, м. Київ,
вул. Заболотного, 148).

Автореферат розісланий 27.12. 2006 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради

кандидат біологічних наук,

старший науковий співробітник О.А. Кравець

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність проблеми. Поліваріантність онтогенезу є однією з важливих
задач біології розвитку. З одного боку мова йде про макроструктури
модульних організмів, їх функціональні та специфічні особливості та
необхідность вивчення споріднених архитектурних моделей різного рівня
організації. З іншого боку, питання формоутворення, як на етапі
утворення окремих модулів, так і на стадії формування цілих структур,
представляють значний інтерес для вивчення проблеми морфогенезу.

Літературні дані свідчать про те, що при усій специфічності подій
формоутворення у біологічних об’єктів різної складності, безперечно, є
загальні принципи та механізми, дослідження яких легше здійснити на
більш простих моделях. На думку С. Шноля (1979), особливо актуальними є
дослідження морфогенезу на рівні клітини та складно організованих
одноклітинних організмів. Поряд з цим ми вважаємо перспективним вивчення
відносно простих організмів, що розглядаються як перехід до
багатоклітинних утворень. Такою моделлю може бути процес формоутворення
міцелію мікроміцетів в умовах глибинного культивування.

Новизна та актуальність роботи визначаються також тим, що механізми
формоутворення та особливості функціонування міцелію в глибинних умовах
ще недостатньо вивчені. Більшість робіт, як свідчать літературні дані
[Gibbs et al., 2000], мають описувальний характер та мало уваги
приділяють причинам цього явища. Хоча відомо, що формі росту грибів
відповідає певна спрямованість біосинтетичних процесів, вибір форми для
біотехнологічного впровадження частіше за все здійснюється емпірично.
Констатуючи наявність пелетного або нитчастого міцелію при зміні умов
культивування, дослідники приділяють увагу коагуляційному шляху появи
пелет, не пропонуючи модель молекулярного механізму цього явища, у
більшості випадків заперечуючи його біологічну природу [Masanori et al.,
1994]. Основні дослідження, що присвячені формоутворенню міцелію у
глибинних умовах культивування, пов’язані з проблемами масообміну,
обростання обладнання, фільтрації біомаси, впливу змішування на
подрібнення міцелію тощо. В той же час деякі літературні дані свідчать
на користь можливого біологічного морфогенезу [Wold, Suzuki, 1973; Gerin
et al., 1993; Ziyu Dai et al., 2004]. В оглядах літератури (Metz,
Kossen, 1977; Seviour, Schmid, 2000] вказується на те, що невирішеними
залишаються питання фізіолого-біохімічної та ультраструктурної
гетерогенності окремих частин гіф, механізму фізико-хімічних впливів на
метаболічні та морфологічні особливості мікроміцетів та інше. Визнаючи
багатофакторний, і тому важко вивчаємий, характер формоутворення
глибинного міцелію, Znidarsic, Pavko (2001) вважають, що без цього
неможливо наблизитися до ефективного використання грибів в
біотехнологічних процесах. Питання регуляції формоутворюючих процесів як
на рівні сприйняття та передачі морфогенного сигналу, так і на рівні
клітинної відповіді, не вивчено. За думкою Gadd (1994), передача сигналу
є складною інтегральною системою багатьох процесів, що відбуваються в
клітині, які у нитчастих мікроскопічних грибів мало досліджені на
фізіологічному, клітинному та молекулярному рівнях.

Мета роботи: встановити роль адаптаційних процесів у поліморфному
розвитку міцелію деяких мікроміцетів в умовах глибинного культивування
та розробити модель механізмів керування їх морфогенезом на етапі
передачі зовнішнього сигналу на внутрішньоклітинний регулятор.

Для досягнення вказаної мети були поставлені та вирішені наступні
задачі:

Визначення впливу зовнішніх факторів на процес формування міцеліальних
структур та їх типологізація на прикладі мікроміцетів з різною
екологічною стратегією розвитку.

Вивчення механізмів взаємодії конідій на початкових стадіях
формоутворення і регуляторних процесів, які забезпечують розвиток певної
форми міцелію відповідно до умов культивування

Вивчення ролі ендогенних регуляторів: цАМФ, цГМФ, іонів кальцію в
морфогенезі Thielavia terrestris (Apinis) Malloch et Cain.

Порівняльне дослідження фізіолого-біохімічних та енергетичних
особливостей функціонування модульних та унітарних грибних об’єктів.

Розробка молекулярної моделі поліморфізму глибинного міцелію на прикладі
T. terrestris.

Об’єкт дослідження: регуляторні механізми морфогенезу.

Предмет дослідження: формоутворення міцелію мікроскопічних грибів в
умовах глибинного культивування.

Методи дослідження: вивчення особливостей пелетного та нитчастого
міцелію проводили за допомогою комплексу мікробіологічних
фізико-хімічних методів в умовах періодичного та безперервного
культивування. Для дослідження поверхневих властивостей конідій
застосовували методи атомно силової та електронної мікроскопії, з
використанням лектинів мічених колоїдним золотом.

Наукова новизна. Вперше на основі комплексного вивчення структурних,
функціональних та регуляторних аспектів запропоновано розглядати пелетну
форму росту міцелію поряд з нитчастою, як прояв поліваріантності
онтогенезу мікроміцетів, що розвиваються в умовах глибинного
культивування. Вперше теоретично обґрунтовано та експериментально
підтверджено механізм початкових етапів регуляції пелетного та
нитчастого росту T. terrestris, що включає зміну роботи аденілатного
комплексу шляхом варіації значень зовнішніх факторів середовища (рН,
температура, тощо) та концентрації інокулюму або впливом високої
концентрації глюкози, теофіліну, екзогенного цАМФ, агентів, що
деполяризують мембрану. Доведено, що пелетна форма існування міцелію є
проявом адаптивних реакцій організму на несприятливі умови існування.
Вперше на підставі результатів комплексних фізіолого-біохімічних
досліджень показано відповідність пелетного міцелію T. terrestris
поведінці одноклітинних мікроорганізмів в умовах неспецифічного стресу,
що підтверджує положення про функціональну подібність макроморфологічних
структур модульних організмів з системами популяційного рівня.

Вперше встановлена стадія компетентності в морфогенезі грибів, що має
чіткі часові межі та відповідає аналогічному періоду в ембріогенезі
вищих організмів. Підтверджено положення про значну детермінуючу роль
середовища у поліваріантності онтогенезу модульних організмів.

Вперше за допомогою методу атомно-силової мікроскопії виявлено
відмінності в ультраструктурі поверхні та силах молекулярної взаємодії
конідій з різною спрямованістю формоутворюючих процесів.

Вперше, на підставі порівняння одержаних експериментальних даних з
літературними відомостями про класичний гіфально-дріжджовий диморфізм,
запропоновано розширити це поняття до „поліморфізму вегетативних форм
розвитку грибів”, залучивши до нього пелетну форму.

Вперше запропоновано використовувати процеси формоутворення міцелію у
глибинних умовах культивування як експериментальну модель для вивчення
регуляторних механізмів морфогенезу.

Практична цінність роботи. Одержані результати можуть бути використані
при розробці біотехнологічних процесів за участю мікроміцетів (одержання
білкових продуктів, біологічно активних речовин, у технології очистки
стічних вод тощо), а також при викладанні курсу біології розвитку
міцеліальних грибів. Виявлені закономірності дозволяють здійснити
спрямоване культивування тієї чи іншої міцеліальної форми з відповідним
типом метаболізму і тим самим підвищити ефективність біотехнологічних
процесів отримання важливих для народного господарства продуктів.
Отримані дані дозволяють розглядати пелетну форму T. terrestris,
Chaetomium globosum Kunze et Fr. та темнозабарвлених мікроміцетів як
індикатор на несприятливі умови культивування.

Розроблено методичні підходи на основі методів атомно-силової
мікроскопії, хемілюмінесценції та механоемісії до вивчення механізмів
клітинних взаємодій у лаг-фазі. Дані про роль лаг-фази як важливого
періоду визначення морфофізіологічних особливостей росту мікроскопічних
грибів мають враховуватися для активізації синтезу біологічних
продуктів.

Зв’язок роботи з науковими програмами та темами. Дисертаційна робота
виконана згідно з планами наукових досліджень ІМВ НАНУ 01.9.10057657, а
також наукових програм з фундаментальних та прикладних досліджень
Міністерства освіти та науки України: 0195VO277711, 11-05-95-5.3/74,
5/89. Форма участі автора у цих проектах: науковиий керівник або
відповідальний виконавець.

Конкретна особиста участь автора в одержаних результатах. Автору
належить ідея адаптивності форм міцелію у глибинних умовах культивування
до факторів зовнішнього середовища та механізму їх формоутворюючих
процесів як прояву поведінки самоорганізуючої системи. Здобувач розробив
та виконав програму комплексних досліджень, здійснив аналіз та обробку
одержаних даних, виконав теоретичні роботи та відповідні розрахунки,
сформулював висновки, узагальнення та наукові положення.
Експериментальні матеріали, що викладені в дисертації, отримані автором
особисто та разом зі співробітниками очолюваної автором групи відділу
фізіології промислових мікроорганізмів. Вивчення енергетичної
ефективності росту, вміст АТФ и ІК-спектрометрію проводили в Інституті
мікробіологіі ім. А. Кирхенштейна АН Латвії разом з д.б.н. Швидке Ю.,
к.б.н. Галининою Н., к.б.н. Загребою Е., к.б.н. Грубе М. Розділ 3.2
виконано сумісно з д.б.н. Садовським М. – співробітником Інституту
біофізики Сиб. відд. АН Росії, атомно-силову мікроскопію проведено за
допомогою к.ф-м.н. Литвина П.М. (Інститут фізики напівпровідників
ім. В.Є. Лашкарьова НАН України), электронну мікроскопію – за участю
Степанка В.В. (ІМВ ім. Д.К. Заболотного НАНУ). Електромагнітне
випромінювання досліджувалося за допомогою обладнання фізико-технічної
лабораторії Інституту онкології МОЗ України, під керівництвом проф.,
д.б.н. Орла В.Е. Автор висловлює подяку д.б.н., проф. Ждановій Н.М. та
к.б.н. Захарченко В.А. за допомогу у питаннях мікології.

Апробація роботи. Матеріали та основні положення дисертації доповідалися
на IV Всесоюзній конференції «Управляемое культивирование
микроорганизмов», Пущино, 1986 р., Всесоюзних конференціях:
«Теоретические основы микробной конверсии», 1988 p., м. Рига,
«Лимитирование и ингибирование роста микроорганизмов», Пущино, 1989 р.
«Антропогенная экология микромицетов, аспекты математического
моделирования и охрана окружающей среды», м. Київ, 1990 р., VII, VIII
з’їздах Українського мікробіологічного товариства (Чернівці, 1989 р., та
Одеса, 1994 р.), на 9-му з’їзді Українського ботанічного товариства,
Дніпропетровськ, 1992 р., на семінарі з проблем морфогенезу, МДУ,
Москва, 1996 р., на 8-му Європейському конгресі по біотехнології,
Будапешт, 1997 р., на конференції «Современные проблемы микологии,
альгологии и фитопатологии» МДУ, 1998 р., на 2-й Міжнародній конференції
«Неравновесные когерентные системы в биологии, биофизике и
биотехнологии», Москва, 1999 р., на II-му Міжнародному конгресі «Слабые
и сверхслабые поля и излучения в биологии и медицине», Санкт-Петербург,
2000 р. на III-му Міжнародному семінарі: «Минералогия и жизнь:
биоминеральные гомологи», Сиктивкар, 2000 р., на Міжнародній конференції
«Микробиология и биотехнология ХХ1 столетия», Мінськ, 2002 р., на І-му
та IV-му Всеросійському конгресі з медичної мікології, Москва, 2002 —
2006 рр., на засіданні ботанічної секції в Інституті ботаніки НАНУ,
неодноразово на конференціях та семінарах ІМВ НАНУ.

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 43 наукових праці, у
тому числі 30 статей у фахових журналах, 13 тез доповідей на наукових
конференціях та з’їздах.

Структура і обсяг роботи. Дисертація складається з вступу, огляду
літератури, опису методів дослідження, результатів власних досліджень,
обговорення результатів, висновків та списку цитованої літератури (396
першоджерел). Робота викладена на 306 сторінках друкованого тексту,
ілюстрована 23 таблицями, 99 рисунками.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Огляд літератури складається з 2 підрозділів. В першому підрозділі дана
загальна характеристика сучасного стану проблеми морфогенезу. Розглянуто
його основні положення та механізми. Представлено складність і
багатофакторність проблеми, яка не зводиться лише до вивчення генетичних
аспектів при поясненні розвитку просторової конфігурації живих об’єктів.
Дана характеристика основних механізмів розвитку організмів різних
ступенів складності. Обгрунтовано проведення досліджень щодо аспектів
морфогенезу на більш простіших моделях.

В підрозділі два розглянуто як модель морфогенезу поліморфізм міцелію
мікроскопічних грибів в умовах глибинного культивування. Особлива увага
приділяється дискусійним питанням щодо процесу пелетоутворення і
механізмів цього явища. Розглянуто фізичні причини агрегації конідій та
їх поведінка як колоїдних часток.

Матеріали та методи дослідження. Предметом дослідження є формоутворення
міцелію мікроскопічних грибів в умовах глибинного культивування.
Дослідження проводили на прикладі Thielavia terrestris (Apinis) Malloch
et Cain (оптим. темп. 37 — 42 оС, рН 4,0), продуцент кормового білка
[Билай и др., 1985], Cladosporium cladosporioides (Fresen) de Vries –
продуцент меланіну та його alb-мутант, одержаний при опроміненні
батьківського штаму високими дозами (-променів [Жданова и др., 1985], а
також Cladosporium gerbarum (Pers.) Lk: S.F. Gray, 1453, Cladosporium
 sphaerospermum Penzig, 1059, Arthrinium state of Apiospora montagnei
Sacc., 2416, Ulocladium botrytis Press, 2075 (опт. темп. 25 — 28 оС,
рН 7,0) з колекції відділу фізіології та систематики мікроміцетів ІМВ
НАНУ та Chaetomium globosum Kunze et Fr., № 209 з ВКМ (оптим.темп. 25 —
28 оС, рН 7,0).

Культивування грибів проводилося в качалочних колбах, у ферментерах
«АНКУМ-2» і «Вiotec», на рідкому середовищі Чапека в періодичних та
безперервних умовах. Стаціонарний стан контролювали за концентрацією
кисню.

Фізіологічні показники (економічний, метаболічний коефіцієнти,
коефіцієнт підтримання, питома швидкість росту, константа насичення та
інгібування) розраховували, базуючись на отриманих експериментальних
даних за відомими формулами [Перт, 1978]. Апікальну швидкість росту
визначали при проростанні конідій, що були орієнтовані на нитчастий чи
пелетний ріст, у препараті «висяча крапля» шляхом вимірювання довжини
гіфи через певні часові інтервали за допомогою мікроскопу МБІ-15 (ЛОМО).
Дослідження, що пов’язані з визначенням енергетичної ефективності росту,
проводили при трьох типах С-ліміту: в стаціонарній фазі періодичної
культури, при лімітуванні вуглецевим субстратом у режимі хемостату та в
умовах глибокого лімітування після зупинки протоку та виходу СО2 у
постійний режим. Енергетичну ефективність росту (() розраховували за
описаним [Бабурин и др., 1987] способом. Експериментальні дані для
розрахунків одержували, використовуючи імпульсний метод підживлення
різними джерелами вуглецю (по 5 — 10 мл 5 %-го розчину глюкози, лактози,
ксилози, ацетату та етанолу), вимірюючи при цьому концентрацію кисню в
повітрі, що виходить з ферментера. Вимірювання інтенсивності дихання
проводили газо-балансовим методом за допомогою пульту газоаналізаторів
ПГА (виробництва експриментального електромеханічного заводу
фізико-енергетичного інституту, Латвія). Біологічне споживання кисню
визначали шляхом інтегрування кривої інтенсивності змін його
концентрації.

Ростові характеристики T. terrestris на твердому поживному середовищі
досліджували, використовуючи платівки кремньокислого гелю, що були
насичені рідким середовищем Чапека з різною концентрацією глюкози (0,005
— 40 г/л). Відповідні розрахунки здійснювали загальновідомими методами
[Тrinci, 1971]. Периферійну зону росту визначали морфометричним методом
з покривними скельцями [Bainbridge, 1976].

В умовах глибинного культивування пелетний та нитчастий ріст отримували
шляхом зміни рН-середовища, температури, концентрації інокулюму. Біомасу
визначали ваговим методом. Вміст вуглецю в біомасі та культуральній
рідині встановлювали шляхом спалювання зразків у кисні з наступним
вимірюванням об’єму вуглецевого газу в аналізаторі АН 7560 (Гомельский
завод вимірювальних приладів). Вміст метаболітів визначали з урахуванням
неспожитої глюкози.

Для руйнування агломератів конідій спорову суспензію обробляли за
допомогою установки УЗДН-2 при силі струму 0,2 мА, частоті 22 кГц
впродовж 1; 3; 5; 8 хвилин. Підрахунок конідій проводили в камері
Горяєва.

З метою визначення тотипотентності конідій T. terrestris спорову
суспензію вносили в середовище Чапека при рН 4,0. Через 24 години
інкубації при оптимальній для цього гриба температурі біомасу
відокремлювали від культуральної рідини фільтруванням. Конідії, що не
проросли в цих умовах, осаджували центрифугуванням, поділивши навпіл, та
інкубували як за умов «пелетного» (рН 7,0), так і «нитчастого» росту
(рН 4,0). Усі операції проводили в стерильних умовах. Підрахунок конідій
здійснювали у камері Горяєва та статистично обробляли. Результати
експериментів фіксували візуально.

При виконанні робіт по визначенню впливу передісторії посівного
матеріалу, на формоутворення T. terrestris проводили на середовищі
Чапека з відповідними стосовно рН умовами розвитку пелетної чи нитчастої
форми. Посівний матеріал для наступного культивування одержували шляхом
гомогенізації дводобового міцелію за допомогою гомогенізатора MPW-302 та
в різній кількості вносили в середовище Чапека. Через 48 годин
культивування гриба фіксували форму росту та визначали кількість
біомаси.

При дослідженні впливу поживних речовин на морфологію міцелія в
середовище вносили азотнокислий амоній в концентрації від 0,025 до 2 % ,
та глюкозу – від 0,05 % до 8 %. В дослідах з визначення впливу кисню на
формоутворення перші 10 годин культивування проводили з використанням
аргону. Вплив механічної дії оцінювали при зміні швидкості обертання
мішалки (120 — 140 оберт/хв.) та в системі барботажу. Оцінка міцелію
проводилася як візуально, так і при мікроскопіюванні (у тому числі
конідій на різних етапах проростання) у світловому, фазово-контрастному,
електронному та атомно-силовому мікроскопах. Ультратонкі зрізи конідій
фіксували КМnО4 и 1 %-им розчином ОsO4 у веронал-ацетатному буфері з
рН 6,3 [Степанюк, Квасников, 1981]. У процесі дегідратації конідії
обробляли 2 %-вим розчином уранілацетату та контрастували,
використовуючи цитрат свинцю. Аналізували конідії в електронному
мікроскопі «JEOL», Японія, при збільшенні у 10 — 40 тис. разів.

Дослідження структури поверхні конідій, а саме адгезійних та
в’язкопружних її властивостей, провадили методом атомно-силової
мікроскопії (АСМ) [Binnig et al., 1986] за допомогою AСM DI NanoScope
(((a, серії Dimention 3000. Вимірювання здійснювали у резонансному
режимі (tapping mode) з використанням стандартних зондів з нітриду
кремнію (Si3N4). Радіус кривизни вістря зонду складав ( 10 нм, довжина
консолі – 125 (м, частота механічного резонансу – 300 — 340 кГц,
швидкість сканування дорівнювала 4,2 (м/с. При АСМ одночасно з
картографуванням висоти рельєфу (топографії) фіксувалася зміна коливань
зонда, що дозволяло після обробки на ЕОМ кількісно визначати адгезійні
та в’язкопружні властивості досліджуваної поверхні.

Візуалізацію приклітинних вуглеводів при розвитку конідій T. terrestris
здійснювали за допомогою лектинів, що мічені колоїдним золотом. Зразки
досліджували в електронному мікроскопі ЕМВ-БР (Суми, Україна) при
збільшенні у 10 — 20 тис. разів. Підготовка проб здійснювалася за
методикою [Скрипаль и др., 1996]. Використовували рослинні лектини сої,
картоплі, пшениці, фасолі, конканавалін А виробництва «Лектинотест»
(Львів, Україна).

Визначення АТФ проводили біолюмінесцентним методом на LKB-люмінометрі,
попередньо відмивши інтактний міцелій від культуральної рідини та
обробивши його 5%-им розчином трихлороцетової кислоти [Lundin et al.,
1976]. Пул ендогенного цАМФ и цГМФ визначали, використовуючи набір
реактивів «Amersham». Підготовка проб міцелію та конідій проводилася
згідно з методикиою [Scott, Solomon, 1975]. Дію екзогенного цАМФ
вивчали, вносячи 0,1 — 1,6 мМ на початку культивування конідій та на
стадії експоненціального росту гриба. Теофілін вносили в ті самі строки
в концентрації 10 мМ. Дія солей кальцію на формоутворення міцелію
вивчалася при внесенні кальцію: хлористого ( 1 — 100 мМ, оцетовокислого
( 1 — 30 мМ, сірчанокислого ( 0,1 — 100 мМ, вуглекислого ( 1 — 100 мМ та
азотнокислого ( 1 — 500 мМ. Морфогенні концентрації хлористого кальцію
(завбільшки 30 мМ) вносили на різних стадіях розвитку гриба: в стадії
набряку конідій, в період їх проростання, в період створення септ та на
початку розгалуження. З метою інгібування кальмодуліну застосовували
хлорпромазин (5 — 200 мМ), а для інгібування кальцієвих каналів –
веропаміл (1 мМ).

Дослідження дії одно- та двохвалентних солей на характер росту
T. terrestris проводили, використовуючи хлористий калій, натрій, амоній,
кальцій, магній, стронцій, нікель, цинк у концентрації від 10 до 100 мМ.

Участь цитоплазматичної мембрани (ЦПМ) у процесах формоутворення
досліджували методом інгібіторного аналізу, використовуючи ністатин
(3 мкг/мл), 2,4-динітрофенол (60 мкМ/мл), фторцианід-м-хлорфенілгідразон
(FCCP) (6 мкМ/мл) та високі концентрації хлористого калію (від 100 до
900 мМ). Інгібітори вносили на різних стадіях культивування. Експозиція
складала від 15 хвилин до 1 години. Проби ретельно відмивали, тричі
центрифугуючи при 4000 оберт/хв. 5 хв., та продовжували культивування у
свіжому поживному середовищі без інгібітору. Вплив інгібіторів оцінювали
за морфологією міцелію, візуально та при його мікроскопії.

Інтенсивність ендогенного дихання визначали полярографічним методом
(полярограф LP-7) у 0,2 М фосфат-цитратному буфері в діапазоні
рН 2,5-8,0. Рівень ендогенного дихання відбивали в н.г-атомах О2 мг-1
білка хв.-1. Досліди проводили в термостатованій комірці при температурі
37 (С для T. terrestris и 28 (С для C. globosum у 0,2 М
натрій-фосфатному буфері.

Як хімічні та функціональні аналоги мембранотропних ауторегуляторів
використовували 4-н-гексилрезорцин (аналог d1) та олеїнову кислоту
(аналог d2) [Єль-Регістан, 1988] (у концентраціях: 6·10-3; 6·10-4;
6·10-6; 6·10-7; 6·10-8; 6·10-9 М, та — 0,01; 0,1 — 1,0 об.% відповідно).
Для підрахунків діаметру та кількості агломератів використовували
мікроскоп типу МПБ-2.

Електричні властивості конідій досліджували методом мікроелектрофорезу
[Глоба, Гордієнко, 1980]. Ступінь гідрофобності конідій визначали у
пробах з додаванням н-гексадекану [Rosenberg et al., 1980]. Наявність
лектинів досліджували за реакцією гемаглютинації кролячих еритроцитів
[Луцик и др., 1980].

Дію поверхнево-активних речовин на агрегацію конідій та ріст
Cladosporium cladosporioides встановлювали при внесенні в поживне
середовище катіонної ПАР (ацетилтриметиламонію броміду) в концентраціях
0,001 — 0,1 %, аніонної ПАР (додецилсульфату натрію) в концентрації від
0,001 % до 0,01 % та не іонних ПАР (стеарокс-920, гідронол -200,
твін-80) у концентраціях від 0,01 до 0,1 %.

Клітинні стінки пелетного та нитчастого міцелію одержували шляхом
гомогенізації препаратів на гомогенізаторі MPW-302 впродовж 2, 4,
6 хвилин та обробки міцелію ультразвуком при 22 кГц 5 — 7 хвилин з
наступним відмиванням зразків, тричі центрифугуючи їх при 5000 оберт/хв.
впродовж 5 хв.

Склад клітинних стінок та біомаси міцелію аналізували методом
ІК-спектроскопії на приладі UR-20 (Німеччина). Результати кількісного
аналізу окремих компонентів відображено у відсотках від ваги абсолютно
сухої біомаси. Вміст амінокислот у біомасі визначали за допомогою
амінокислотного аналізатора ААА-339 Т «Мікротехніка» після гідролізу
міцелію при 105 оС 6 N соляною кислотою впродовж 24 — 48 годин.
Енергетичні витрати при біосинтезі амінокислот розраховували по
коефіцієнтах, запропонованих у роботах [Stouthamer, 1973; Иванов,
Стабникова, 1987].

Вплив інгібіторів генної експресії на формоутворення T. terrestris
досліджували додаючи до середовища культивування: актиноміцин Д (20;
50 мкг/мл «Rеanal» Угорщина), рибонуклеазу В (РНКаза В) (0,02; 0,2; 2,0;
20,0 мкг/мл) ICN «Biomedical» USA, DL-етіанін (0,1; 1,0; 10,0;
20,0 мкг/мл) ICN «Biomedical», пуроміцин (0,1; 1,0; 10,0; 20,0 мкг/мл)
«Fluka» (Switzerland).

Протопласти одержували з різних ділянок нитчастого та пелетного міцелію
шляхом обробки його комплексом літичних ферментів травного соку
виноградних равликів. Особливості протопластування детально викладено в
роботі [Блажчук и др., 1991]. Фракціонування протопластів досягали
шляхом різної експозиції досліджуваного міцелію у літичному середовищі з
наступним відокремленням їх шляхом центрифугування.

Вимірювання спонтанної хемілюмінесценції (СХЛ) у діапазоні 200 — 650 нм
проводили за допомогою хемілюмінометру ХЛМЦ-О1 (Україна) за методикою
[Барабой и др., 1991]. Вимірювання механоемісії (МЕ) у діапазоні 100 Гц
— 0,1 МГц було проведено на приладі ТРА-3 зі застосуванням методики, що
описана [Орел и др., 1994]. Побудову фазового портрету МЕ спор проведено
за допомогою комп’ютерної програми Microsoft Excel 7,0.

Розрахунки енергії взаємодії конідій у рідкому середовищі Чапека було
проведено за відповідними формулами, поданими в роботах [Кройт, 1955;
Seaman, 1967; Napper, 1983; Bell et al., 1984;]. Значення вихідних
параметрів одержано експериментально та з літературних джерел. Усі
розрахунки та графічні роботи проводили за допомогою комп’ютерної
програми Microsoft Excel 2000.

Статистична обробка даних проведена загальноприйнятими методами
[Ашмарін, Воробйов, 1961].

РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕНЬ

Вивчення дії системи формоутворюючих факторів у мікроміцетів.

Для перевірки висунутої нами гіпотези щодо адаптивності форми міцелію до
умов культивування ми дослідили характер росту меланінсинтезуючих
грибів, а також термофільного мікроміцету T. terrestris (Apinis) Malloch
et Cain (T 37 — 42 oC) та мезофільного Chaetomium globosum (T 25 —
28 oC). Ці мікроорганізми відрізнялися також оптимальними для
життєдіяльності значеннями кислотності середовища (рН 4,0 ( для
T. terrestris, рН 7,0 ( для C. globosum).

На прикладі T. terrestris та C. globosum показано, що кислотність
середовища, температура інкубації та концентрація посівного матеріалу є
морфогенними факторами, які визначають форму міцелію. Відмінність
одержаних нами результатів за відомими з літератури даними полягає в
тому, що в оптимальних для життєдіяльності мікроміцетів умовах фіксували
нитчасту форму росту, а у несприятливих – пелетну. З даних таблиць 1 та
2 видно, що форма міцелію залежить від початкових значень рН середовища,
але перш за все вона визначається фізіологічними особливостями
мікроміцетів. Низькі значення рН, висока температура та концентрація
посівного матеріалу сприяють розвитку нитчастої форми термофільного
гриба T. terrestris, тоді як пелетний ріст відмічався при високих
значеннях рН, низькій температурі та концентрації інокулюма. Для
мезофільного організму C. globosum нитчаста форма відповідає високим
значенням рН, низькій температурі, у той час як пелетна ( низьким
значенням рН та високій температурі.

Таблиця 1

Вплив рН середовища та концентрації інокулюму на формування міцелію,
T. terrestris (змив спор з твердого середовища)

Таблиця 2

Вплив концентрації інокулюму та рН середовища на

морфологію C. globosum (T 25 oC)

Ці дані вказують на адаптивний характер формоутворення грибів. Разом з
тим впливу кисню, вуглерод- та азотвміщуючих субстратів (0,5 – 2 %) на
морфологію не виявлено. Виключення становлять високі концентрації
глюкози (більше 3 %), котрі призводять до розвитку нитчастого міцелію у
презумптивно пелетному рості. Додавання глюкози при культивуванні
конідій з «нитчастою» стратегією росту не впливало на форму розвинутого
міцелію, залишаючи її нитчастою.

Показано, що пелетоутворення C. cladosporioides, у першу чергу,
обумовлено високим (99,8 ( 0,17 %) ступенем гідрофобності конідій та
нерівністю їх поверхні, що пов’язано з наявністю меланінового пігменту
(рис. 1). Обробка спорової суспензії ультразвуком впродовж 7 хвилин
призводила до повного руйнування агломератів. Але після цього спори знов
коагулювали з утворенням у перші хвилини дрібних, а через деякий час –
великих (до 100 — 200 од.) агрегатів. З метою гідрофілізації поверхні
конідій у середовище вносили катіонні, аніонні та неіоногенні
поверхнево-активні речовини (ПАР).

Рис. 1. Електронограми ультратонких зрізів конідій C. cladosporioides
(а) та його alb-мутанту (б).

Як показали наші дослідження, їх дія була неефективною. Гідрофобність
вдалося знизити лише до 70 %, Усі ПАР відзначалися токсичністю по
відношенню до C. cladosporioides. З метою зниження ступеня обростання
грибом обладнання та одержання більш однорідної за розмірами та формою
біомаси можна рекомендувати вводити в середовище Твін-80 (0,001 %).
Пелетна форма C. cladosporioides, на наш погляд, є наслідком високої
резистентності цього гриба до умов зовнішнього середовища, про що
свідчить характер росту alb-мутанту, гідрофобність поверхні якого
дорівнює 14 ( 0,7 %. Незважаючи на відсутність меланіну при зміні умов
культивування (рН, температуру, концентрацію інокулюму та ін.),
мутантний штам розвивався тільки у пелетній формі.

Дослідження, проведені з іншими темнозабарвленими грибами: C. gerbarum,
C. sphaerospernum, A. montagnei, U. botrytis, підтвердили ці висновки та
продемонстрували, що за допомогою факторів зовнішнього середовища
регулюються біосинтетичні процеси, розміри пелет та морфологія гіф,
ступінь конідіації, адгезивні властивості. Однак всі ці зміни
відбуваються у межах единої програми пелетного росту.

Експериментально було показано, що передбаченість розвитку інкубованих
конідій в нитчасту або пелетну форми відсутня, тобто вони (
тотипотентні.

На прикладі T. terrestris доведена відсутність початкової
запрограмованості розвитку конідій у нитчасту чи пелетну форми, тобто їх
тотипотентність. Показано, що крім факторів зовнішнього середовища
велике значення має передісторія посівного матеріалу. Форма міцелію, що
використовується як посівний матеріал впливає на форму наступного
покоління, визначаючи як точку переходу від однієї форми до іншої, так і
межі її розповсюдження. Тобто, якщо інокулюм представлено подрібненим
нитчастим міцелієм, то нитчаста форма розвивається в межах рН 3,0 — 5,0
при різних концентраціях інокулюму. У цьому випадку пелетна форма
проявляється при рН 6,0 та рН 5,0 лише при низьких концентраціях
посівного материалу. Межі існування гриба за фактором рН звужуються. При
рН 7,0 — 8,0 спостерігається мізерний ріст, що морфологічно фіксується
як суспензія (табл. 3).

У випадку пелетної передісторії у широких межах рН фіксується ріст у
вигляді кульок. Нитчастий ріст зафіксовано лише при рН 4,0, концентрації
інокулюму 14(10-4 г/100мл. При рН 3,0 (концентрація інокулюму 7-14 (10-4
г/100мл ) та при рН 5,0 відмічається змішаний ріст. Гриб розвивається
при рН 7,0 — 8,0, створюючи пелети та «крупу» (табл. 4).

Таблиця 3

Вплив рН середовища та концентрації інокулюму на формування

міцелію з нитчастою передісторією

Таблиця 4

Вплив рН середовища та концентрації інокулюму на формоутворення

міцелію з пелетною передісторією

Значення рН при якому здійснюється перехід від однієї форми міцелію до
іншої позначимо як точку переходу. Скориставшись прийнятою нами
формалізацією, позначимо явище зміни форми міцелію по відношенню до

попереднього росту при певних умовах культивування як «ціна переходу».
Припустимо, що мікроміцети розвивалися у вигляді нитчастих форм, тобто в
умовах S1 (рис. 2).

Рис. 2. «Ціна» переходу адаптивных форм (АФ). К1(S) ( нитчаста форма,
K2(S) ( пелетна форма. КР ( коефіцієнт розмноження запропонований
Горбань [1984]; S ( умови культивування.

Потім обривки міцелію було інокульовано в умови S2 , отже з них повинні
розвиватися пелети. Вводимо величину Р2,1?(0 та назвемо її «ціною
переходу» від нитчастої до пелетної стратегії росту. Зміст її полягає в
тому, що при позначеному переході КР буде дорівнювати не К2(S), а

K2(S)(exp[-P2,1]. (1)

Витрати на «переключення» програм, що відображені в частках КР формулою
(1), означають, що реально перехід здійсниться не при переході зовнішних
умов через точку S?, а при переході їх через точку S+, що визначається
рівнянням:

K2(S+) = K2(S?)(exp [-P2,1], S+?S?. (2)

Аналогічна картина спостерігається при зворотньому переході від пелет до
нитчастого росту. Інтервал (S-,S+) визначається певним фізіологічним
статусом міцеліальних клітин та при фіксованих внутрішніх станах не
змінюється. Природньо назвати його інтервалом гістерезису при переході
від однієї адаптивної форми до другої (рис. 3):

Рис. 3. Гістерезис в переходах між адаптивними формами: (1,2 – частка
колоній у вигляді АФ1 та АФ2; стрілки вказують на зміну екологічних
умов.

По обидва боки від точки перетину логарифму відношення коефіцієнтів
розмноження двох різних АФ повинні мати різний знак. Ця ситуація
називається структурно-стійкою.

Одержані дані дозволяють обгрунтувати явище гістерезису в переходах між
адаптивними формами, що є одним з доказів прояву самоорганізації.

Встановлено, що програма формоутворюючих процесів сприймається клітиною
в стадії набряку конідій, котра відповідає на кривій росту лаг-фазі. Це
період компетентності в морфогенезі глибинного міцелію. Саме в цей час,
за нашими даними, проявляється чітка часова залежність сприйняття
конідіями гриба морфогенного сигналу (рис. 4). Як у випадку пелетної,
так і нитчастої стратегії росту зміна умов культивування у період появи
ростової трубки сприяє змішаному росту, що можна пояснити неодночасним
проростанням конідій. Зміна умов культивування на більш піздніх етапах
розвитку мікроміцетів впливала на морфологію міцелію тільки у межах
кожної форми (пелетної чи нитчастої).

Порівняння одержаних даних з літературними відомостями про
дріжджово-гіфальний диморфізм дозволяє зробити висновок про загальні
закономірності цих процесів та пояснити необхідність зупинки клітинного
циклу для «включення» програм з морфогенезу з позицій теорії
саморозвитку.

Вивчення ультраструктури та сил молекулярної взаємодії поверхні конідій
T. terrestris методом атомно-силової мікроскопії показало, що зміна

Рис. 4. Схема керування морфологією міцелію шляхом зміни зовнішніх умов
у період лаг-фази.

цих показників відбувається не тільки внаслідок їх набряку, але й
залежно від спрямованості формоутворюючих процесів. На початку
культивування поверхня конідій (у режимі картографування зміни фази
коливань зонда) виглядає як зерниста структура (рис. 5). Поряд з
хаотично розподіленими зернами (розміром близько 50 нм) фіксуються
ланцюжки з окремих зерен довжиною 100 — 200 нм. Ця картина відрізняється
від так званих «rodlet», білкових структур, які за даними літератури
[Dufrene et al., 1999; Белозерская, 2001] визначають гідрофобність
поверхні у більшості мікроміцетів. Їх відсутність на поверхні конідій
T. terrestris співпадає з показниками її гідрофільності (61,1 ( 7,2 %).

Рис. 5. Поверхня конідій T. terrestris у режимі реєстрації зсуву фази
коливань зонда (АСМ).

У процесі набряку конідій структура поверхні змінювалася. Поверхня
конідій з нитчастою стратегією росту на протязі 8 — 10 годин
культивування демонструвала лише зернисту структуру (30 — 80 нм) та
відрізнялася від початкової більш рідким покриттям поверхні. Фібрилярні
структури з’являлися на поверхні конідій, що не проросли лише через
18 годин (рис. 6). У випадку презумптивно пелетного росту на поверхні
конідій відмічено фібрилярні структури шириною близько 10 нм та довжиною
до 260 нм.

Рис. 6. Поверхня конідій T. terrestris з презумптивно нитчастим ростом
через 18 годин культивування.

Поруч з ними спостерігалися зернисті утворення з латеральними розмірами
100 х 60 нм. При культивуванні на протязі 10 годин довжина фібрилярних
структур збільшувалась до 1000 нм. Кількість зернистих утворень
зменьшувалась (з 20 до 5 од/нм), але їх розміри збільшувалися до 300 —
400 нм (рис. 7).

Рис. 7. Поверхня конідій T. terrestris з презумптивно пелетним ростом
через 10 годин культивування.

У цей період спостерігається зниження адгезивних та в’язко-пружних
властивостей конідій (рис. 8), більш виражене у нитчастому варіанті. Це
може бути пов’язано з тим, що у процесі набряку поверхня конідій набуває
більшої пластичності. Але на фоні загального зниження сил взаємодії в
окремих ділянках поверхні сили адгезії можуть збільшуватися [Dufrene et
al., 1999].

Рис. 8. Залежність в’язко-пружних властивостей конідій від часу та умов
культивування, наведена як величина зсуву фаз між керуючим та
реєструючим сигналами АСМ: а ( пелетна стратегія, б ( нитчаста
стратегія.

Одержані розрахункові дані підтвердили висновки, зроблені Геріном та
співавторами [Gerin at al., 1993, 1999], про можливу участь
полісахаридних містків в агрегації конідій та неспроможність припущень
про провідну роль у пелетоутворенні електричних властивостей поверхні
конідієспор.

h

j

ue

$ L N ? O ?

O

th

u

ue

?

?

??

??

??

P

R

~

???~

?

a

ae

< >

?

?

¬

®

?

A

E

? тяжіння домінують над силами електростатичного відштовхування
незалежно від значення електрокінетичного потенціалу поверхні конідій.
Це означає, що на основі врахування тільки електростатичної взаємодії
конідії грибів у поживному середовищі Чапека повинні завжди коагулювати.
Значення (-потенціалу конідій T. terrestris при рН 4,0 наближаються до
ізоелектричної точки, однак саме в цих умовах ми спостерігаємо нитчастий
міцелій.

У дійсності поряд з розвитком пелетного ми спостерігаємо розвиток
нитчастого міцелію та утворення пелет з поодиноких конідій. Випадки
відсутності агрегації спор при дотриманні відповідних умов за
електростатичними характеристиками можуть бути пов’язані з наявністю
певного прошарку біомолекул на поверхні конідій, наприклад полісахариду
(так звана стерична складова). З її урахуванням характер взаємодії
конідій суттєво змінюється. При цьому має значення як відстань між
конідіями, так і об’єм сегменту макромолекул, котрі утворюють
адсорбовані прошарки навколо клітини (рис. 9).

Рис. 9. Енергія взаємодії конідій гриба з урахуванням стеричної
складової з різним об’ємом сегмента макромолекул (*10-28 м3): (1) – 0,5;
(2) – 0,8; (3) – 1,0; (4) – 1,2; (5) – 1,4.

Наявність полісахариду при набряку конідій було підтверджено нами
експериментально. Як видно з рис. 10, навколо взаємодіючих конідій
спостерігається фаза з відмінними пружними характеристиками. При обробці
зразків конканаваліном А, міченим колоїдним золотом, на електронограмі
було виявлено оточуючі конідію контрастні частинки (рис. 11). Це може
свідчити про наявність вуглеводів у складі яких: Д-глюкоза, Д-маноза та
N-ацетіл-D-глюкозамін.

Рис. 10. АСМ-зображення взаємодіючих у лаг-фазі конідій T. terrestris у
режимі регістрації висоти (ліворуч) та зміни фази коливань зонду
(праворуч).

Рис. 11. Електронограма конідії T. terrestris у стадії набряку, що
оброблена конканаваліном А, міченим колоїдним золотом

(х 18 тис.).

У межах низьких концентрацій полімеру домінує ефект флокуляції за
містковим типом, тобто структурно-механічний тип взаємодії. Цей механізм
може визначати взаємодію конідій при пелетоутворенні. При більш високих
концентраціях полімеру спостерігається стерична стабілізація, що
забезпечує розвиток окремих конідій, тобто нитчастого міцелію. Ми
вважаємо, що вказаний механізм адгезії є специфічним. Біополімер
синтезується самою клітиною за певних умов існування та у певні періоди
розвитку. Тобто це дає змогу розглядати механізм пелетоутворення як
прояв процесу адаптації.

Вивчаючи механізм рецепції та передачі в клітину морфогенного сигналу,
ми дослідили участь у цьому процесі аналогів мембранотропних,
універсальных для різних мікроорганізмів [Ель-Регістан, 1989],
ауторегуляторів (4-н-гексилрезорцину та олеїнової кислоти). Показано, що
вони впливають на синтез біомаси, діаметр та кількість пелет, але це
відбувається в межах заданої фенотипової програми розвитку.

Участі лектинів у процесах формоутворення міцелію T. terrestris на
стадії набряку конідій та їх проростання не виявлено. Гемаглютинуюча
активність культуральної рідині і на поверхні клітин у випадку
презумптивно нитчастого або пелетного міцелію не встановлена.

Аналізуючи стан конідій у лаг-фазі культивування, слід зазначити їх
відмінності у характері електромагнітного випромінювання. З
представлених на рис. 12 результатів виміру спонтанної хемілюмінесценції
(СХЛ) конідій видно, що у випадку презумптивно- нитчастого росту
інтенсивність оптичного випромінювання вище (в середньому на 17 %) від
пелетного.

) міцелієм.

Параметричні впливи: (1) ( температура, (2) ( рН, (3) ( концентрація
глюкози.

Найбільш відчутна різниця у випроміненні відмічена при зміні температури
та концентрації в середовищі глюкози. Природньо, що досліджувані
параметри впливали на характер випромінювання, але, як видно з
контрольних вимірів (при відсутності конідій у пробах), ця тенденція
була зворотньою (рис. 13). Виключення складали виміри СХЛ під дією
температури (з підвищенням температури інтенсивність випромінювання
збільшується).

Рис. 13. Спонтанна хемілюмінесценція контрольних зразків середовища без
конідій: (А) ( умови для нитчастого, (Б) ( для пелетного росту.

Параметри впливу ті ж самі, як на рис. 12.

За сучасними уявами, низькоінтенсивна люмінесценція біологічних об’єктів
є безпосереднім результатом релаксації електронно-збуджених станів
окремих молекул, що були активовані при проходженні вільнорадикальних
окисних реакцій. Причиною більш низького рівня СХЛ конідій з
презумптивно пелетною формою в порівнянні з нитчастою може бути
інгібування продуктів вільнорадикального окислення як захисної реакції
на неоптимальні умови зовнішнього середовища [Веселова и др., 1993].
Якщо взяти до уваги, що процеси формоутворення можуть бути обумовлені
колективними механохімічними факторами, а зараз цей науковий напрям
активно розробляється [Белоусов, Миттенталь, 1992], то доцільно було
дослідити механоемісію (МЕ) конідій при різних параметричних впливах
середовища культивування.

Аналізуючи одержані дані, слід відмітити більш хаотичний характер
випромінювання у конідій з пелетною стратегією, в порівнянні з нитчастою
(рис. 14). Площа атрактора у передбачених пелет була на 25 % більше. Ця
тенденція зберігалася через 20 годин після початку культивування, хоча
не в такій мірі.

Рис. 14. Фазовий портрет механоемісії конідій T. terrestris з нитчастою
(1) та пелетною (2) програмою розвитку в перші години культивування (А)
та через 20 г (В).

Беручи до уваги той факт, що інокулюм для одержання нитчастого та
пелетного міцелію був однаковим за хімічним складом (конідіі при
культивуванні гриба на твердому середовищі), відмінності у
характеристиках випромінювання можна віднести до різної спрямованості
метаболічних процесів у клітинах з різною морфологічною стратегією
росту.

Для розуміння механізму дії зовнішних морфогенних факторів необхідно
знати особливості метаболічних та молекулярних змін, специфічних для
процесів формоутворення. Пошуки регулюючих молекул починаються з
вивчення цАМФ, цГМФ та іонів кальцію як основних універсальних вторинних
посередників, що відомі для цілого ряду процесів як у про-, так і в
еукаріотичних клітинах.

Дослідження ендогенного пулу цАМФ та виявлений вплив екзогенного цАМФ на
морфогенез T. terrestris показали ключову роль цАМФ у процесах
формоутворення цього гриба в умовах глибинного культивування. Реалізація
«нитчастої » стратегії розвитку відбувається при більш високому рівні
цАМФ у період лаг-фази, ніж у випадку пелетного міцелію (рис. 15, 16).
Регулювання його концентрації високим вмістом глюкози (більш ніж 3 %),
теофіліном, екзогенним цАМФ та агентами, що деполяризують мембрану
(FCCP, 2,4-динітрофенол, ністатин), дозволило здійснити спрямоване
культивування тієї чи іншої форми. Зміна презумптивно пелетного на
нитчастий ріст відбувалася лише при втручанні у лаг-фазі. При внесенні
вказаних реагентів у лог-фазі розвитку міцелію його форма не
змінювалася.

Рис. 15. Вплив цАМФ на форму міцелію T. terrestris (а (пелетний міцелій
К-0,1 мМ цАМФ, б ( нитчастий міцелій К-0,1 мМ, в ( змішаний ріст 0,4 мМ
цАМФ, г ( нитчастий міцелій з програмою пелетного росту 0,8-1,6 мМ
цАМФ).

Показано, що внесення в середовище культивування хлористого кальцію в
концентраціях 15 — 30 мМ впливає на морфогенез T. terrestris,
переключаючи програму розвитку з “пелетної” на “нитчасту”. Специфічність
морфогенної дії іонів кальцію підтвердилася в дослідах з веропамілом, а
також часовою залежністю його впливу на форму міцелію.

Так само як рН, температура, цАМФ іони кальцію змінювали презумптивно
пелетний ріст на нитчастий, діючи на конідії у стадії набряку. Аніонна
частина теж впливала на морфогенну дію кальцію. Встановлено, що серед
солей кальцію (оцетовокислого-, вуглекислого-, азотнокислого) тільки
сірчанокислий у концентрації 10 — 50 мМ діяв аналогічно хлористому
кальцію.

Результати досліджень, що проведені за участю одно- та двохвалентних
катіонів підтвердили особливу роль кальцію в морфогенезі T. terrestris.
Показано, що хлористий натрій, калій, амоній, магній та стронцій в
концентраціі до 100 мМ впливають на морфологію міцелію в межах
морфологічних варіантів. Прямий зв’язок ендогенного цГМФ з
формоутворенням T. terrestris не встановлено.

Рис. 16. Вміст ендогенного цАМФ у біомасі: 1 ( нитчастий міцелій з
програмою пелетного розвитку (8 % глюкози); 2 ( нитчастий міцелій (1 %
глюкози); 3 ( пелетний міцелій (1 % глюкози). Крива росту для нитчастого
(4) та пелетного (5) міцелію.

Показано, що деполярізація цитоплазматичної мембрани, під впливом
роз’єднувачів (FCCP, 2,4-ДНФ), мембраноактивного антибіотика (ністатину)
та високих концентрацій калію в лаг-фазі призводить до зміни програми
розвитку з перзумптивно пелетної на нитчасту (табл. 6). Це може свідчити
про участь цитоплазматичної мембрани завдяки зміні ступеня її
енергізації у сприйнятті та передачі морфогенного сигналу в
T. terrestris.

Дослідження дії актиноміцину Д, РНКази, етіоніну та пуроміцину на
процеси формоутворення T. terrestris продемонстрували зв’язок між
морфогенезом міцелію та генним апаратом клітини. У випадку презумптивно
нитчастого росту додавання інгібіторів призводило до зміни форми
розвитку міцелію. Таким чином, регуляція формоутворення міцелію
T. terrestris може здійснюватися на генному рівні.

Таблиця 6

Вплив концентрації KCl на форму міцелію T. terrestris

при різних значеннях рН середовища

KCl, мМ рН 4,0 рН 7,0

6,6 (контроль) ( ?

25 ( ?

50 ( ?

100 ( ? **

200 ( ** (

300 ( ** (

500 ( (

700 ( (

900 ( (

? ( пелетний тип міцелію; ** (міцелій типу “крупа”;

( (нитчастий тип міцелію; ? ** ; ** ( (змішаний тип росту.

Особливості функціонування різних форм міцелію

на прикладі Thielavia terrestris

Порівняльний аналіз кінетики та стехіометрії росту T. terrestris на
твердому та в рідкому середовищі дозволив оцінити ці умови за ступенем
сприятливості для розвитку гриба. Найбільш оптимальні для росту слід
вважати умови культивування на твердому середовищі. У цих умовах штам
характеризується високою спорідненостю зі субстратом (Кs = 0,026 г/л) та
різким інгибуванням при збільшенні концентрації глюкози (Кі =
0,929 г/л).

В той самий час проведені дослідження показали, що пелетний ріст за
фізіологічними показниками відповідає поведінці організму в умовах
неспецифічного стресу. Збільшуються витрати енергії на підтримку
культури (0,047 ( 0,007 г/г·год. проти 0,024 ( 0,007 г/г·год. для
нитчастого), економічний коефіцієнт меньше (30,5 ( 1,9 % проти
43,6 ( 2,5 %), а метаболічний – більше, ніж у нитчастого міцелію
(0,41 ( 0,08 г-1 проти 0,16 ( 0,01 г-1). Підвищується пул АТФ (рис. 17).

У пелетному міцелії спостерігається зниження білку, нуклеїнових кислот
та збільшення резервних речовин (ліпідів, вуглеводів) (табл. 7).
Нитчаста форма відзначається більшим рівнем конструктивних процесів, але
меншою стійкістю до несприятливих факторів зовнішнього середовища
(Кs = 0,19 ( 0,01 г/л проти 0,09 ( 0,01 г/л; Ki = 112,7 ( 6,4 г/л проти
30,0 ( 5,0 г/л).

Рис. 17. Вміст АТФ (–––) в біомасі та кислотність середовища (- — -) у
процесі росту T. terrestris: (а) ( нитчастий, (б) ( пелетний міцелій.

Таблиця 7

Макромолекулярний склад міцеліальних структур T. terrestris

на різних стадіях розвитку

Характеристика

проби Біополімер, % до АСБ

Білок Нуклеїнові кислоти Вуглеводи Ліпіди

Кінець лаг-фази нитки 44,0(1,5 14,0(0,7 30,0(1,0 6,0(0,5

пелети 45,0(1,8 14,0(04 29,0(0,5 5,0(0,5

Експоненціальна фаза нитки 38,2(1,5 9,2(0,4 42,4(1,1 7,8(0,8

пелети 31,2(1,7 7,4(0,2 49,6(0,9 9,8(0,9

Стаціонарна фаза нитки 29,8(1,1 3,4(0,5 52,4(1,0 8,8(0,7

пелети 19,7(1,3 3,3(0,5 65,8(0,9 9,2(0,4

Безперервне культивування нитки 40,0(1,8 5,0(0,2 40,0(1,0 15,0(1,4

пелети 38,0(1,8 3,0(0,7 42,0(1,0 17,0(1,2

Винятковим можуть бути однакові значення питомої швидкості росту для
пелетної та нитчастої форм (0,106 ( 0,017 г-1 та 0,116 ( 0,012 г-1).
Однак, враховуючи особливості будови міцелію та його апікальний рост,
слід зазначити, що пригнічення ростових процесів у пелет дійсно
відбувається. Апікальна швидкість росту пелетної форми нижче, ніж у
нитчастої (0,089 ( 0,5 мкм/г проти 1,68 ( 0,5 мкм/г).

Особливості пулу амінокислот у пелетного та нитчастого міцелію відмічені
у кількостному складі, хоча енергетичні витрати на синтез амінокислот у
них рівні. У нитчастого міцелія вміст незамінних амінокислот більше, ніж
у пелетного (особливо лізіну, треоніну та валіну). Пелетний міцелій
характеризується більшою кількістю тірозину та метіоніну. До
особливостей пелетної форми можна віднести наявність двох піків у
накопиченні амінокислот в гідролізаті. Імовірно, що перший максимум
пов’язаний з легкодоступними амінокислотами частково деструктурованих
білків центральної частини пелет, а другий ( відображає наявність
амінокислот після повного руйнування клітинної стінки.

Встановлено, що клітинна стінка пелетного міцелію містить більше
структурних полісахаридів (глюкану 28 %, хітину 22 %), ніж нитчастого
(10 % та 1 — 2 % відповідно). Разом з даними протопластування нитчастого
та пелетного міцелію це свідчить про більшу міцність клітинної стінки
пелет. Інтенсивність виходу протопластів та їх чисельність при обробці
пелетного міцелію меньша.

Енергетична ефективність росту пелетного та нитчастого міцелію на різних
субстратах є різною. Для нитчастої форми зі збільшенням ступеня
інгибування вуглецьвміщуючих субстратів ефективність використання
ксилози збільшується, для пелетної ( знижується. Використання ацетату
для нитчастої форми є меньш ефективним, ніж для пелетної. Непродуктивні
витрати на цьому субстраті є значно вищими (табл. 8). Все це може
свідчити не тільки про кількісні, але й про якісні особливості у
метаболізмі форм міцелію, що вивчаються.

Показано, що в умовах стресу, пов’язаного з голодуванням та механічним
пошкодженням, пелетний та нитчастий міцелій демонструють різну реакцію
за рівнем ендогенного дихання (рис. 18 і 19).

У пелетної форми спостерігається збільшення інтенсивності дихання через
добу впливу, у нитчастої ( через дві доби.

Різниця між «голодуючим» інтактним та гомогенізованим міцелієм у
пелетної форми швидко зникала в порівнянні з нитчастою. Більший ступінь
інгібування дихання у пелет на першу добу дії може свідчити про
міжклітинні контакти між ділянками гіф, що входять до складу цієї
структури.

Внесення глюкози не впливає на інтенсивність дихання пелетної форми
T. terrestris у процесі голодування. У той самий час активність дихання
нитчастого міцелію в присутності глюкози збільшувалася. Це може свідчити
про більшу залежність нитчастої форми від екзосубстратів.

Таблиця 8

Енергетична ефективність росту міцеліальних структур

T. terrestris на різних субстратах

Субстрат Нитчаста форма Пелетна форма

(* ( ( (

Глюкоза 1 0,193 ± 0,020 0,807 ± 0,020 0,235±0,010 0,765±0,010

2 0,205 ± 0,010 0,795 ± 0,010 0,171 ± 0,008 0,829 ± 0,008

3 0,265 ± 0,012 0,735 ± 0,018 0,193 ± 0,010 0,807 ± 0,010

Ацетат 1 0,410 ± 0,012 0,590 ± 0,012 0,238±0,040 0,717±0,040

2 0,325 ± 0,016 0,675 ± 0,016 0,229 ± 0,010 0,771 ± 0,010

3 0,313 ± 0,012 0,687 ± 0,012 0,181 ± 0,010 0,819 ± 0,010

Лактоза 1 0,182 ± 0,009 0,818 ± 0,009 0,159 ± 0,008 0,842 ± 0,008

2 слабо асимілювалася слабо асимілювалася

3 слабо асимілювалася слабо асимілювалася

Ксилоза 1 слабо асимілювалася 0,151 ± 0,007 0,849 ± 0,007

2 0,337 ± 0,017 0,663 ± 0,017 слабо асимілювалася

3 0,337 ± 0,013 0,663 ± 0,013 слабо асимілювалася

Етанол 1 0,184 ± 0,010 0,816 ± 0,010 0,248 ± 0,030 0,752 ± 0,030

2 0,236 ± 0,015 0,764 ± 0,015 0,209 ± 0,010 0,791 ± 0,010

3 0,227 ± 0,011 0,773 ± 0,011 0,184 ± 0,010 0,816 ± 0,010

*( ( непродуктивні витрати; ( ( енергетична ефективність росту;

1 – С-ліміт у стаціонарній фазі періодичного культивування,

2 – С-ліміт в режимі хемостату,

3 – С-ліміт після зупинки протоку та виходу СО2 в постійний режим

Рис. 18. Ендогенне дихання пелетного міцелію.

Рис. 19. Ендогенне дихання нитчастого міцелію.

Встановлено, що ціанід по-різному блокує дихання пелетної та нитчастої
форм. У пелетного міцелію в процесі голодування частка ціанрезистентного
дихання збільшується, а у нитчастого – зменьшується. На четверту добу
для обох форм характерна перевага альтернативних шляхів окислення
субстрату.

Молекулярна модель сприйняття морфогенного сигналу конідіями грибів на
прикладі Thielavia terrestris

На основі одержаних даних та літературних відомостей ми пропонуємо схему
сприйняття та передачі морфогенного сигналу для Thielavia terrestris
(рис. 20).

Рис. 20. Схема передбачуваного зв’язку факторів зовнішнього середовища з
явищем міцеліального диморфізму Thielavia terrestris:

– ингибуюча дія;

ПК – протеінкіназа; КМ – кальмодулін; АЦ – аденілатциклаза;

ФДЭ – фосфодіестераза.

Аналіз схеми показує, що вона схожа зі схемою сигнальної системи,
запропонованої для диморфізму Mucorales [Steward, Rogers, 1983]. Таким
чином, можна припустити наявність загальних закономірностей цих
процесів. Експериментальні дані вказують на те, що сигнальна система
T. terrestris на першому етапі реагування на морфогенний фактор включає:

цитоплазматичну мембрану (завдяки зміні ступеня її енергізації),
активізацію аденілатциклази, що призводить до утворення цАМФ. Далі,
виходячи з літературних даних, можна прогнозувати цілу низку
ферментативних реакцій (активізацію протеінкінази С, фосфорювання
ядерних білків, експресію відповідних генів тощо), що призводить до
розвитку міцелію певної форми. Головне припущення цієї моделі полягає у
тому, що різні способи функціонування цієї сигнальної системи
обумовлюють, як мінімум, дві форми росту міцелію (пелетну та нитчасту).
Як показали наші дослідження, рівень цАМФ у даному випадку є одним з
головних параметрів, що контролює розвиток пелетного чи нитчастого
міцелію. Високий рівень цАМФ у лаг-фазі призводить до розвитку
нитчастої, а низький ( пелетної форми. Запропонована схема дозволила
здійснити спрямовану регуляцію форми росту T. terrestris, а тому може
розглядатися як первинна модель, що описує початкові стадії
формоутворення міцелію мікроміцетів за участю внутрішньоклітинних
медіаторів.

Таким чином, згідно з одержаними даними механізм сприйняття та передачі
у клітину морфогенного сигналу для пелетної та нитчастої форм є
однаковим. Вибір програми розвитку (в межах вивченої схеми) залежить від
концентрації ендогенного цАМФ у лаг-фазі, що визначає розвиток
нитчастого чи пелетного міцелію.

ВИСНОВКИ

В роботі вирішено актуальну наукову проблему щодо природи формоутворення
міцелію ряду мікроскопічних грибів в умовах глибинного культивування.
Доведено, що розвиток форми вегетативного міцелію є адаптивним процесом
та залежить від умов існування для кожного конкретного виду грибів.
Встановлені взаємозв’язки між поліморфним розвитком міцелію та
формоутворюючими факторами є основою для з’ясування молекулярних
механізмів регуляції їх морфогенезом. Це дозволяє використовувати процес
формоутворення міцелію як експериментальну модель для вивчення
еволюційних шляхів становлення регуляторних механізмів морфогенезу.
Розроблено наукові підходи до керування формою міцелію з відповідними
особливостями метаболізму. Одержані результати можуть бути запропоновані
для біотехнологічних процесів отримання біологічно активних речовин
шляхом спрямованого культивування грибів.

Теоретично обґрунтовано та експериментально підтверджено адаптивний
характер диморфізму мікроміцетів у вигляді нитчастого чи пелетного
міцелію, про що свідчать особливості формоутворення Thielavia
terrestris, Chaetomium globosum та меланінсинтезуючих гіфальних грибів,
які відзначаються підвищеною резистентністю до несприятливих умов
існування. Серед факторів зовнішнього середовища морфогенними є ті, що
суттєво впливають на процеси розвитку мікроміцетів у період лаг-фази.
Запропоновано розглядати пелетну форму росту поряд з нитчастою, як прояв
поліваріантності онтогенезу мікроміцетів, що розвиваються в умовах
глибинного культивування.

Доведено відсутність початкової запрограмованості розвитку конідій у
нитчасту чи пелетну форми, тобто їх тотипотентність. Підтверджено роль
передісторії інокулюму. Форма міцелію, що використовується як посівний
матеріал, впливає на морфологію наступного покоління. Критичне значення
умов культивування, у яких відбувається зміна форми міцелію,
визначається попередньою формою росту гриба та відповідає явищу
гістерезісу, що підтверджує самоорганізуючу природу формоутворення
міцелію.

Встановлено, що програма формоутворюючих процесів сприймається клітиною
у стадії набряку конідій, що відповідає лаг-фазі на кривій росту.
Аналогічні особливості характерні для періоду компетентності в
ембріогенезі вищих організмів.

Показано відповідність пелетної форми T. terrestris поведінці
одноклітинних мікроорганізмів в умовах неспецифічного стресу, про що
свідчать зміни у макромолекулярному складі біомаси, кінетичних та
стехіометричних показниках, зростання пулу АТФ, збільшення
ціанрезистентного дихання. Це підтверджує положення про функціональну
схожість макроморфологічних структур модульних організмів з системами
популяційного рівня.

Встановлено відмінності у складі клітинних стінок нитчастого та
пелетного міцелію, які закладаються у лаг-фазі. Кількість структурних
полісахаридів (28 % глюкану і 22 % хітину у пелетного міцелію проти 10 %
та 1 % відповідно у нитчастого), результати протопластування,
гомогенізації та ультразвукової обробки міцелію свідчать про більшу
міцність клітинних стінок пелетної форми.

Механізм взаємодії конідій T. terrestris на ранніх стадіях
формоутворення обумовлений синтезом біополі мерів. При пелетоутворенні
передбачається взаємодія за містковим типом, при розвитку нитчастого
варіанту – стерична стабілізація за рахунок більш високих концентрацій
біополімеру. У випадку C. cladosporioides причиною підвищеної агрегації
конідій є утворення на їх поверхні меланінового шару. Пелетоутворення у
alb-мутанту свідчить про значні молекулярні зміни, що вірогідно
обумовлені К-стратегією розвитку цих темнозабарвлених грибів.

Показано інформативність атомно-силової мікроскопії, хемілюмінесценції
та механоемісії для дослідження механізмів клітинних взаємодій і
регуляторних процесів у лаг-фазі, що дозволяє вперше рекомендувати ці
методи для вивчення періоду компетенції. За їх допомогою дано структурні
та молекулярні характеристики конідій з різною спрямованістю
формоутворюючих процесів. У випадку пелетної стратегії росту фібрилярні
структури на поверхні конідій з’являються значно раніше і в більшій
кількості, ніж у нитчастої. Хаотичність у характері випромінювання
конідій з пелетною стратегією росту відповідає поведінці біологічних
об’єктів у несприятливих умовах існування.

Показано участь внутрішньоклітинних регуляторів (цАМФ та іонів кальцію)
та генетичного апарату (за результатами інгібіторного аналізу) у
процесах формоутворення T. terrestris та відсутність ефекту дії цГМФ.
Шлях рецепції морфогенного сигналу та його перетворення на
внутрішньоклітинний не залежить від форміи росту T. terrestris. Розвиток
нитчастого або пелетного міцелію визначає концентрація цАМФ: у лаг-фазі
в нитчастої форми вона вища, ніж у пелетної (5 — 8 нмоль/гАСВ та
1 нмоль/гАСВ, відповідно).

Розроблено молекулярну модель поліморфізму T. terrestris на етапі
передачі зовнішнього сигналу на внутрішньоклітинний регулятор, яка
відповідає аналогічній схемі для дрожжево-гіфального диморфізму, та
дозволяє регулювати процес формоутворення міцелію в глибинних умовах
культивування шляхом дії у лаг-фазі певних морфогенних факторів.

Основні роботи, надруковані за темою дисертації:

Шемшур Т.В., Подгорский В.С., Громозова Е.Н. Кинетика роста Thielavia
terrestris на плотной питательной среде // Микология и фитопатология. –
1989. – Т. 23, № 2. – С. 156-159.

Громозова Е.Н., Шемшур Т.В., Фомина М.А. Формирование мицелиальных
структур под действием условий культивирования на разных стадиях
развития микромицетов // Микология и фитопатология. ( 1989. (Т. 23, № 3.
( С. 202-205.

Громозова Е.Н., Блажчук И.С. Влияние некоторых факторов на характер
роста Thielavia sp. в погружённой культуре // Микробиол. журн. ( 1989. (
Т. 51, № 4. ( С. 30-31.

Шемшур Т.В., Громозова Е.Н., Подгорский В.С. Влияние некоторых условий
культивирования на характер роста аскомицетов в погружённой культуре //
Микробиол. журн. (1989. ( Т. 51, № 3. ( С. 30-33.

Фомина М.А., Громозова Е.Н., Билай Т.И. Биосинтетическая активность
Thielavia sp. на среде со свекловичным жомом в зависимости от
морфофизиологической формы посевного материала // Микробиол. журн. (
1989. ( Т. 51, № 3. ( С. 53-55.

Громозова Е.Н., Фомина М.А., Блажчук И.С., Подгорский В.С.
Физиологические особенности роста различных мицелиальных структур
Thielavia sp. на среде с глюкозой // Микробиол. журн. ( 1989. ( Т. 51,
№ 1. ( С. 43-46.

Громозова Е.Н., Болдарева А.И., Блажчук И.С., Подгорский В.С., Ковальчук
В.А., Синёв О.П. Перспективы использования Thielavia sp. в обработке и
утилизации последрожжевой бражки // Химия и технология воды. ( 1990. (
Т. 12, № 8. ( С. 756-760.

Фомина М.А., Громозова Е.Н., Подгорский В.С. Материальный баланс роста
двух мицелиальных структур Thielavia sp. на среде с глюкозой //
Микробиол. журн. ( 1990. ( Т. 52, № 5. ( С. 42-48.

Зелтиня М.О., Швинка Ю.Э., Блажчук И.С., Громозова Е.Н. Энергетическая
эффективность утилизации ряда углеродсодержащих субстратов различными
мицелиальными структурами Thielavia terrestris // Микробиол. журн. (
1990. ( Т. 52, № 6. ( С.65-69.

Громозова Е.Н., Блажчук И.С., Галынина Н.И. Уровень АТФ в процессе
развития различных мицелиальных структур Thielavia terrestris //
Микробиол. журн.( 1990. ( Т. 52, № 5. ( С. 48-51.

Блажчук И.С., Громозова Е.Н., Степанюк В.В. Особенности получения и
характеристика протопластов из различных участков мицелиальных структур
Thielavia terrestris // Микробиол. журн. ( 1991. ( Т. 53, № 6. (
С. 21-27.

Громозова Е.Н., Садовский М.Г. Эволюционные механизмы адаптационных
перестроек в морфологии некоторых грибов // Эволюционное моделирование и
кинетика. ( Новосибирск: Наука, 1992. ( С. 161-176.

Громозова Е.Н., Блажчук И.С., Тесленко В.В. Особенности роста и
образования меланина Cladosporium cladosporioides в глубинных условиях
культивирования при различных значениях рН среды // Микробиол. журн. (
1993. ( Т. 55, № 2. ( С. 41-45.

Фомина М.А., Громозова Е.Н., Блажчук И.С. Особенности роста Cladosporium
cladosporioides (Fresen) de Vries и синтеза меланина в процессе
периодического культивирования // Микробиол. журн. ( 1995. (Т. 57, № 2.
( С. 15-20.

Громозова О.М., Блажчук І.С., Підгорський В.С. Пул
аденозин-3’-5’-монофосфата у процесі формування міцеліальних структур
Thielavia terrestris (Apinis) Malloch et Cain в умовах глибинної
культури // Укр. Ботан. Журн. ( 1995. ( Т. 52, № 5. ( С.615-620.

Громозова Е.Н., Фомина М.А., Блажчук И.С. Особенности развития
мицелиальных структур Thielavia terrestris в условиях периодического
культивирования // Биополимеры и клетка ( 1995. ( Т. 11, № 3-4. (
С. 73-81.

Громозова Е.Н., Блажчук И.С. Участие ионов кальция в процессах
мицелиального диморфизма Thielavia terrestris // Биополимеры и клетка. (
1996. ( Т. 12, № 3. ( С. 91-96.

Фомина М.А., Громозова Е.Н., Подгорский В.С. Влияние света на
меланиногенез Cladosporium cladosporioides (Fresen.) de Vries //
Биополимеры и клетка. ( 1996. ( Т. 12, № 1. ( С. 58-63.

Подгорский В.С., Громозова Е.Н., Стрельчина Т.В. Исследование действия
аналогов мембранотропных ауторегуляторов на процесс диморфизма Thielavia
terrestris (Apinis) Malloch et Cain // Микробиол. журн. ( 1996. (Т. 58,
№ 4. ( С. 29-34.

Громозова Е.Н. Мицелиальный диморфизм грибов в условиях глубинного
культивирования // Онтогенез. ( 1999. ( Т. 30, № 5. ( С. 366-371.

Громозова Е.Н. Роль лаг-фазы в процессах развития различных форм мицелия
некоторых грибов в условиях глубинного культивирования // Онтогенез. (
1998. ( Т. 29, № 5. ( С.362-365.

Громозова Е.Н., Орёл В.Э., Дзятковская Н.Н. Спонтанная хемилюминесценция
и механоэмиссия конидий Thielavia terrestris на ранних стадиях
формообразующих процессов // Доповіді НАНУ ( 2000. (№ 9. ( С. 176-179.

Gromozova E.N., Fomina M.A., Podgorsky V.S., Leite V.S., Zeltina M.,
Shvinka Y.E. Growth efficiency of Thielavia terrestris mycelial
structures // Acta Biotechnologica. ( 1991. ( V. 11, № 4. ( P. 325-329.

Grube M., Zagreba E., Gromozova E., Fomina M. Comparative investigation
of the macromolecular composition of mycelia forms Thielavia terrestris
by infrared spectroscopy // Vibrational spectroscopy. ( 1999. ( № 19. (
P. 301-306.

Gromozova E.N., Lytvyn P.M., Podgorsky V.S. Peculiarities of
Th. terrestris spores surface ultrastructure investigated by AFM //
Frontiers of Multifunctional Nanjsystems, eds. E. Buzaneva, P. Scharff.:
Kluwer Acad. Publ., Netherlands. ( 2002. ( P. 341-346.

Громозова Е.Н. Адсорбционно-структурные механизмы формообразования
мицелия грибов в условиях глубинного культивирования // Доповіді НАНУ. (
2003. ( № 12. ( С. 141-145.

Громозова Е.Н., Садовский М.Г. Эволюционные механизмы адаптационных
перестроек в морфологии некоторых грибов. ( Красноярск, 1988. ( 32 с.
(Препр. / Сиб. отд. АН. Ин-т биофизики; №79Б).

Фомина М.А., Громозова Е.Н., Подгорский В.С. Хемостатные культуры двух
морфофизиологических форм роста Thielavia sp. // Ред. Микробиол. журн. (
Киев, 1989. ( 10 с.Деп. В ВИНИТИ 14.11.89 г., № 6844-В89.

Громозова О.М., Блажчук І.С. Пелетоутворення у Cladosporium
cladosporioides та Thielavia terrestris // Тезиси 9 з’їзду Українського
ботанічного товариства. ( Київ: «Наук.думка», 1992. ( С. 428-429.

Блажчук И.С., Громозова Е.Н. Влияние различных солей кальция на
формообразование Thielavia terrestris // Тезисы I (YIII) Установочного
съезда УМО. Одесса. ( Микробиол. журн. ( 1994. ( Т. 56, № 1. ( С. 36

Grube M.K., Zagreba E.D., Fomina M.A., Gromozova E.N. Biomass
macromolecular composition of mycelial forms of Thielavia terrestris
studies by IR-spectoscopy // 8th European congress of biotechnology,
Bugapest. – 1997. – P. 195.

Громозова Е.Н., Войчук С.И. Влияние агентов, деполяризующих мембрану на
формообразование мицелия Thielavia terrestris (Apinis) Malloch et Cain
// Тезисы докладов 1 съезда микологов России «Современная микология в
России». ( Москва: Из-во «Нац. акад. микол.». ( 2002. ( С. 145.

Громозова Е.Н., Фомина М.А., Подгорский В.С. Аминокислотный состав
биомассы мицелиальных форм Thielavia terrestris (Apinis) Malloch et Cain
// Материалы Международной конференции «Микробиология и биотехнология
ХХI ст.» ( Минск: Ин-т микробиологии АН Белоруссии. ( 2002. ( С. 27-29.

Регуляция процессов формообразования у ряда микромицетов в условиях
глубинного культивирования / Громозова Е.Н.: Ин-т микробиологии и
вирусологии НАН Украины. – Киев, 2005. – 209 с. –Рус. – Деп в ГНТБ
Украины 12.12.2005, № 91-Ук2005 // Анот. в ж. ДНР, №1-2, 2006, № 40.

Громозова Е.Н. Форма мицелия в глубинных условиях культивирования как
результат адаптационного выбора самоорганизующейся системы // Тезисы: IV
Всероссийский конгресс по медицинской микологии. – Москва 29-31 марта
2006. – С. 164-165.

Громозова Е.Н., Садовский М.Г. Роль предыстории посевного материала в
морфологии Thielavia terrestris (Apinis) Malloch et Cain // ДАН. – 2006.
– Т. 406, № 1. – С. 139-141.

АНОТАЦІЯ

Громозова О.М. Поліваріантність онтогенезу міцеліальних мікроміцетів. (
Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора біологічних наук за
спеціальністю 03.00.14 – біологія розвитку. Інститут клітинної біології
і генетичної інженерії НАН України, Київ, 2006.

Представлені матеріали комплексних досліджень процесів формоутворення та
функціонування різних форм міцелію мікроскопічних грибів в умовах
глибинного культивування. Показано, що нитчаста та пелетна структури є
проявом адаптаційних реакцій мікроміцетів, що притаманні
самоорганізуючим системам. Доведена біологічна природа пелетоутворення
Thielavia terrestris. Пелетний міцелій, на відміну від нитчастого,
характеризує несприятливі для гриба умови існування, що аналогічні
неспецифічному стресу, описаному для одноклітинних мікроорганізмів.
Встановлено визначальну роль лаг-фази у процесі онтогенезу мікроміцетів,
яка відповідає стадії компетентності у вищих організмів. Запропоновано
гіпотетичну схему сприйняття та передачі всередину клітини морфогенного
сигналу за участю внутрішньоклітинних месенджерів: цАМФ та іонів
кальцію.

На підставі запропонованої моделі проведено регуляцію процесу
формоутворення нитчастого та пелетного міцелію шляхом спрямованної зміни
фізико-хімічних факторів середовища та рівня ендогенного цАМФ.

Ключові слова: морфогенез, самоорганізація, пелетний та нитчастий
міцелій, мікроміцети, вторинні месенджери.

АННОТАЦИЯ

Громозова Е.Н. Поливариантность онтогенеза мицелиальных микромицетов. (
Рукопись.

Диссертация на соискание учёной степени доктора биологических наук по
специальности 03.00.14. – биология развития. Институт клеточной биологии
и генетической инженерии НАН Украины, Киев, 2006.

В работе представлены материалы комплексных исследований процессов
формообразования и функционирования различных форм мицелия
микроскопических грибов в условиях глубинного культивирования. На
примере Thielavia terrestris, Chaetomium globosum и ряда тёмноокрашенных
гифомицетов показано, что нитчатая и пеллетная структуры являются
проявлением адаптивных реакций организма, присущих самоорганизующимся
системам. Доказано, что пеллетная форма существования мицелия является
проявлением адаптивных реакций организма на неблагоприятные условия
существования. Впервые на основании результатов комплексных
физиолого-биохимических исследований показано соответствие пеллетного
мицелия T. terrestris поведению одноклеточных микроорганизмов в условиях
неспецифического стресса. Это подтверждает положение о функциональном
сходстве макроморфологических структур модульных организмов с системами
популяционного уровня. Установлена определяющая роль лаг-фазы в процессе
онтогенеза мицелиальных грибов, которая соответствует стадии
компетентности у высших организмов. Показано влияние предыстории
посевного материала на границы распространения формы мицелия и точку
перехода (по условиям среды) от одной формы к другой. Это позволило
обосновать явление гистерезиса в переходах между формами и подтвердить
самоорганизующую природу процесса.

Впервые, с помощью метода атомно-силовой микроскопии, выявлены различия
в ультраструктуре поверхности и силах молекулярного взаимодействия
конидий при разной направленности формообразующих процессов. Показана
информативная роль методов хемилюминесценции и механоэммиссии в
исследовании клеток в лаг-фазе. Конидии T. terrestris с презумптивно
пеллетной и нитчатой стратегией развития имели различия в характере
электромагнитного излучения.

На основании проведенных расчётов с использованием литературных и
экспериментальных данных обоснован механизм адсорбционно-структурного
взаимодействия конидий при пеллетообразовании и развитии нитчатого
мицелия. Участие в этом процессе полисахарида подтверждено
экспериментально при обработке конидий конканавалином А, меченным
коллоидным золотом, и данными атомно-силовой микроскопии.

Выявлены различия в составе клеточных стенок пеллетного и нитчатого
мицелия. Преобладание у пеллетной формы структурных полисахаридов
(глюкана и хитина) вместе с данными о протопластировании,
свидетельствуют о большей прочности её клеточных стенок. Данные
атомно-силовой микроскопии уточняют, что эти различия наступают уже на
ранних этапах культивирования микромицета, в лаг-фазе.

Получило дальнейшее развитие положение, выдвинутое Шмальгаузеном (1964)
о том, что морфогенез низших организмов связанный с экспрессией
определённых генов, в первую очередь, управляется физико-химическими
внешними факторами. Биологическая природа этого явления у T. terrestris
установлена впервые, благодаря выявлению участия в процессе
формообразования пеллетного и нитчатого мицелия цАМФ, ионов кальция и
(по данным ингибиторного анализа) генома.

Предложена гипотетическая схема восприятия и передачи внутрь клетки
морфогенного сигнала с участием внутриклеточных мессенджеров: цАМФ и
ионов кальция. На основании предлагаемой модели проведена регуляция
процесса формообразования нитчатого и пеллетного мицелия путём
направленного изменения физико-химических факторов среды и уровня
эндогенного цАМФ с помощью высокой концентрации в среде глюкозы,
теофиллина, экзогенного цАМФ, агентов, деполяризующих мембрану.

Впервые, на основании сравнения полученных экспериментальных данных с
известными из литературы сведениями о классическом гифально-дрожжевом
диморфизме, предложено расширить это понятие, включив в него пеллетную
форму.

Предложено использовать процессы формообразования мицелия в глубинных
условиях культивирования как экспериментальную модель для изучения
регуляторных механизмов морфогенеза более сложных организмов.

Ключевые слова: морфогенез, самоорганизация, пеллетный и нитчатый
мицелий, микромицеты, вторичные мессенджеры.

SUMMARY

Gromozova E.N. Polyvariations of ontogenesis of mycelial micromycetes. –
Manuscript.

Thesis for Doctor of Sciences degree on specialty 03.00.14. – biology
of development, Institute of cell biology and genetic engineering,
National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, 2006.

Presented are the works of complex research of the processes of form
created and functioning of various mycelial forms of fungi in submerged
conditions. The materials show that filamentous and pellet structures
are representations of adaptive reactions in organism, inherent to
self-organizing systems. Biological nature of pelletogenesis of
Thielavia terrestris is proven. Pellet mycelium, unlike filamentous, is
characterized by adverse conditions of existence similar to non-specific
stress described for unicellular microorganisms. The determining role of
the lag-phase in the process of ontogenesis of micromycetes is
established and it corresponds to a stage of cempetence with higher
organisms.

Presented is the hypothetical pattern of perception and transfer of
morphogenic signal inwards in the cell by means of innercellular
messengers: cАМP and ions of calcium. Based on the model presented, the
process of form cretion of filamentous and pellet mycelium has been
regulated by means of directed alteration of physical and chemical
factors of environment and the level of endogenous cAMP.

Key words: morphogenesis, formcreation, pellet and filamentous mycelium,
micromycetes, secondary messengers.

PAGE 4

21

20

22

24

23

25

26

27

28

29

30

31

32

33

34

35

36

37

38

39

Похожие записи