всероссийский научно-практический журнал
  • ISSN 2072-8158
  • -
  • Урал-Пресс: 012688

Изотопные эффекты дейтерия в клетках бактерий и микроводорослей при росте на тяжелой воде (D2O)

Опубликовано в журнале «Вода: химия и экология» № 3 за 2012 год, стр. 83-94.
Рубрика: Химия воды и водных растворов

 

Мосин О.В. кандидат химических наук, научный сотрудник, ФГБОУ ВПО Московский государственный университет пищевых производств
Игнатов И. доктор Европейской Академии Естественных Наук (Германия), директор научно-исследовательского центра медицинской биофизики, НИЦМБ, София, Болгария

Аннотация:
Изучены изотопные эффекты дейтерия в клетках различных таксономических групп микроорганизмов, реализующих метилотрофные, хемогетеротрофные, фотоорганогетеротрофные и фотосинтетические способы ассимиляции углеродных субстратов (метилотрофные бактерии, галобактерии, одноклеточные зеленые водоросли), при росте на средах с тяжёлой водой (D2О). Разработан метод ступенчатой адаптации клеток к тяжёлой воде, заключающийся в их рассеве на чашках Петри с твёрдыми (2 % агар) питательными средами при ступенчатом увеличении градиента концентрации тяжёлой воды (от 0; 24,5; 49,0; 73,5 до 98 % D2O) и последующей селекции устойчивых к D2O клеток. Выросшие на средах с низким градиентом концентрации D2О клетки переносили на среды с большим градиентом концентрации, вплоть до 98 % D2О. В результате на максимально дейтерированной среде с 98 % D2О получены адаптированные к D2О клетки, весь биологический материал которых вместо водорода содержит дейтерий. Показано, что эффекты, наблюдаемые при росте клеток на тяжёлой воде, носят комплексный многофакторный характер и связаны с изменениями физиологических параметров – величины лаг-фазы, времени клеточной генерации, выходов биомассы, соотношения синтезируемых аминокислот, белков, углеводов и липидов, а также с эволюционным уровнем организации изучаемого объекта.

Ключевые слова: адаптация, бактерии, дейтерий, микроводоросли, тяжёлая вода

Ссылка для цитирования:
Мосин О.В., Игнатов И. Изотопные эффекты дейтерия в клетках бактерий и микроводорослей при росте на тяжелой воде (D2O) // Вода: химия и экология. — 2012. — № 3. — c. 83-94. — http://watchemec.ru/article/24511/

Литература:
1. Мосин О.В. Дейтерий, тяжелая вода, эволюция и жизнь // Водоочистка, водоподготовка, водоснабжение. 2009. № 8. С. 64-70.
2. Brickwedde F. G. Harold Urey and the discovery of deuterium // Physics Today. 1982. V. 35. P. 34.
3. Lewis G.N. Concentration of 2H Isotope / Lewis G.N., MacDonald R.T. // The Journal of Chemical Physics. 1932. V. 1 (6). P. 341.
4. Kushner D.J. Pharmacological uses and perspectives of heavy water and deuterated compounds / Kushner D. J., Baker A., Dunstall T.G. // Can. J. Physiol. Pharmacol. 1999. V. 77 (2). P. 79–88.
5. Thomson J. F. Biological effects of deuterium. New Yourk.: Pergamon Press, 1963. 133 p.
6. Vertes A. Physiological effect of heavy water. Elements and isotopes: formation, trans formation, distribution. Dordrecht.: Kluwer Acad. Publ., 2004. 112 p.
7. Crespi H.L. Fully deuterated microorganisms: tools in magnetic resonance and neutron scattering. Synthesis and Applications of Isotopically Labeled Compounds. Proceedings of an International Symposium. Baillie T, Jones JR eds. Elsevier, Amsterdam. 1989. P. 329-332.
8. LeMaster D.M. Uniform and selective deuteration in two-dimensional NMR studies of proteins // Ann. Rev. Biophys. Chem. 1990. V. 19. P. 243-266.
9. MacCarthy P. Infrared spectroscopy of deuterated compounds: an undergraduate experiment // J. Chem. Educ. 1985. V. 62 (7). P. 633.
10. Lis G. High-Precision Laser Spectroscopy D/H and 18O/16O Measurements of Microliter Natural Water Samples / Lis G., Wassenaar L.I., Hendry M.J. // Anal. Chem. 2008. V. 80 (1). P. 287-293.
11. Мосин О.В. Масс-спектрометрическая оценка уровня включения 2Н и 13С в молекулы аминокислот бактериальных объектов / О.В. Мосин, Д.А. Складнев, Т.А. Егорова, В.И. Швец // Биоорган. химия. 1996. Т. 22. № 10-11. С. 856-869.
12. Мосин О.В. Изучение биосинтеза амино- кислот штаммом Brevibacterium methylicum при росте на средах, содержащих тяжелую воду и дейтерометанол / О.В. Мосин, Д.А. Складнев, Т.А. Егорова, А.М. Юркевич, В.И. Швец //Биотехнология. 1996. № 3. С. 3-12.
13. Шатенштейн А.И. Изотопный анализ воды, 2 изд., М.: Изд-во. 1957. 91 с.
14. Казавчинский Я.3. Тяжелая вода, теплофизические свойства, M.: Атомиздат, 1963. 89 с.
15. Кишенбаум И. Тяжелая вода. Физические свойства и методы анализа: Пер. с англ. M: Атомиздат, 1953. 154 с.
16. Мосин О.В. Рост бактерии Bacillus subtilis на высокодейтерированной среде / О.В. Мосин, Л.А. Казаринова, К.А. Преображенская, Д.А. Складнев, Д.В. Чеботаев, А.М. Юркевич, В.И. Швец // Биотехно ло гия. 1996. № 4. C. 19-27.
17. Денько Е.И. Действие тяжёлой воды (D2O) на клетки животных, растений и микроорганизмы. // Усп. совр. биол. 1970. Т. 70. № 4.С. 41.
18. Стом Д.И. Влияние воды с измененным количеством дейтерия на красного калифорнийского гибрида (Eusenia fetida Andrei Bouche) / Д.И. Стом, А.Л. Пономарева, О.Ф. Вятчина // Бюлл. ВСНЦ СО РАМН. 2006. № 6 (52) С. 167-169.
19. Мосин О.В. Исследование физиологической адаптации бактерий на тяжёловодородной среде / О.В. Мосин, Д.А. Складнев, В.И. Швец // Биотехнология. 1999. № 8. С. 16-23.
20. Mosin O.V. Biosynthesis of 2H-labeled phenylalanine by a new methylotrophic mutant Brevibacterium methylicum / Mosin O.V., Skladnev D.A., Shvets V.I. // Bioscience, biotechnology, and biochemistry. 1998. V. 62. № 2. P. 225-229.
21. Складнев Д.А. Метилотрофные бактерии – источники изотопномеченых 2Н- и 13С-аминокислот / Д.А. Складнев, О.В. Мосин, Т.А. Егорова, С.В. Еремин, В.И. Швец // Биотехнология. 1996. № 5. С. 25-34.
22. Мосин О.В. Включение дейтерированных ароматических аминокислот в молекулу бактериородопсина Halobacterium halobium / О.В. Мосин, Д.А. Складнев, В.И. Швец // Прикл. биохим. микробиол. 1999. Т. 35. № 1. С. 34-42.
23. Мосин О.В. Исследование методов биотехнологического получения аминокислот, белков и нуклеозидов, меченных стабильными изотопами 2Н и 13С с высокими уровнями изотопного обогащения. Автореф. Дис. канд.хим.наук. М.: МГАТХТ им. М.В. Ломоносова. 1996. 26 с.
24. Ерёмин В.А. Выращивание бактерий Micrococcus lysodeikticus на дейтерированной среде / В.А. Ерёмин, Л.Н. Чекулаева // Микробиология. 1978. Т. 14. С. 125-136.
25. Мосин О.В. Методы получения белков и аминокислот, меченных стабильными изотопами 2Н, 13С и 15N. / О.В. Мосин, Д.А. Складнев, В.И. Швец // Биотехнология. 1996. № 3. С. 12-32.
26. Cioni P. Effect of Heavy Water on ProteinFlexibility / Cioni P., Strambini G.B. // Biophysical J. 2002. V. 82. № 6. P. 3246-3253
27. Лобышев В.Н. Изотопные эффекты D2O в биологических системах / В.Н. Лобышев, Л.П. Калиниченко. М.: Наука, 1978. 215 с.
28. Cleland W.N. Isotope Effects on Enzyme-Catalyzed Reactions /Cleland W.N., O'Leary M.H, Northrop D.D. University Park Press, Baltimore, London, Tokyo, 1976. 303 p.