Microbiology

Светящиеся бактерии - в основном морские организмы. Это хемоорганотрофные бактерии, по своим морфологическим и физиологическим признакам сходные с Enterobacteriaceae; поэтому их называют также «морскими энтеробактериями».

Светящиеся бактерии легко выделить из морской и солоноватой воды. На мясе и рыбе они образуют естественные накопительные культуры, особенно при низких температурах. Если морскую рыбу в неглубокой посуде наполовину залить соленой водой и оставить на несколько дней в холодильнике (при 4-6°С), то на поверхности рыбы появятся колонии светящихся бактерий, которые можно выделить и получить в чистой культуре. Как правило, они не вызывают гниения и не образуют токсичных веществ, но выделяют амины. Р. Бойль (1667) писал: «Иной кусок мяса вчера еще светился, а сегодня из него уже приготовлено питательное и вкусное блюдо».

Светящиеся бактерии. Все выделенные до сих пор светящиеся бактерии - грам-отрицательные факультативные анаэробы, передвигающиеся с помощью 1-8 жгутиков. В зависимости от морфологии жгутиков (полярное или перитрихальное расположение, простые жгутики или жгутики в чехле) их относят к родам Photobacterium или Вепескеа. В анаэробных условиях большинство светящихся бактерий осуществляет муравьинокислое брожение или брожение смешанного типа, как это свойственно Enterobacteriaceae, и образует муравьиную, уксусную, молочную и янтарную кислоты, спирт, СО₂ и ацетоин. Как и многие другие морские бактерии, они являются галофилами; если поместить их в гипотоничную среду (дистиллированную воду), они мгновенно лизируются.

Рост и биолюминесценция в сильной степени зависят от состава среды. Свечение наблюдается только в присутствии кислорода, поэтому такие бактерии еще в конце прошлого века использовались как чувствительные индикаторы для выявления фотосинтетического образования кислорода у зеленых и красных водорослей в опытах со светом разной длины волны.

Процесс свечения. Свечение следует рассматривать как процесс аэробного окисления, своего рода побочный путь дыхания, приводящий не к образованию АТР, а к возбуждению какого-то промежуточного продукта, испускающего при этом свет. Дюбуа первым в 1885 г. исследовал процесс свечения, использовав водные экстракты из светящегося органа моллюска-точильщика Pholas dactylus; он выяснил, что в реакции участвуют вещество, экстрагируемое горячей водой (люциферин), и фермент, экстрагируемый холодной водой (люцифераза):

„                           Люцифераза
Люциферин ----------- »- Свет

°2

В разных системах вещества, участвующие в биолюминесценции, различны. Лучше всего этот процесс изучен у Photinus pyralis - американского светлячка. Люциферин его люминесцентной системы оказался производным бензтиазола. Люцифераза (Е) катализирует реакцию восстановленного люциферина (LH₂) с АТР; продукт этой реакции – аденилат - при окислении испускает свет:

LH₂ + ATP+ Е =£ E-LH₂-AMP+PPj
E'LH₂~ AMP + 0₂ --- * Свет+ Продукты

Между количеством вступившего в реакцию АТР и интенсивностью свечения существует прямая зависимость. Поэтому «светлячковая реакция» стала излюбленным методом количественного определения АТР.

В бактериальном свечении тоже участвует несколько компонентов: восстановленный FMN, О₂ и альдегид с длинной цепью (тетрадеканаль). Люцифераза представляет собой монооксигеназу. Уравнение реакции можно написать следующим образом:

FMNH₂   +   0₂   +   R-СНО  -» FMN   +   Н₂0   +   R-СООН   +   hv

Окисление FMNH₂, вероятно, приводит к возбуждению FMN, т.е. к образованию [FMNH₂0], который испускает свет, возвращаясь в основное состояние:

[FMN• Н₂<Э]* -Л  FMNH₂0  -*  FMN   +   H₂0

Способность к свечению очень распространена у грибов (Armillaria mellea, Partus stipticus и др.), у простейших (динофлагеллят) и у различных многоклеточных животных. У каракатиц и некоторых глубоководных морских рыб за свечение ответственны симбиотические бактерии, находящиеся в светящихся органах. Значение биолюминесценции для таких животных понятно, однако биологическая роль ее у одноклеточных организмов пока не ясна.