Белки и биохимическая экология микроорганизмов из гидротермальных источников Камчатки

Белки и биохимическая экология микроорганизмов из гидротермальных источников Камчатки

Опубликовано в категориях: Научные публикции, Публикации секции гидробиологии и ихтиологии Просмотров: 485

С.А. Остроумов, доктор биологических наук

Биологический факультет, Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова, Москва, РФ

Ключевые слова:

гидротермальные источники, водные экосистемы, водные микроорганизмы, термофилы, гипертермофилы, экстремофилы, ферменты водных микроорганизмов, экстремальные водные местообитания, высокотемпературная биотехнология, геомикробиология, рецензия.

Данная публикация представляет собой отклик на книгу: Варфоломеев  С.Д.  Жизнь  молекул  в  экстремальных  условиях: горячий микромир Камчатки. Москва: Красанд. 2013. 480 с. (Varfolomeev S.D. Life of molecules in extreme conditions: the hot microcosm of Kamchatka. Moscow: Krasand. 2013. 480 p.) [1].


ВВЕДЕНИЕ.  Изучение  микроорганизмов-экстремофилов из гидротермальных источников сейчас является важным направлением исследований. Среди таких микроорганизмов большое внимание привлекают термофильные бактерии. Температурный оптимум для этих бактерий  по шкале температуры находится выше температурного оптимума мезофильных бактерий.  Существенным фактом, тесно связанным с этим, является то, что и температурный оптимум тех ферментов, которые выделяются из этих бактерий, значительно выше, чем температурный оптимум обычных ферментов. Это имеет большое значение для биотехнологии.

Цель данной публикации – осветить большой объем полезной и интересной информации, касающейся термофильных микроорганизмов, содержащийся в сравнительно недавно вышедшей книге об уникальных микроорганизмах и экстремальных водных местообитаниях Камчатки.

ПРИМЕР ИССЛЕДОВАНИЙ ТЕРМОФИЛОВ И ИХ МЕСТООБИТАНИЙ. Книга члена-корреспондента Российской академии наук, заведующего  кафедрой  химической  энзимологии   МГУ С.Д. Варфоломеева  посвящена  в  высшей  степени  актуальным проблемам  изучения  экстремофилов  (термофилов)  и  состоит  из  14 глав.

Глава 1 посвящена Камчатке, ее экосистемам и условиям проведения научной работы, описанной в книге.

В главе 2 описаны работы на          Камчатке по теме  «Высокотемпературная биотехнология». Описаны новые термофилы, термоферменты, обсуждаются молекулярная генетика и физиология термофилов.

В главе 3 продолжается эта тема на примере работ автора в 2000 году. Обсуждаются новые микроорганизмы, термобелки (стр.127-141).

Глава   4   написана   членом-корреспондентом   РАН   Е.А. Бонч- Осмоловской  и содержит ее личные воспоминания о встречах с Камчаткой (с.143-155).

В главе 5 содержится обсуждение работ автора в 2005 году, анализируются связи между биоразнообразием и молекулярной экологией и биогеохимией.

В главе 6  изложены результаты изучения плазмид и вирусов термофилов.  Подробно  освещены  плазмиды  термофильных клостридий и их репликация, роль важного репликационного  белка  RepN.

В главе 7 освещены работы автора в 2010 году, вопросы геомикробиологии, экологии и геномики термофилов.

Глава 8 излагает вопросы термодинамики и кинетики. Освещена физическая химия термоинактивации и термостабилизации белка, предельные температуры сохранения нативной конформации белка.

В следующей главе 9 изложены структурные основы  стабильности белков термофилов. В качестве главного фактора стабилизации белков при высоких температурах рассмотрено электростатическое взаимодействие. Внимание уделено и другим факторам. На с.343-351 обсуждаются ионные мостики - уникальные связи, прочность которых увеличивается с ростом температуры.

Большое практическое значение имеет глава 10 — Инженерия термоустойчивости  ферментов.  В  ней  изучены  инновационные приемы   для   повышения   термостабильности   белков   на   примере нескольких ферментов (с.361-375).

В главе 11 (Стабилизация нуклеиновых кислот и липидов в термофилах,  с.377  -  387)  автор  отвечает  на  вопрос  о  том,  как термофилы и гипертермофилы увеличивают термостабильность своих нуклеиновых кислот и мембран, построенных из липидов. Приведены интересные примеры тетраэфиров архей, которые могут образовывать термостабильные биомембраны из одного молекулярного слоя.

Огромный  практический  интерес представляет  глава 12, в которой частично снимается покров тайны с вечного вопроса о происхождении нефти (Бионефть кальдеры вулкана Узон, с.389-407). Оценки возраста молодой нефти Узона дали предварительные оценки от 50 до 1000 лет (с.390), хотя окончательные оценки еще предстоит сделать. Выявляется возможная роль автотрофных микроорганизмов гидротермальных источников.

Глава 13 — Динамика адаптации микроорганизмов (с.409-423). Глава насыщена математическими формулами и графиками, которые дают свежие мысли для биологически важного развития вопроса об эволюции в популяциях микроорганизмов.

Глава 14 названа загадочно: Термоцикл. Под этим кратким названием скрывается  анализ фактов в плоскости  древнего и вечноюного вопроса о происхождении жизни. На языке химика эта тема формулируется так: предбиологических синтез и отбор биополимеров. Автор  задает  драматичный  вопрос:  кто  побеждает  в  конкурентной  борьбе макромолекул? (с.427). Формулы и расчеты на последующих страницах дают инновационный материал для ответа на этот вопрос.

Огромная работа по выявлению и анализу новых фактов дает автору право и научные основания для свежего взгляда на многие вечные  и интригующие загадки биологии, экологии и биогеохимии. В послесловии автор пишет: «Жизнь  - это поток случайных и детерминированных событий, точнее - набор случайностей, которые в конечном  итоге выстраиваются в детерминированную цепь событий». Интересные  слова, но хочется  спросить  — а понимаем  ли мы, что такое случайности, в особенности при рассмотрении явлений жизни?

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. В связи с  рассмотрением книги   [1]   автору этой публикации представляется уместным отметить, что важность многих научных проблем на стыке биохимии и других наук, в том числе экологии и наук об окружающей среде, была подробно аргументирована в ранее опубликованной в Издательстве Московского университета  монографии «Введение в биохимическую экологию»  [2].  Новая научная информация об интересных биохимических характеристиках организмов из специфических водных экосистем, изложенная в книге [1], является прекрасным ярким примером активного роста научных знаний в одной из современных точек научного роста  на стыке биохимии, экологии и микробиологии.

Книга [1] весьма интересна и ценна для биохимиков, микробиологов, биогеохимиков и тех биологов, которые не боятся химической терминологии.

Книга  С.Д.Варфоломеева  [1]  заслуживает рекомендации к переизданию и переводу на другие языки, при этом было бы желательно добавить указатели (индексы) научных терминов, в том числе названий химических веществ, ферментов и названий микроорганизмов.

БИБЛИОГРАФИЯ.

1.Варфоломеев  С.Д.  Жизнь  молекул  в  экстремальных  условиях: горячий микромир Камчатки. Москва: Красанд. 2013. 480 с.  (Varfolomeev S.D. Life of molecules in extreme conditions: the hot microcosm of Kamchatka. Moscow: Krasand. 2013. 480 p.)

2 Остроумов  С.А. Введение в биохимическую экологию. М. Изд-во Московского университета.  1986. 176 с.

Keywords:

hydrothermal springs, aquatic ecosystems, aquatic microorganisms, thermophiles, hyperthermophiles, extremophiles, enzymes of aquatic microorganisms, extreme aquatic habitats, high-temperature biotechnology, geomicrobiology, review.

Яндекс.Метрика