» » Стога и грибы-термофилы

Стога и грибы-термофилы

Стога и грибы-термофилы

Когда Клод Моне писал свою знаменитую серию картин «Стога», включая это полотно «Стог сена в Живерни, Закат», то наверняка хоть раз задумался о том, что же происходит внутри них. А внутри стогов — целый мир.

Этот мир впервые изучил немецкий ботаник Хуго Миэ (Hugo Miehe), опубликовавший в 1907 году работу «Самонагревание сена: биологическое исследование» (Die Selbsterhitzung des heus: eine biologische Studie). Внутри сена он обнаружил множество грибов и бактерий, жизнедеятельность которых приводила к нагреванию стогов, и стал первым, кто показал связь между ростом термофильных грибов и термогенезом (или саморазогреванием) стогов сена.

Сегодня уже известно, что растительная масса (куча зерна, сена и др.) в результате неправильного хранения, например высокой начальной влажности, может разогреваться до 40–60°С буквально за 4–5 дней благодаря жизнедеятельности микроорганизмов, которые с повышением температуры последовательно сменяют друг друга, заканчивая термофильными микроскопическими грибами. Сам субстрат из-за накопленных токсинов становится непригоден для кормовых целей, а если начнется самоподдерживающаяся реакция, то сено может загореться.

Термофильные грибы — это небольшая и разнородная, но очень интересная группа грибов, способных расти при высоких температурах, как правило с оптимумом роста выше 37–45°С, а при «обычной» температуре 15–25°С они развиваться уже не могут. Первые сведения о термофильных грибах появились в середине XIX века, когда были описаны такие виды, как аспергилл дымящий (Aspergillus fumigatus) и Rhizomucor pusillus. Ооднако интерес к этой группе в научном сообществе возник после публикации в 1899 году работы русской женщины-бактериолога Прасковьи Васильевны Циклинской, в которой она продемонстрировала способность неизвестного до этого гриба расти при повышенных температурах. Сам гриб она случайно обнаружила на картофеле в садовой почве.

Чтобы получить чистую культуру и избавиться от совместно растущих с грибом бактерий, Циклинская использовала в качестве источника питания для гриба белый хлеб, поддерживавшийся при температуре 52–53°С. На хлебе гриб обильно рос и формировал пушистые белые колонии, из-за чего она назвала его Thermomyces lanuginosus (видовой эпитет означает «пушистый»). В результате экспериментов Циклинская выяснила, что диапазон роста Thermomyces lanuginosus варьируется в пределах от 37 до 60°С, с оптимумом при 54–55°С, его споры выдерживают сухой нагрев до 80°С в течение трех часов, а при 100°С погибают через одну минуту.


Стога и грибы-термофилы

Колонии Thermomyces lanuginosus, выращенные на твердой питательной среде при 42 °С в течение пяти дней. Слева — колония на картофельно-декстрозном агаре (см. Potato dextrose agar). Справа — колония на агаре Сабуро (см. Sabouraud agar). Морфология, скорость роста грибов и другие признаки зависят от состава питательных веществ в средах и потому отличаются. фото из статьи S. Sivagnanam et al., 2013. Thermomyces lanuginosus infective endocarditis: Case report and a review of endocarditis due to uncommon moulds


У Thermomyces lanuginosus обнаружены только споры бесполого размножения, называемые алевриоспоры (или алевриоконидии; см. Конидиогенез) — это крупные (6–10 мкм) конидии, формирующиеся поодиночке на каждом конидиеносце. Они имеют толстую скульптурную оболочку, благодаря которой могут пережидать значительные температуры (выше максимальных температур роста).


Стога и грибы-термофилы

Гриб Thermomyces lanuginosus. Гифы воздушного мицелия, несущие алевриоспоры на коротких боковых ветвях. Стрелками обозначены зрелые конидии с хорошо заметной сетчатой скульптурой оболочки. Cлева — рисунок из статьи G.J.F. Pugh, J.P. Blakeman, G. Morgan-Jones, 1964. Thermomyces verrucosus sp. nov. and T. lanuginosus. Справа — рисунок из книги R. K. Salar, 2017. Thermophilic Fungi. Basic Concepts and Biotechnological Applications


Однако выдерживать высокие температуры термофильным грибам помогают не только морфологические особенности, но и генетические. Сравнив геномы термофильных и мезофильных (растущих при умеренных температурах) грибов, ученые показали, что размер генома термофилов меньше, чем у мезофилов, за счет потери генов, мобильных генетических элементов, уменьшения размеров интронов и межгенных областей. Такая же закономерночть наблюдается и у термофильных прокариот. Биологический смысл этих потерь в том, что маленький геном помогает проводить деление клетки быстрее (меньше времени уходит на репликацию ДНК); кроме того, снижается потребление энергии для синтеза нуклеотидов. Исследование протеомов выявило некоторые особенности в составе белков, где часто происходили последовательные замены аминокислот (наиболее частая — замещение лизина аргинином), связанные с термофилией. Такие замены делают белки стабильными при высоких температурах.

Благодаря этим особенностям все термофильные грибы являются потенциальными источниками различных коммерчески важных термостабильных ферментов, многие из которых уже используются в пищевой промышленности. Так, Thermomyces lanuginosus может не только портить, но и улучшать хлеб, благодаря ксиланазе — ферменту, разлагающему ксилан, один из компонентов гемицеллюлозы в клеточной стенке растений. В одной из работ было показано, что присутствие термостабильной ксиланазы при выпечке хлеба привело к увеличению удельного объема хлеба и улучшению текстуры мякиша.


Стога и грибы-термофилы

Влияние ксиланазы Thermomyces lanuginosus на объем хлеба. a — фотографии целой буханки хлеба, b — разрезанной. Слева направо: контроль без добавок, хлеб с добавлением очищенной ксиланазы 5, 10, 20, 40, 60 и 100 ppm (частей на миллион; мг/кг-1). фото из статьи Z.Q. Jiang et al., 2005. Characterization of a xylanase from the newly isolated thermophilic Thermomyces lanuginosus CAU44 and its application in bread making


Таким образом, небольшое открытие Прасковьи Циклинской привело к тому, что неизвестный гриб из садовой почвы стал отправной точкой в изучении термофилии эукариот и заложил основу важной биотехнологической отрасли по получению и использованию термостабильных ферментов.

Клод Моне, «Стога сена в Живерни, Закат», 1888–1889 год. Музей современного искусства города Сайтама, Япония. Изображение с сайта wikiart.org.

Евгений Антонов

01 июль 2021 /
  • Не нравится
  • 0
  • Нравится

Похожие новости

Гриб-лобстер

Грибы-паразиты — не редкость в природе, однако не все знают, что паразитировать они приспособились и на своих сородичах (см...

Гриб-куст

Деревьями грибы уже притворялись,...

Микробная ёлка

Перед вами ёлочка из трех видов бактерий в чашке Петри...

Гигантский съедобный гриб

Белый зонтик в руках этой африканской девочки — термитомицес титанический (Termitomyces titanicus), считающийся самым большим съедобным грибом в мире...

Пигменты грибов-млечников

На фото — рыжик полукрасный (Lactarius semisanguifluus), оранжевый млечный сок которого местами позеленел...

Гриб-дождевик

На фото — дождевик шиповатый, или жемчужный (Lycoperdon perlatum...
Комментарии

НАПИСАТЬ КОММЕНТАРИЙ

Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
Код:
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив
Введите код:
Популярные новости
Совпадения с разницей в сто лет: Авраам Линкольн и Джон КеннедиКак Чайковский у царя 3000 рублей взаймы взялШевалье-девицаПерсонажи классического искусства в современных реалияхНемного «умной одежды»Как появилось выражение «остаться с носом»?Психолог Джон Готтман о секрете удачных отношенийО короле, шампанском и учёных