Microbiology

Структура клеточной стенки и муреина была выяснена в основном в связи с изучением действия лизоцима и пенициллина на бактерии. Открытый А. Флемингом (1922) лизоцим является бактерицидным ферментом, содержащимся в слезной жидкости, в носовой слизи и в яичном белке; лизоцим выделили также из бактерий (Escherichia coli, Streptomyces) и бактериофагов. При воздействии лизоцима на суспензию грам-положительных бактерий наблюдают быстрое ее просветление. Micrococcus luteus (lysodeikticus) лизируется уже при концентрации 1 мкг лизоцима на 1 мл. Для лизиса клеток Bacillusmegaterium необходима концентрация лизоцима 50 мкг/мл, а многие грам-отрицательные бактерии растворяются толь ко тогда, когда к суспензии добавлен также комплексообразующий агент (ЭДТА).

Лизоцим разрывает в муреине гликозидную связь между углеродом 1 N-ацетилмурамовой кислоты и углеродом 4 N-ацетилглюкозамина. При этом полисахаридные цепи расщепляются до дисахаридных фраг­ментов, состоящих из этих двух Сахаров (рис. 2.25). Таким образом, лизоцим является N-ацетилмурамидазой.

Можно избежать полного разрушения бактериальных стенок, проводя лизис в изотоническом или слабогипертоническом (0,1-0,2 М) растворе сахарозы. В этих условиях под действием лизоцима из клеток образуются чрезвычайно чувствительные к осмотическим условиям округлые «протопласты». В гипертонических и изотонических средах протопласты стабильны; в гипотонических средах они лопаются, после чего остаются лишь «тени» (остатки плазматических мембран). Протопластами следует называть только такие округлившиеся клетки, у которых нет никаких остатков клеточной стенки, т.е. нельзя обнаружить ни мурамовой кислоты, ни специфической аминокислоты клеточной стенки - диаминопимелиновой, не встречающейся в белках. Лизис клеточной стенки не приводит к нарушению метаболизма; протопласты дышат подобно интактным клеткам, образуют споры, если процесс споруляции уже был инициирован, но не адсорбируют фагов.

Наряду с лизоцимом существует много других ферментов, лизирующих муреиновый каркас. Муроэндопептидазы, чаще всего получаемые из бактерий, весьма специфическим образом расщепляют пептидные связи, участвующие в поперечной сшивке. Например, выделенная из Е. coli эндопептидаза разрывает связь между D-аланином и мезодиамино-пимелиновой кислотой (отмеченную на рис. 2.25). Другие ферменты расщепляют связи в иных местах.

Антибиотик пенициллин действует главным образом на грам-положительные бактерии (стафилококки и пневмококки), а также и на некоторые грам-отрицательные клетки (гонококки, менингококки, энтеробактерии), убивая их. Однако его бактерицидному действию подвержены только растущие бактерии; нерастущие, «покоящиеся» клетки остаются незатронутыми. Самый примечательный феномен, наблю­даемый при воздействии пенициллина, - это появление так называемых L-форм, которые образуются из нормальных бактериальных клеток в результате несбалансированного роста в длину и в толщину. При этом исходные палочковидные клетки увеличиваются в объеме во много раз. На агаризованных питательных средах такие гигантские клетки могут некоторое время сохранять жизнеспособность. Если воздействовать пенициллином на растущие клетки в гипотоническом растворе, то они лопаются. В изо- и гипертонических средах палочки превращаются в шаровидные образования (рис. 2.26), получившие название L-форм или «сферопластов». Последние отличаются от протопластов тем, что сохраняют остатки клеточной стенки (анализ обнаруживает следы мурамовой и диаминопимелиновой кислот). Пенициллин нарушает процесс образования клеточной стенки.