ПЕРСПЕКТИВЫ  ИСПОЛЬЗОВАНИЯ  НУКЛЕАЗ  МОРСКИХ  ОРГАНИЗМОВ  ДЛЯ  ОЧИСТКИ  ОБОРУДОВАНИЯ  В  ПИЩЕВОЙ  ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Анна  Борисовна  Подволоцкая

канд.  мед.  наук,  доцент  кафедры  товароведения  и  экспертизы  товаров  Дальневосточного  федерального  университета,  РФ,  г.  Владивосток

E-mail:  apodvolot7777@mail.ru

Лариса  Анатольевна  Балабанова

канд.  биол.  наук,  н.с.,  лаборатория  морской  биохимии  Тихоокеанского  института  биоорганической  химии  им.  Г.Б.  Елякова,  РФ,  г.  Владивосток

E-mail:  lbalabanova@mail.ru

Евгения  Сергеевна  Фищенко

канд.  техн.  наук,  доцент  кафедры  товароведения  и  экспертизы  товаров  Дальневосточного  федерального  университета,  РФ,  г.  Владивосток

E-mail: 

PROSPECTS  NUCLEASE  MARINE  ORGANISMS  CLEANING  EQUIPMENT  IN  THE  FOOD  INDUSTRY

Anna  Podvolotskaya

candidate  of  medical  sciences,  assistant  professor  of  expertise  of  products  of  the  Far  Eastern  Federal  University,  Russia,  Vladivostok

Larisa  Balabanova

candidate  of  biological  sciences,  Researcher,  Laboratory  of  Marine  Biochemistry,  Pacific  Institute  of  Bioorganic  Chemistry  im.  G.B.  Elyakova,  Russia,  Vladivostok

Evgeniya  Fishchenko

candidate  of  technical  science,  Associate  Professor  of  expertise  of  products  of  the  Far  Eastern  Federal  University,  Russia,  Vladivostok

Исследование  выполнено  при  поддержке  ДВФУ,  проект  №  14-08-06-10-и.

АННОТАЦИЯ

Работа  направлена  на  поиск  и  изучение  веществ,  которые  могут  подавлять  образование  биопленок  и  убивать  бактерии  внутри  биопленок,  а  также  деконтаминировать  технологические  линии  от  различных  загрязнений. 

ABSTRACT

This  work  is  aimed  at  finding  and  studying  substances  that  can  inhibit  the  formation  of  biofilms  and  kill  bacteria  within  biofilms,  as  well  as  decontaminated  production  lines  of  various  contaminants.

Ключевые  слова:  бактерии;  биопленки;  ферменты;  нуклеазы.

Keywords:  bacteria;  biofilm;  enzymes;  nucleases.

Как  известно,  около  99  %  всех  бактерий  существует  на  Земле  в  сессильной  фазе,  т.  е.  в  форме  биопленок,  состоящей  из  клеточного  компонента  —  монокультур  или  ассоциации  культур  микроорганизмов,  и  внеклеточного  матрикса,  представляющего  собой  сложную  биохимическую  смесь  полисахаридов,  гликопептидов,  нуклеиновых  кислот  и  липидов  [1].  Поэтому  не  исключено,  что  морские  организмы  могут  экспрессировать  специфические  ферменты,  косвенно  или  непосредственно  участвующие  в  процессе  формирования  и/или  деградации  биопленок.  Более  того,  в  морской  среде,  где  процесс  адгезии  микроорганизма  к  субстрату  может  быть  затруднен  сильным  течением,  низкими  температурами,  высоким  давлением  и  жесткой  конкуренцией  за  дефицитные  источники  питания  со  стороны  других  организмов,  обитателям  моря  приходится  вырабатывать  особые  приспособления  для  выживания,  включая  уникальные  ферментные  системы.  Морские  бактерии  рода  Pseudoalteromonas,  часто  встречаются  в  моллюсках,  рыбах,  губках  и  водорослях,  склонны  к  образованию  биопленок,  и  могут  выполнять  роль  как  симбионтов  этих  эукариотических  организмов,  так  и  быть  для  них  патогенами.  Внешняя  мембрана  этих  бактерий  насыщена  полисахаридами,  которые  играют  важнейшую  роль  в  инициации  адгезии  бактериальной  клетки  к  поверхности  субстрата,  после  которой  следует  фаза  колонизации,  которая  включает  все  методы  борьбы  за  выживание  против  других  колонизирующих  данную  поверхность  бактерий,  включая  синтез  специфических  ферментов,  диспергирующих  чужеродную  биопленку,  и  даже  антибиотиков  [2].  Недавно  было  показано,  что  и  третья  стадия  формирования  биопленок  —  стадия  дисперсии,  или  распространения.  Важность  этого  процесса  подтверждается  активизацией  систем  клеточной  сигнальной  трансдукции,  сенсорных  систем,  экспрессии  эндогенных  и  экзогенных  ферментов.  Эта  стадия  в  свою  очередь  имеет  также  три  фазы:  1)  отделение  одиночных  клеток  от  многоклеточной  биопленки,  2)  транслокация  освободившихся  клеток  к  новым  поверхностям,  3)  адгезия  клеток  на  новых  поверхностях.  Таким  образом,  очевидно,  что  микробиальные  гликозидазы  могут  вносить  существенный  вклад  не  только  в  катаболизм  углеводов  бактерий,  но  также  участвовать  в  цикле  биодеградации  и  биосинтеза  галактоманноолигосахаридов  как  своих  собственных,  так  и  участников  симбиотического  сообщества.

Помимо  гликозидаз  к  ферментам,  деградирующим  внеклеточный  матрикс,  относятся  также  нуклеазы,  так  как  экстраклеточная  геномная  ДНК  является  важным  структурным  и  стабилизирующим  компонентом  биопленок.  Совсем  недавно  появились  данные  по  возможности  использования  нуклеаз  морских  бактерий  для  разжижения  слизистых  биопленок  в  терапии  верхних  дыхательных  путей.  Выделенная  и  охарактеризованная  нами  ранее  нуклеаза  морского  гриба  Penicillium  melini,  принимающая  непосредственное  участие  в  деградации  собственных  природных  биопленок  в  момент  размножения,  может  быть  успешно  применена  в  целях  разработки  новых  методов  предотвращение  формирования  биопленок,  так  и  на  разрушение  уже  сформированных  биопленок  [3]. 

Ферментативные  способы  предотвращения  образования  и/или  сокращения  биопленок  были  описаны,  например,  в  PCT  заявках  на  патент  №  WO  06/031554,  WO  01/98214,  WO  98/26807,  WO  04/041988,  WO  99/14312  и  WO  01/53010.  Однако  существует  потребность  в  улучшенных  способах  и  композициях  для  контроля  биопленок  в  областях  применения  промышленности,  стоматологии  и  охраны  здоровья.  Но  данные  патенты  не  включают  в  себя  нуклеазы,  а,  как  известно,  биопленки  содержат  ДНК  различного  генеза  в  огромном  количестве.

Использование  очищенных  препаратов  коммерческих  ДНКаз  и  нуклеаз  экономически  не  выгодно,  особенно  для  обработки  больших  поверхностей  технологических  линий  в  случае  борьбы  с  биопленками.  Получение  рекомбинантных  аналогов  ферментов  морского  происхождения,  таких  как  нуклеаз  и  других  послужит  не  только  открытию  новых  возможностей  в  пищевой  промышленности,  но  и  удешевит  многие  технологии  получения  полезных  продуктов  питания. 

Уникальные  свойства  ферментов  морского  происхождения  (высокая  каталитическая  эффективность,  психрофильность,  полиадаптируемость  к  субстрату,  моно-  и  полиспецифичность  и  т.  п.),  пептидов  и  полисахаридов,  а  также  возможность  получения  рекомбинантных  ферментов  позволяют  использовать  их  для  улучшения  экологии  производственной  среды  (обработка  технологического  оборудования  для  удаления  и/или  предупреждения  образования  микробиологических  пленок,  удаление  остаточной  ДНК  с  производственных  линий),  пищевых  аллергенов  и  разработки  методов  контроля  качества  продуктов  и  биобезопасности  среды.

Использование  комплекса  рекомбинантных  ферментов  для  улучшения  производственной  среды  в  комплексе  с  разработанными  системами  контроля  качества  и  биобезопасности  производственной  среды  позволят  использовать  полученные  результаты  в  производственных  процессах,  лабораторной  практике  при  мониторинге  наличия  биопленок  и  аллергенов  в  продуктах  питания.  Это  позволит  усилить  контроль  соблюдения  законодательства  РФ  в  области  маркировки  продуктов  питания,  предотвращения  фальсификации,  ведущей  к  серьезным  рискам  для  здоровья  потребителей.

Список  литературы:

1. Голуб  А.В.  Бактериальные  биопленки  —  новая  цель  терапии?  //  Клин.  микробиол.  антимикроб.  химиотер.  —  2012.  —  Т.  14.  —  C.  23—29.
2. Shnit-Orland  M,  Sivan  A,  Kushmaro  A.  Antibacterial  activity  of  Pseudoalteromonas  in  the  coral  holobiont  //  Microb.  Ecol.  —  2012.  —  V.  64  (4).  —  P.  851—859.
3. Balabanova  LA,  Gafurov  YM,  Pivkin  MV,  Terentyeva  NA,  Likhatskaya  GN,  Rasskazov  VA.  An  extracellular  S1-type  nuclease  of  marine  fungus  Penicillium  melinii  //  Mar  Biotechnol  (NY).  —  2012.  —  V.  14(1).  —  P.  87—95.