2.2. Основные стратегии адаптации метанотрофов к высоким значениям солености и рН

Весьма существенные солезависимые различия обнаружены в фосфолипидном составе галоалкалофильных/толерантных метанотрофов (Khmelenina et al., 1999). Метанотрофы отвечали на повышение солености среды накоплением отрицательно заряженного фосфатидилглицерина (и фосфатидилхолина у Mm. alсaliphilum 20Z) и понижением доли фосфатидилэтаноламина. Подобная солезависимая реакция типична для многих грамотрицательных галофильных и галотолерантных эубактерий (Thiemann et al., 1991). По-видимому, отрицательно заряженные фосфолипиды (фосфатидилглицерин), а также цвитеррионный фосфатидилхолин обладают стабилизирующим действием на бактериальные мембраны, формируя ригидный мембранный бислой, тем самым снижая проницаемость мембран для катионов. Очевидно, увеличение ригидности мембранного бислоя - необходимый ответ клеток на повышение солености среды, позволяющий поддерживать градиент протонов и ионов Na⁺ (Хмеленина с соавт., 1996, 1997).

2.2.1. Осмопротекторы и пути их биосинтеза

Для баланса осмотического равновесия между цитоплазмой и внешней средой галофильные и галотолерантные метанотрофы накапливают гетероциклическую иминокислоту эктоин (1,4,5,6-тетрагидро-2-метил-4-пиримидин карбоксилат), а также глутамат и сахарозу (Khmelenina et al., 1999; Хмеленина с соавт., 2000). Уровни эктоина и глутамата, сахарозы и калия в клетках достигали соответственно 1,5, 0,4, 0,8 и 0,4 М при концентрации NaCl в среде 1М.

У метанотрофов выяснены пути биосинтеза эктоина и сахарозы. Установлено, что сахароза синтезируется из С₆-интермедиатов РМФ-цикла. При этом сахарозофосфатсинтаза инициирует конденсацию УДФ-глюкозы (предшественник гликогена) и фруктозо-6-фосфата с образованием сахарозо-6-фосфата, который затем дефосфорилируется с образованием сахарозы (Хмеленина с соавт., 2000). Такой путь характерен для растений и ряда прокариот, синтезирующих данный дисахарид.

Путь биосинтеза эктоина из аспартата у метанотрофов инициируется фосфорилированием аспартата до аспартилфосфата, далее образуются аспартилполуальдегид, диаминобутират (ДАБ) и N-ацетилдиаминобутират (Решетников с соавт., 2004; Reshetnikov et al., 2005). Первые два фермента (аспартокиназа и аспартилполуальдегиддегидрогеназа) участвуют одновременно в биосинтезе аминокислот аспартатного семейства, тогда как ДАБ трансацетилаза (EctA), ДАБ аминотрансфераза (EctB) и эктоинсинтаза (EctC) – специфические ферменты, гены, которых у гетеротрофных бактерий расположены в последовательности ectABC. С использованием основанной на ПЦР методологии расшифрована полная последовательность генов биосинтеза эктоина у Mm. alcaliphilum 20Z и показана организация ect-генов в 4-х генном опероне ectABCask, которому предшествует ген белка-репрессора ectR, впервые найденного и описанного у данного метанотрофа и впоследствии обнаруженного у других метилотрофных и гетеротрофных галлофилов (Mustakhimov et al., 2010; Reshetnikov et al., 2010).

Нуклеотидные и аминокислотные последовательности генов/ферментов синтеза эктоина у Mm. alcaliphilum 20Z существенно отличаются от соответствующих последовательностей у других галофилов и близки с ними только на 36-63%, что свидетельствует о высокой степени их дивергенции у бактерий.