Применение. Микобактерий широко распространены в природе. Среди них есть как патогенные виды, вызывающие тяжелые заболевания у человека и животных, так и безвредные

Распространение в природе

Микобактерий широко распространены в природе. Среди них есть как патогенные виды, вызывающие тяжелые заболевания у человека и животных, так и безвредные организмы, часто встречающиеся в почве, воде, пищевых продуктах.

Толчком к изучению микобактерий послужила их патогенность. Первым был открыт возбудитель туберкулеза — Mycobact. tuberculosis, о котором упоминалось в начале главы. Попадая в организм животного или человека, туберкулезная микобактерия поселяется на ткани и начинает размножаться. Образуется небольшой бугорок сероватого цвета, в центре которого находится скопление клеток микобактерий. Постепенно отдельные бугорки сливаются, омертвевшая ткань превращается в крошковатую желтую массу, образуется так называемый творожистый некроз. В случае поражения легких эта творожистая масса выделяется при кашле, а на месте некроза остается большая полость (каверна).

С глубокой древности известна людям болезнь проказа. В 1874 г. норвежским врачом Гансеном был открыт возбудитель проказы — Mycobact. leprae. К микобактериям относится и возбудитель дифтерии — Mycobact. diphtheriae (синоним — Corynebacterium diphtheriae). Поселяясь на слизистой зева или носа, эти организмы начинают выделять токсическое вещество. Дифтерийный токсин — один из самых сильных биологических ядов. Проникая в кровь, он поражает сердце, почки, надпочечники и нервы; иногда возможен летальный исход. Токсин нейтрализуется антитоксином, который есть в организме больного (естественный иммунитет) либо вводится в виде сыворотки. Недавно установлено химическое строение дифтерийного токсина. Он представляет собой сложный эфир миколовой кислоты и дисахарида трегалозы. Помимо описанных возбудителей туберкулеза, проказы, дифтерии, есть и другие виды микобактерий, патогенные для человека и животных. Фитопатогенные формы встречаются редко.

Наряду с описанными существует очень много микобактерий совершенно безвредных. Это — сапрофитные формы. Большая часть их обитает в почве, где принимает активное участие в минерализации органических остатков. Они могут разлагать такие вещества, которые недоступны другим микроорганизмам или плохо усваиваются, например нефтяные остатки, воск, гуминовые соединения и др. Микобактерий прекрасно развиваются в почве с минимальной влажностью, при температуре, которая задерживает рост других организмов, а также в почвах с большим содержанием солей. Благодаря этим особенностям микобактерий играют особенно важную роль в превращении органических веществ в засушливых жарких районах, а также засоленных почвах.

Микобактерий принимают участие в процессах силосования, квашения, в приготовлении некоторых молочнокислых продуктов и сыров.

Микроорганизмы, «поедая» углеводороды, содержащиеся в нефти, накапливают значительное количество клеточной массы. Более половины этой массы составляет белок. Таким образом, выращивая парафинокисляющие микроорганизмы на нефтяных фракциях, можно получать белок из непищевого сырья. Для получения белка из углеводородов используют дрожжевые организмы, так как белок парафинокисляющих лучистых грибков, в частности микобактерий, менее ценный. Однако лучистые грибки, окисляющие углеводороды, способны синтезировать ряд ценных соединений. Это их свойство может быть использовано в народном хозяйстве. Например, как уже упоминалось, Mycobact. ceroformans превращает гексадекан в цетилпальмитат, кото-рый широко применяется в парфюмерной промышленности. Добывают это вещество из головного мозга кашалотов. Парафинокисляющие микобактерий синтезируют разнообразные витамины. Одни штаммы образуют витамины группы В, в частности рибофлавин. Другие накапливают каро-тиноиды — вещества, близкие к витамину А. Найдены и такие микобактерий, которые, окисляя углеводороды, выделяют в среду значительные количества аминокислот.

Известно несколько штаммов микобактерий, превращающих нафталин в салициловую кислоту, из которой приготовляют аспирин. В настоящее время при получении витаминов и аминокислот используется дорогое пищевое сырье, например сахара. Из приведенных примеров видно, что его можно заменить нефтяными углеводородами. Работа в этом направлении очень перспективна.

Есть еще одна область, в которой парафинокисляюгцие микобактерий могут сыграть существенную роль. За прошедшие 40 лет загрязнение нефтепродуктами рек, морей, океанов, почвы и атмосферы возросло во много раз. По данным американского журнала «National geografic magazin», каждый год выбрасывается в океаны от 3 до 10 млн. т нефти. Так, Тур Хейердал находил нефтяные шарики и пленку далеко в океане на протяжении всего плавания на «Ра-2».

К каким губительным последствиям для всего живого приводит загрязнение морей нефтью, показала гибель танкера «Торри Каньон», когда у берегов Корнуэлла погибло более 40 тыс. птиц, на многие километры были испорчены устричные поля и пляжи.

Эти примеры показывают, насколько острой стала проблема уничтожения нефтяных отходов. Химическая очистка нецелесообразна, так как приводит к накоплению еще более ядовитых соединений. Адсорбционные методы очистки также неэффективны из-за недостаточно глубокой очистки и трудности регенерации ионитов.

Наиболее перспективным является микробиологическое разрушение углеводородов нефти, приводящее к превращению их в нетоксичные кислородсодержащие вещества. Так, например, используя культуры активных парафинокисляющих микобактерий, можно во многих случаях предотвратить загрязнение биосферы нефтепродуктами. Такие культуры, как Mycobact. paraffinicum и Mycobact. lacticolum var. aliphaticum, прекрасно разлагают многие образцы нефти.

Учитывая имеющиеся данные о биосинтезе парафинокисляющими микроорганизмами витаминов, аминокислот, каротиноидов и других полезных метаболитов, можно предположить, что клеточная масса культур, разлагающих нефтяные отходы, может быть использована и в качестве удобрения. Микобактерий нашли применение также как активные продуценты аминокислот (см. также стр. 443). Наиболее широкое использование с целью получения глютаминовой кислоты получил вид Mycobact. glutamicum. Выделены также микобактерий, продуцирующие 1-валин.

Род микококки (MYCOCOCCUS)

Микококки — кокковые формы микроорганизмов, родственные актиномицетам; занимают промежуточное положение между микобакте-риями и микрококками, отличаются от микобактерий отсутствием палочковидной стадии развития, а от микрококков — неравномерным характером роста и деления клеток. В микробиологии существуют некоторые роды микроорганизмов, окруженные таинственным ореолом: со времени их первого описания не появлялось больше сведений о культурах этого рода, их не выделяли и не описывали заново, и многие микробиологи начинали даже сомневаться в существовании этих микроорганизмов в природе. К таким «таинственным» организмам относятся представители рода Мусоcoccus.

Впервые микококки были описаны Н. А. Кра-сильыиковым в 1938 г. По внешнему виду колоний и общей микроскопической картине микококки не отличались от микрококков, и только при более детальном изучении морфологии и цикла развития выяснилось, что микококки имеют специфические особенности, не свойственные микрококкам и сближающие их с представителями лучистых грибков.

Согласно описанию рода Mycococcus особенности эти состоят в следующем:

1. Клетки, как правило, в молодых культуpax имеют неправильные очертания, они могут быть угловатыми, неправильно шаровидными, овальными, картофелевидными, сдавленными с одной или нескольких сторон; палочковидные клетки обнаруживаются очень редко, и их длина не превышает двойной поперечник клетки.

2. В одной и той же культуре клетки резко отличаются друг от друга по величине.

3. Размножаются клетки не только делением, но и почкованием.

4. В старых культурах обнаруживаются покоящиеся формы — крупные клетки, резко преломляющие свет; такие клетки прорастают подобно спорам актиномицетов с образованием 1—3 ростовых трубок.

Процессы почкования и прорастания покоящихся форм свидетельствуют, по мнению Н. А. Красильникова, о родстве микококков с лучистыми грибками. О близости микококков к ветвящимся бактериям (коринеформам) впоследствии писали и другие авторы. Предположение о генетическом родстве микококков с лучистыми грибками, сделанное Красильни-ковым на основании сравнения циклов развития, было окончательно доказано им в процессе наблюдения за расщеплением культур микококков с образованием микобактериальных форм.

Многие культуры микококков в эволюционном развитии потеряли признаки, сближающие их с лучистыми грибками, поэтому только в процессе расщепления можно было опознать действительную природу организмов (Красиль-ников, 1938). Микобактериальные (палочковидные) формы появлялись чаще в старых культурах на очень богатых или очень бедных средах, предпочтительно жидких. Повышенная концентрация NaCl в среде также стимулировала процесс расщепления. Факт образования микобактериальных рас у микококков свидетельствовал, по мнению Красильникова, о том, что микококки произошли когда-то от микобактерий и в ходе исторического развития деградировали и приняли наиболее упрощенную форму, напоминающую микрококки.

Таким образом, микококки являются как бы связующим звеном между микобактериями и микрококками.

Микрококки рассматриваются Красильниковым как организмы, филогенетически связанные с лучистыми грибками, и включены им, как и микококки, в класс Actinomycetes (Красильников, 1949).

В отношении физиолого-биохимических свойств культуры микококков не обнаружили каких-либо особых свойств. Они хорошо росли как на синтетических средах с минеральным азотом, так и на белковых средах при рН 5—9; их ферментативная активность была выражена слабее, чем у микобактерий и проактиномице-тов; многие виды микококков могли расти при 7 —12% NaCl в среде и были устойчивы к высушиванию. Было описано 10 видов рода Мусосос-cus, выделенных из почв и различающихся по пигментации и культурально-физиологическим признакам. При описании рода отмечалось, что микококки реже встречаются в почве, чем микобактерий или микрококки (Красильников, 1938).

Со времени первого описания рода в течение 30 лет в печати, как в советской, так и в зарубежной, не появлялось больше сообщений о микококках. В каждое новое издание определителя Берги переписывалось без всяких изменений описание рода Mycococcus, данное Н. А. Красильниковым в 1938 г. Типовые культуры микококков не сохранились, неотиповые культуры не были предложены. Поскольку описание рода Arthrobacter (Bergey, 1957) близко к описанию рода Mycococcus (Красильников, 1949), а новых работ, характеризующих микококки, нет, то высказывалась мысль о пересмотре законности существования этого рода. Ваксман предположил, что микококки представляют собой скорее мутанты или штаммовые варианты Actinomycetales, чем истинный вид или род.

Лишь в самые последние годы появилось несколько работ, в которых сообщается о новом выделении культур, близких описанию рода Mycococcus. Из организма человека были выделены кокки, образующие значительные количества перекиси водорода и определенные как микококки. В описании морфологии этих организмов сообщалось о размножении их путем деления и почкования. Поскольку по физиолого-биохимическим свойствам исследуемые кокки несколько отличались от всех известных видов Mycococcus и образовывали значительные количества перекиси водорода, было предложено выделить их в новый вид — Mycococcus hyperoxidans.

Рис. 108. Клетки мпкококков в световом микроскопе: 1—3 — варьирование размеров и очертаний клеток, фазовый контраст; 4 — образование конгломератов неопределенной конфигурации; 5 — «почкующиеся» клетки микококков; 6—7 — дробление клеток в конгломератах. Окраска клеточной стенки по Гутштейну. Увел. X 3600.

Из почв и ризосферы сельскохозяйственных растений Украины была выделена группа олигонитрофильных штаммов кокков, близких по систематическому положению к Mycococcus albus, но отличающихся от описания этого вида способностью к фиксации азота. По этому признаку микококки были выделены в новую разновидность — Mycococcus albus var. oligonitrofilus.

Морфологически описываемые культуры соответствовали описанию рода Mycococcus, форма клеток менялась от шаровидной и овальной до веретеновидной и лимоновидной; встречались ответвления и боковые выросты на клетках; наблюдалось варьирование в размерах клеток. Из рубцового отдела желудка коровы была выделена термотолерантная кокковидная культура, активно растущая на средах с парафинами. На основании изучения морфологических признаков культура была отнесена к роду Mycococcus. Авторы отмечали полиморфизм клеток в культуре этого организма и размножение путем деления, перешнуровывания и почкования, свойственного микококкам по описанию. По культурально-физиологическим признакам исследуемый организм был близок к виду Mycococcus lactis (Красильников, 1949), но отличался от описания этого вида повышенным температурным оптимумом роста (38— 43 °С) и способностью активно расти на средах с парафинами, выделяя при этом флавины.

При исследовании микрофлоры ризосферы в числе прочих микроорганизмов была выделена культура, соответствующая по морфологии микококкам и отнесенная к виду Mycoccocus lactis. При изучении микрофлоры литофильных (растущих на камнях) лишайников, покрывающих горы Памира и Тянь-Шаня, было обнаружено, что характерными компонентами литайниковых ценозов этих высокогорных районов являются пигментные кокковидные формы микроорганизмов. Среди последних были найдены и микококки.