книги из ГПНТБ / Крисс А.Е. Жизненные процессы и гидростатическое давление

плазматические мембранные структуры обычно представляют со­ бой простые петлеобразные инвагинации цитоплазматической мембраны в цитоплазму (рис. 65, ИМС). Сложно устроенные мембранные системы встречаются крайне редко.

Вполярных областях клеток иногда можно видеть скопле­ ния мелкогранулярного материала умеренной электронной плот­ ности. Обычно эти скопления имеют небольшие размеры.

Вцентральной части клетки вдоль ее длинной оси распола­ гается ядерная вакуоль, содержащая нити ДНК диаметром 40— 60 Â. Нити образуют тонкую сеть, в переплетениях которой часто видны плотные гранулы. На некоторых срезах нити ДНК располагаются более упорядоченно, параллельно длинной оси клетки.

Под давлением 350 — 450 атм происходит образование длин­ ных особей. У таких клеток обнаруживаются значительные из­ менения в строении клеточной стенки. На рис. 66 представлена нитевидная клетка из двухсуточной культуры, выращенной под давлением 350 атм. В некоторых участках здесь видно отхож­ дение клеточной стенки от цитоплазматической мембраны и об­

разование между ними светлого промежутка шириной 150 — 250 Â (рис. 66, стрелка).В некоторых участках клеточная стен­

ка утолщена, как бы «разволокняется» и не имеет мембранной структуры (рис. 66, двойнаястрелка) .

Наблюдаются также изменения и другого характера. В от­ дельных участках гомогенного слоя при большом увеличении от­

четливо различаются чередующиеся темные и светлые участки (рис. 67, стрелки) или видны «мостики», соединяющие внутрен­

ний темный слой клеточной стенки и наружный слой цитоплаз­ матической мембраны (рис. 68, стрелки).

Такие изменения более выражены в клетках на третьи сутки роста при 450 атм. По-видимому, они отражают различные ста­ дии разрушения промежуточного слоя.

Очевидно, достаточно продолжительное действие супраоптимального гидростатического давления неблагоприятно влияет на

Рис. 68. Видно нарушение структуры клеточной стенки в нитевидной клетке через трое суток роста под давлением 450 атм (Крисс, Мицкевич, Черни, 1969)

В светлом пространстве между клеточной стенкой и цитоплазматической мембрапой наблюдаются «мостики» (стрелки). Двойная стрелка указывает на остаток промежуточ­ ного слоя, тесно связанного с мембранной структурой клеточной стенки, х 8і 000

Рис. 69. Клетки из двухсуточной культуры, выращенной нод давлением 450 атм (Крисс, Мицкевич, Черни, 1969)

Начальная стадия образования в цитоплазме] сферических участков, лишенных рибо­ сом и имеющих губчатую или сетчатую структуру (СФ); ПГ — плотные гранулы, х 75 000

119

целостность бактериальной оболочки, а следовательно, на ее про­ ницаемость.

Под давлением 450 атм в цитоплазме клеток на вторые сутки роста появляются округлые светлые участки — по-видимому, очаж­ ки автолиза (рис. 69), которые в клетках из трехсуточных куль­ тур сливаются в светлые зоны, лишенные рибосом и имеющие губчатую или сетчатую структуру. По мере развития культуры значительная часть цитоплазмы приобретает такое строение (рис. 70, 71).

Интрацитоплазматические мембранные структуры в клетках под давлением 450 атм более заметны, чем при атмосферном давлении. Особенно хорошо они видны в автолизироваиыых клетках.

Следует отметить наблюдающуюся в некоторых клетках инва­ гинацию цитоплазматической мембраны в пространство, возни­ кающее при расхождении клеточной стенки и цитоплазматиче­ ской мембраны (см. рис. 66и 72, ИНВ) .

Рядом с участками, лишенными рибосом, но иногда и неза­ висимо от них, обнаруживаются большие скопления мелкогранулярного материала умеренной плотности, часто окруженные груп­ пами рибосом (см. рис. 70, 71, ГМ). В месте образования таких скоплений диаметр клетки значительно увеличен. Подобные скоп­ ления иногда встречаются у особей из 48-часовой культуры, вы­ ращенной при атмосферном давлении, но они никогда не дости­ гают таких больших размеров и локализуются только на полюсах клетки («полярные шапочки») и лишь изредка встречаются у клеточной стенки. Природа этих образований пока не выяснена.

Под давлением 450 атм на третьи сутки роста в клетках появляются также уплотненные участки цитоплазмы, которые в дальнейшем фрагментируются на многочисленные включения не­ правильной формы и различной плотности (рис. 72).

Высокое давление в определенных пределах не действует на функцию деления ядерного компонента в нитевидных клетках. На некоторых фотографиях можно видеть несколько ядерных зон, четко отделенных друг от друга на протяжении одной клет­ ки (рис. 73, Н). В клетках, где появляются фрагментированные участки цитоплазмы, типичная ядерная вакуоль не видна.

Рис. 70. Нитевидная клетка из трехсуточной культуры, выращенной под дав­ лением 450 атм (Крисс, Мицкевич, Черни, 1969)

По мере развития культуры значительная часть цитоплазмы приобретает губчатое или сетчатое строение (СФ). Видно также большое скопление мелкогранулярного материал?, менее плотное, чем цитоплазма (ГМ). Г —рибосома, х 108 000

Рис. 71. Нитевидная клетка из трехсуточной культуры, выращенной под давлением 450 атм, в цитоплазме которой наблюдается очень большое скопле­

120

0.1ми

л >

Химический состав бактериальных клеток

Изменения химического состава бактериальных клеток под дав­ лением обнаружил Berger (1959). Он заметил, что клетки Е. coli, выращиваемые под высоким давлением, выделяют в сре­ ду вещества с поглощением в области 260 ммк. При 300 атм добавление диамииопимелиновой кислоты стимулировало процесс высвобождения этого вещества, который протекал с уменьшением величины клетки; в условиях атмосферного давления этот эффект не наблюдался. Лизин стимулировал протоплазматический син­ тез, увеличивая размеры клетки.

Гидролизат вещества, выделяемого клетками Е. coli, содержал аминосахар, аминокислоты и материал с максимумом поглоще­ ния при 260 ммк. Автор предполагает, что данное вещество представляет собой уридиннуклеотид, включению которого в кле­ точную стейку препятствует высокое давление.

ZoBell а. Cobet (1964) исследовали влияние высокого давле­ ния на содержание нуклеиновых кислот в клетках трех штаммов Е. coli: В, S, R4. В пределах давления от 200 до 450 атм со­ держание белка и нуклеиновых кислот не менялось с повыше­ нием давления, однако при более высоком давлении было най­ дено больше РНК и пропорционально меньше ДНК.

Между соотношением ДНК/РНК и биомассой нитей наблю­ далась обратная корреляция (рис. 74).

Самое малое количество ДНК у всех трех штаммов обнару­ жено в препаратах, содержавших наибольшее число нитевидных клеток.

Авторы отметили также, что. содержание РНК увеличивается с длиной клетки, тогда как ДНК сохраняется примерно в тех же величинах. Из табл. 44 видно, что количество РНК на единицу длины (1 мк) несколько увеличивается с удлинением клеток под давлением, а ДНК уменьшается.

Параллельно проведенные химические анализы клеток из тех же культур Pseudomonas sp. штамм 8113, которые исследовали электроииомпкроскопически (Крисс, Мицкевич, Черни, 1969), по­ казали следующее.

Рис. 72. Нитевидная клетка из трехсуточной культуры, выращенной под давлением 450 атм (Крисс, Мицкевич, Черни, 1969)

Фрагментация цитоплазмы на многочисленные включения неправильной формы и раз­ ной плотности.5 Выпячивание цитоплазматической мембраны в пространство между кле­ точной стенкой и цитоплазматической мембраной (ИЯВ). х 81 000

Рис. 73. Две ядерные вакуоли (Я), отграниченные друг от друга обширными участками цитоплазмы в нитевидной клетке из двухсуточной культуры, выращенной под давлением 450 атм (Крисс, Мицкевич, Черни, 1969)

Р — рибосомы; П Г — плотные гранулы, х 75 000

,121

ДНК/РНК; 5 — нити; С — концентрация под давлением; С0 — концентрация при і атм

122

Общий азот и содержание белка в клетках Pseudomonas sp. штамм 8113 сохранились в тех же величинах, когда этот штамм культивировался при атмосферном давлении и под давлением 350 и 450 атм (табл. 45). В отношении белка эти результаты согласуются с данными ZoBell a. Cobet (1964), но расходятся с результатами исследований Pollard a. Weller (1966) и Landau (1966а), которые описали угнетение синтеза белка под высоким давлением.

Т а б л II ц а 45. Влняіше повышенного гидростатического давления 350 и 450 атм по химический состав клеток Pseudomonas sp. штамм 8113 (Крисс, Мицкевич, Черни, 1969)

Однако культивирование баротолерантного штамма 8113 иод давлением явно отражается на содержании углеводных и неко­ торых фосфорных компонентов в клетках этого штамма. Уже при 200 атм наблюдалось уменьшение углеводной фракции в основном за счет полисахаридов, а при 450 атм она составляла лишь 59% того количества, какое определялось в клетках, размножавшихся в условиях атмосферного давления (табл. 45).

Что же касается фосфорных соединений, то содержание об­ щего фосфора также уменьшалось с повышением давления (табл. 45). Если при 1 атм количество его составляло 30 мкг/мг сухого веса клетки, то в клетках, выращенных под давлением 450 атм, было определено лишь 25 мкг/мг.

Дальнейшие опыты показали, что убыль фосфора происхо­ дит за счет фосфора кислоторастворимой фракции, фосфолипи­ дов и нуклеиновых кислот, в основном РНК (табл. 46, 47). По сравнению с культурой, полученной при 1 атм, клетки штамма 8113, которые культивировали под давлением 450 атм, содер­ жали на 29% меньше фосфора в кислоторастворимой фракции, а во фракциях фосфолипидов и нуклеиновых кислот — на 13 — 14%.

Соотношение различных фракций фосфорных соединений в клетке не меняется с повышением давления (табл. 46). Примерно на 24% падает количество рибонуклеиновой кислоты в клетках из культуры, выращенной под высоким давлением (табл. 47). Уменьшение содержания РНК было обнаружено спектрофотомет­ рическим методом и по углеводному компоненту. Между тем

123

ствия высокого давления на содержание нуклеиновых кислот в бактериальной клетке определяется толерантностью данного вида к давлению и другими условиями опыта.

Не очень отчетливы результаты воздействия высокого давле­ ния на ДНК в клетках штамма 8113. В большинстве опытов можно было констатировать уменьшение количества ДНК с уве­ личением давления, однако эти колебания не выходят за пре­ делы ошибки опыта.

Т а б л и ц а 47. Влияние повышенного гидростатического давления 350 и 450 атм іш содержание нуклеиновых кислот в клетках Pseudomonas sp. штамм 8113 (Крпсс, Мицкевич, Черни, 1969)

При сопоставлении электронномикроскопических картин и хи­ мических данных становится очевидным, что характерные струк­ турные изменения в клеточной оболочке, которые происходят при культивировании штамма 8113 под давлением 450 атм, свя­ заны с уменьшением ее полисахаридного и фосфолипидного ком­ понентов. Надо полагать также, что пониженное содержание РНК обусловлено редукцией рибосомного аппарата, которая обнару­ живается в клетках, развивающихся при этом давлении.

124

Под давлением 400 атм подвижность клеток Sarcina шагіnorubra сохранялась, когда продолжительность его действия не

подчеркивают тот факт, что подвижность Salmonella parathyphi была признаком, более устойчивым к высокому давлению, чем размножение. Бактерии активно двигались в бульоне даже после пятиминутного действия давления 12000 атм.

Эти же авторы указывают, что дыхание клеток сохранялось п после того, как высокое давление ингибировало их способность к размножению.

Дыхание у Pseudomonas aeruginosa подавлялось после дейст­ вия давления 800 атм на таких субстратах, как манноза, глю­ коза, фруктоза, мальтоза, малат, лактат, сукцинат, пируват, пролин, глутамат и аспартат (Yazuda, 1959а). Однако на средах с ацетатом и глицерофосфатом наблюдалось небольшое усиление поглощения кислорода. Большее давление, 1600 атм, при той же продолжительности подавляло дыхание уже на всех испытанных субстратах.

125