Внутрішньоклітинний метаболізм мікробних популяцій травного тракту тварин за дії екзогенних факторів

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук по специальности 03.00.04 - биохимия. Институт биологии животных УААН, Львов, 2008.

Диссертация посвящена изучению внутриклеточных особенностей метаболизма рубцовых смешанных микробных популяцій, сформированных на менее и более доступных биосубстратах, и комплексов микроорганизмов слепой кишки свиней и кроликов, чистых штаммов бактерий и их ассоциаций в условиях ассимиляции ими различных источников питательных веществ под действием распространенного в окружающей среде биоцида пентахлорофенола (ПХФ) с дополнительным применением природного сорбента клиноптилолита (Кл).

Установлено, что в условиях увеличения в диете содержания более доступных биосубстратов (зерноконцентратов), в сравнении с менее доступными (грубыми кормами), достоверно интесифицируются внутриклеточные процессы и функции рубцовой микробной популяции, возрастают клеточная биомасса, уровень образования тех конечных продуктов метаболизма (прежде всего - пропионата), которые индуцируют усиление анаболизма в целом организме животного-хозяина, подтверждаемое изменением соответствующих биохимических показателей крови и более высокими приростами (~ на 30 %) живой массы. Разные дозы антимикробного соединения ПХФ проявляют неодинаковое ингибирующее действие на внутриклеточный метаболизм микробных популяций, сформированных на различных по питательной доступности биосубстратах. Даже низкие дозы токсиканта (10?40 мкМ) ингибируют на 80?90 % метаболизм микробных популяций, сформированных на менее доступных источниках, а средние (100?150 мкМ) и высокие (30 мкМ) останавливают его. У микробных популяциях, сформированных на более доступных биосубстратах, низкие дозы ПХФ ингибируют метаболизм на 5?15 %, средние - на 40?50 % и только высокие парализируют жизнедеятельность микроорганизмов. Внесение природных сорбентов (Кл) в культуральную среду достоверно снижает токсическое действие ПХФ, причем протекторный эффект был приблизительно в 2 раза выше там, где ассоциации микробов формировались и функционировали на более доступных биосубстратах (как в рубце животных, так и в слепой кишке свиней и кроликов). Активность эндо- и экзоцеллюлярных энзимов бактериального комплекса достоверно снижается даже под действием малых доз ПХФ, но применение Кл позволяет повысить энзиматическую активность на 19?47 %. Кл выразительней ослабляет ингибирующее действие биоцида при использовании более доступных источников питательных веществ (глюкоза, РНК, муцин и др.). Показано, что клетки сахаролитической бактерии Butyrivibrio fibrisolvens 787 утилизируют альдозы разной молекулярной массы с различной скоростью. Глюкоза утилизируется в 2,5 раза быстрее, чем ксилоза. При наличии в среде обеих альдоз клетки утилизируют сначала глюкозу, а затем ксилозу. На этих мономерах и пектине у них не проявляется активность фосфокетолазы.

Высокий уровень метаболизма в клетках B. fibrisolvens 787 обеспечивается функционированием специфических энзиматических реакций, которые катализируются 2-кето-3-дезокси-6-фосфоглюконатальдолазой (КДФГА, благодаря чему используется метаболический путь Энтнера-Дудорова) и фруктозодифосфатальдолазой (ФДФА, с помощью которой углеводы утилизируются и путем Эмбдена-Мейергофа-Парнаса). Обнаруженные метаболические пути подавляются даже низкими дозами ПХФ, но при наличии в культуральной среде сорбента Кл достоверно ослабляется ингибирующее действие биоцида. Протекция адсорбентом интрацеллюлярного метаболизма и отдельных ключевых энзиматических реакций, а также объемы образования конечных продуктов ферментации находятся на достоверно высшем уровне при использовании глюкозы, нежели ксилозы и пектина.

Ключевые слова: энзимы, микробные популяции, пищеварительный тракт животных, интермедиаты, метаболические пути, субстратная регуляция, биоциды, клиноптилолит.

Rusnak N.I. Intracellular metabolism of the microbial populations in the animal gastrointestinal tract under the exogenous factors effect. - Manuscript.

Dissertation for the candidate of biological sciences degree - speciality 03.00.04 - biochemistry. Institute of Animal Biology of UAAS, Lviv, 2008.

It has been studied the intracellular peculiarities of metabolism of the ruminant mixed microbial populations formed on less and more accessible biosubstrates, and also of the pig and rabbit caecal complexes of microorganisms and pure strains of bacteria under their assimilation of different nutritients as well as under effect of the wide spread biocide, pentachlorophenol (PCP), alone and with supplement of natural sorbents, clinoptilolites (Kl).

It has been shown the enhancement of anabolic processes in the cells of microorganisms-symbionts in the gastrointestinal tract and in the whole organism of host animal under assimilation of more accessible substrates (comparing with less accessible ones), significantly increased resistance of the microorganisms to the toxic effect of different PCP doses, especially in presence of clinoptilolite adsorbent. It has been found out, in cells of the saccharolytic bacterium, Butyrivibrio fibrisolvens 787, there is absence of phosphoketolase reaction, but this bacterium intensively utilizes the dissimilar in chemical structure aldoses (glucose and xylose) and pectin using the metabolic pathways of Entner-Doudoroff and Embden-Meyerhof-Parnas that is demonstrated by extremely high activity of 2-keto-3-desoxy-6-phosphogluconate aldolase (KDPGA) and considerably lower activity of fructosobiphosphate aldolase (FBPA). Activity of these enzymes is depressed even by the low doses of PCP (10?40 мmol) and it is reduced significantly the toxic affect of biocide in the presence of Kl.

Key words: enzymes, microbial populations, the animal gastrointestinal tract, intermediates, metabolic pathways, regulation by substrates, biocides, clinoptilolites.

Размещено на Allbest.ru