Scientific journal
Fundamental research
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,749

REACTION CALCIUM CHLORIDE EXOPOLYMERIC ALGINATE MATRIX IS FORMED BY STRAINS PSEUDOMONAS AERUGINOSA

Malinov E.S. 3 Shestakov A.G. 3 Semeonov A.M. 1 Molofeeva N.I. 3 Pulcherovskaya L.P. 3 Karamysheva N.N. 3 Sverkalova D.G. 3 Batrakov V.V. 2 Vasilev D.A. 3
1 Moscow State University. a. M.V. Lomonosov
2 Ulyanovsk State Pedagogical University.a. I.N. Ulyanov
3 Ulyanovsk State Agricultural Academy. a. P.A. Stolypin
Studied the reaction of calcium chloride solution with exopolymeric alginate matrix formed by strains of the bacterium Pseudomonas aeruginosa. During the experiment, were used 38 strains of the bacterium Pseudomonas aeruginosa including 4 reference strain. Culturing the bacterium Pseudomonas aeruginosa was performed in a liquid synthetic medium in which the matrix is formed exopolymeric and belt-broth. Cultivation was performed in an incubator at 37 °C. The results were evaluated every 24 hours within 96 hours. As a result of experiments it was found that by adding a 10 % solution of calcium chloride 1 ml of bacterial cult liquid synthetic medium falls white flocculent colloid calcium salts of alginic acids. And when added in a 10 % solution of calcium chloride 1 ml of bacterial culture broth belt coming any precipitation was not observed.
calcium chloride
liquid synthetic medium
Pseudomonas aeruginosa
1. Kiesewetter I.V. Processing of algae and other aquatic plants fishing / I.V. Kizevetter, V.S. Gryuner, V.A. Evtushenko // Moscow: Food Industry, 1967 pp. 337–338.
2. Malinov E.S. Bacterial biofilms and methods for their preparation / E.S. Malinov, A.G. Shestakov, D.A. Vasiliev // Saratov: Biotechnology: Reality and Perspectives in Agriculture, 2012 pр. 202.
3. Malinov E.S. Effect of lead acetate on planktonic and biofilm forms of Pseudomonas aeruginosa / E.S. Malinov, A.G. Shestakov, D.A. Vasiliev // Vladimir: Veterinary Medicine and feeding, 2012. no. 5. pp. 28–30.
4. Usov A.I. Alginic acid and alginates: analytical methods for determining the composition and structure determination // Moscow: Advances Chemistry, 1999 T.68 (11). pp. 1051–1061.
5. Shestakov A.G. Environment for stimulating the formation of biofilms in bacteria Pseudomonas aeruginosa // Moscow: SCIENTIFIC LIFE, 2011. no. 5. pp. 22–27.
6. Hentzer M., Teitzel G.M., Balzer G.J., et al. Alginate overproduction affects Pseudomonas aeruginosa biofilm structure and function // J. Bacteriol. 2001. Vol. 138. рр. 5395–5401.
7. Oglesby L. L. Membrane topology and roles of Pseudomonas aeruginosa Alg8 and Alg44 in alginate polymerization / Lashanda L. Oglesby, [et. al.] // Microbiology. 2008. no. 154. рр. 1605–1615.
8. Tetz V.V. The effect of antimicrobial agents and mutagen on bacterial cells in colonies. Med Microbiol. Lett., 1996; 5: 426–36.

Альгиновые кислоты впервые были выделены более 100 лет назад из нескольких бурых водорослей. Способностью продуцировать альгиновые кислоты наделены также некоторые бактерии, главным образом представители родов Azotobacter spp. и Pseudomonas spp. Альгиновые кислоты являются полиуронидами, т.е. полисахаридами, молекулы которых построены из остатков уроновых кислот. В составе альгиновых кислот были найдены D-маннуроновая и L-гулуроновая кислоты. Бактериальные альгиновые кислоты отличаются от водорослевых тем, что часть их гидроксильных групп обычно ацетилирована. Альгинатам свойственна такая способность, как геле­образование. Альгиновые кислоты образуют с одновалентными катионами щелочных металлов растворимые в воде соли, но при подкислении выпадают в осадок. Альгинаты многих двухвалентных катионов металлов, особенно Ca2+, Sr2+ и Ba2+, не растворимы в воде. На этом свойстве основано промышленное выделение альгиновых кислот из водорослей [4].

В промышленности для выделения альгинатов из водорослей применяется метод Грина, суть которого заключается в использовании 10 %-го раствора CaCl2. Раствор хлорида кальция указанной концентрации реагирует с альгиновой кислотой с образованием альгината кальция, формирующий не растворимый в воде хлопьевидный осадок [1].

Бактерии Pseudomonas aeruginosa в составе экзополимерного матрикса биопленки содержат альгинаты [7].

Биопленка – это сообщество микроорганизмов, которые прикреплены к поверхности какого-либо субстрата или друг к другу, заключенные в экзополимерный матрикс, синтезированный ими внеклеточными полимерными веществами, имеют измененный фенотип, проявляющийся другими параметрами роста и экспрессией специфичных генов [8]. Формирование сообщества микроорганизмов в виде биопленки завершается образованием экзополимерного матрикса – продукта жизнедеятельности бактериальных клеток, основного структурного компонента биопленки, покрывающего ее поверхность и обеспечивающего защиту от неблагоприятных воздействий. Экзополисахариды составляют значительную часть экзополимерного матрикса – 85 % массы биопленки. Таким образом, микроорганизмы в биопленке заключены в экзополимерный матрикс, свойства которого определяют взаимоотношения внутриклеточного сообщества и внешней среды [6].

Экспериментальные работы, проведенные нами, показывают, что бактерии Pseudomonas aeruginosa способны расти на жидкой синтетической среде с сукцинатом натрия в виде биопленочной формы с образованием альгинатов [2, 3, 5].

Целью данной работы являлось исследование реакции хлорида кальция с экзополимерным альгинатным матриксом, образованным штаммами Pseudomonas aeruginosa.

В ходе проведения эксперимента нами было использовано 38 штаммов Pseudomonas aeruginosa, из них 4 референс-штамма (№ 453; 381; 1677; 128) полученных из музея кафедры микробиологии, вирусологии, эпизоотологии и ВСЭ ФГБОУ ВПО «УГСХА им. П.А. Столыпина». В эксперименте использовалась жидкая синтетическая среда, содержащая набор минеральных солей, сукцинат натрия и L-аргинин. Также в эксперименте использовался ГРМ-бульон и 10 %
раствор CaCl2.

Экспериментальная часть

Исследуемые штаммы Pseudomonas aeruginosa вносили в пробирки с жидкой синтетической средой и в ГРМ-бульон. Параллельно ставили интактные пробирки с вышеуказанными средами в качестве контроля. Далее пробирки помещали в термостат и культивировали при 37 °C в течение 96 часов. Через каждые 24 часа в пробирки с 10 мл 10 %-го раствора CaCl2 вносили по 1 мл суспензии культуры штаммов Pseudomonas aeruginosa и проводили визуальную оценку наличия или отсутствия коллоидного осадка кальциевых солей альгиновых кислот. В пробирках, в которые добавляли 1 мл культуры из ГРМ-бульона, изменений в сравнении с контролем не наблюдали. В пробирках, в которые добавили 1 мл суспензии культуры из жидкой синтетической среды, наблюдали образование белого хлопьевидного коллоида, который медленно опускался на дно пробирки. При внесении 1 мл интактной стерильной жидкой синтетической среды в пробирки с 10 %-м раствором CaCl2 изменений не наблюдали.

Выводы

1. Образование белого хлопьевидного коллоида можно объяснить реакцией между альгиновой кислотой, выделяемой при культивировании биопленки Pseudomonas aeruginosa на жидкой синтетической среде с сукцинатом натрия, и 10 %-м раствором CaCl2, в результате которого образуются кальциевые соли альгиновых кислот, не растворимые в воде.

2. Отсутствие образования белого хлопьевидного коллоида при добавлении 1 мл суточной культуры из ГРМ-бульона в 10 %-й раствор CaCl2 можно объяснить тем, что в данной питательной среде клетки бактерий Pseudomonas aeruginosa находятся в планктонном состоянии и не образуют альгинатный экзополимерный матрикс и соответственно
биопленку.

Рецензенты:

Золотухин С.Н., д.б.н., профессор, ФГБОУ ВПО «Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия
им. П.А. Столыпина», г. Ульяновск;

Нафеев А.А., д.м.н., заведующий отделом особо опасных инфекций, природ­ноочаговых инфекций и профилактики туберкулеза, ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Ульяновской области», г. Ульяновск.

Работа поступила в редакцию 19.12.2014.