История открытия лектинов

 

J. Kang с соавторами обнаружили лектины на поверхности клеток Agrobacterium tumefaciens 82.139. При определении специфичности ими была выявлена эффективность только а-D-галактозильных остатков, оптимум рН для связывания - 5. Электрофорез лектинов в полиакриламидном геле выявил один белковый след (молекулярная масса 58 kDa). Этот а-D- галактозид-специфичный лектин агглютинировал предпочтительно человеческие эритроциты группы В при рН 5. Бактерии продуцировали также лектин, специфичный к а-D-рамнозильным остаткам, агглютинирующий лошадиные эритроциты. Позже были обнаружены лектины, ассоциированные с клеточной стенкой и у других штаммов A. tumefaciens. Суспензия клеток A. Tumefaciens вызывала сильную агглютинацию фиксированных в альдегиде эритроцитов свиньи при рН 5.Специфичное связывание флуоресцинмеченного неогликопротеина, содержащего а-D-фукозидные остатки, также было оптимальным при рН 5. Агглютинация ингибировалась некоторыми полисахаридами (например фукоидином), а также при нейтральном значении рН. Кроме того, гемагглютинирующая активноть лектина ингибировалась полисахаридами, выделенными из листьев хлопка.

Не так давно выделены лектины из ряда штаммов азоспирилл: Azospirillum brasilense Sp 7, 75, А. lipoferum 59b, 43, специфичные к L-фукозе и D-галактозе (A. brasilense Sp 7) [10].

Некоторые сапрофитные бациллы способны синтезировать лектин, специфичный к сиаловым кислотам. Значительное влияние на синтез лектина бактериями, как отмечали авторы [11], оказывала среда выращивания. Описана высокая активность лектина во взаимодействии с сиаловыми кислотами и высокий уровень их сродства к различным типам сиаловых кислот и натуральным сиалогликоконъюгатам. При обследовании 260 штаммов рода Bacillus, изолированных из различных экологических ниш и принадлежащих к различным видам этого рода микроорганизмов выяснилось, что продуцентами внеклеточных лектинов среди этих бактерий являлись: В.subtilis (наивысшая гемагглютинирующая активность выявлена у штаммов 605 ИМВ, 668 ИМВ и 685 ИМВ), В.licheniformis, B. megaterium, В.coagulans , B.cereus, В. laterosporus, В. pumilis, В. firmus.

Эти штаммы были изолированы из организма человека, сельскохозяйственных животных, из почвы и лечебных грязей. Исследуя препараты лектинов, полученных из трех штаммов В. subtilis и музейного штамма В.сеreus, Коваленко с группой исследователей выяснили [12], что все препараты лектинов не проявляли сродства к простым моно-, ди- и трисахаридам. Лектины были специфичны к D-глюкозамину, D-галактозамину и фруктозо-1,6-бифосфату. Выделенные из различных культур вида В. subtilis препараты отличались между собой по степени сродства к отдельным углеводам, а также по специфичности к производным D-глюкозы (глюкуроновой, фосфоглюконовой глюкозо - 6 - фосфорной кислотам). Культура В.сеreus обладала специфичностью к D- галактозамину, D-глюкозамину, глюкуроновой кислоте, фруктозо-1,6- бифосфату. Лектины были термо-, метало-, детергент-, ион-, и рН- стабильными гликопротеинами с молекулярными массами от 20 до 25 кDa, способные агрегировать в макромолекулы с молекулярными массами    приблизительно 200-250 kDa. Выделенные лектины сохраняли свою активность при хранении в течение пяти лет после выделения [13]. С помощью фракционирования сульфатом аммония и рехроматографии на сефарозе СL-6В из культуральной жидкости сапрофитного штамма Bacillus subtilis 316 М был очищен в 213 раз лектин. Лектин обладал молекулярной массой 190 kDa по данным гель-хроматографии на сефарозе [14]. Способность продуцировать лектины выявлена и у другого представителя этого рода В.mesentericus. Из культуральной жидкости выделены два лектина, активность которых не ингибировалась простыми моно-, ди- и трисахаридами. Оба препарата проявляли специфичность к производным D-глюкозы и D-галактозы, а также к фруктозо-1,6-дифосфату. При этом лектины, синтезируемые на ранних стадиях развития культуры, характеризовались более выраженной специфичностью, что отражалось в более высокой степени угнетения реакции углеводами. Авторы предположили, что широкая специфичность лектинов В.mesentericus к вышеуказанным углеводам обусловлена наличием нескольких лектинов, которые присутствуют в клетке и выделяются в среду как внеклеточные на ранних стадиях развития или на поздних стадиях в результате автолиза клеток. Сравнительный ингибиторный анализ препаратов лектинов, полученных из культуральной жидкости В.mesentericus, выращенной на средах с различными углеводами, показал, что качественный состав углеводов в среде не оказывает влияния на специфичность синтезируемых культурой лектинов: для всех препаратов характерно высокое сродство к фруктозо-1,6-дифосфату (минимальная ингибирующая доза 0.29-9.37 мМоль). Вероятно, что внесением различных источников углерода можно регулировать, как полагают авторы, количественное соотношение продуцируемых бактериями лектинов [14].

Таким образом, к настоящему моменту выделены и изучаются свойства лектинов многих видов бактерий, и имеется ряд работ по обнаружению лектинов у почвенных микроорганизмов. Последнее представляется весьма интересным в плане изучения взаимодействия между бактериями и высшими растениями, поскольку многие авторы отводят лектинам весьма существенную роль при установлении симбиотических и ассоциативных взаимодействий. 

1. Функции лектинов

Важной стороной исследования лектинов является изучение их биологических свойств. Подавляющее большинство работ по бактериальным лектинам связано с изучением молекулярных основ патогенности энтеробактерий. Основная роль, которая отводится поверхностным гемагглютининам - это специфическая адгезия к клеткам хозяина, которая является как бы пусковым механизмом для целого каскада патологических реакций. Значительная роль в этом процессе отводится пилийным агглютининам патогенных бактерий. Участие пилей в маннозоспецифичной адгезии Е.coli к клеточным поверхностям доказано четкой корреляцией между присутствием пилей и МС-гемагглютинацией, проявляемой бактериями. Принимать участие в адгезии могут и лектины, входящие в состав бактериальной мембраны. Примером тому, как указывалось выше, может служить мембранный лектиноподобный белок микоплазм. Специализированные электронно-плотные структуры на концах многих клеток микоплазм функционируют как органеллы, обеспечивающие полярное или "концевое" прикрепление. Сканирующая электронная микроскопия показала, что некоторые формы М.рпеитоniае могут также прикрепляться к эритроцитам посредством мембранных сайтов, отличных от концевых структур. Имеются сведения, что лектины, продуцируемые бактериями Р.аеrиgiпоzа служат для их прикрепления к клеткам хозяина, что является важной ступенью в бактериальной инвазии, как и в случае поверхностных лектинов Е.соli. Показано, что гемагглютинины У. pseudotuberculosis и F.nucleatum, связанные с мембраной, обеспечивают адгезию бактерий к клеткам хозяина на первой стадии инфекционного процесса.

Функция адгезинов присуща и гемагглютининам почвенных азотфиксирующих бактерий, причем агглютининам как пилийного происхождения, так и мембранносвязанного. Особого внимания заслуживают работы T. Vesper и Y. Bauer о роли пилей (фимбрий) в прикреплении В.jаротсит к корням соевых бобов.

В последнее время стали появляться работы, в которых показано, что лектины бактерий могут обладать бактерицидными свойствами. При изучении влияния лектинов РА-1 и РА-II Р.аеrиginоsа на различные бактерии выяснилось, что Р.аеrиginоsа и Е.соli О28О12 теряли способность выживать и размножаться в присутствии обоих этих лектинов и были частично ингибированы смесью этих лектинов с некоторыми вторичными метаболитами. Рост других бактерий, включая Serratia и Е.соli 086В7 был слегка ингибирован чистыми препаратами лектинов РА-1 и РАII. Сообщается также, что лектины Р.аеrиgiпоsа, находящиеся на их поверхности, способствуют преодолению стрессовых условий и дают бактериям возможность приспосабливаться к изменившимся внешним условиям с сохранением высокой плотности клеточной популяции. Межклеточное взаимодействие способствует преодолению стрессовых условий посредством взаимодействий клетка-субстрат и клетка-клетка. При этом происходит взаимодействие между гомологичными и гетерологичными клетками, включая прокариотические и эукариотические (клетки хозяина). Таким образом, лектины осуществляют бактериальную защиту, давая возможность выжить и размножаться в неблагоприятном для клеток соседстве.

Кроме вышеперечисленных функций бактериальных лектинов имеются сведения о взаимодействии лектинов с ферментами. Взаимодействие включает все случаи образования комплексов в результате белок- углеводных и белок-белковых (реже) взаимодействий, вклада катионов двухвалентных металлов или сочетания перечисленных факторов, особенно в случае рецепторных белков. В таких комплексах ферменты не только приобретают бифункциональность, но и значительно повышают свою стабильность, а также ингибируются или активируются лектинами. Широкий спектр биологической активности лектинов можно объяснить, с одной стороны, их полифункциональностью (полидоменностью), и, с другой стороны их способностью к кофункционированию с эндо- и экзогенными биофакторами, как растворимыми, так и мембранносвязанными. При взаимодействии лектинов с ферментами образующиеся комплексы способны сохранять как лектиновые, так и ферментативные активности, что важно для кофункционирования.

В литературе имеются данные относительно способности некоторых бактериальных лектинов-токсинов проявлять ферментативные свойства.

Это характерно для некоторых бифункциональных токсинов-лектинов V. cholerae, С1оstridium и других. Среди них известны и бактериальные токсины способные связывать сложные углеводы на клетках. Активность этих лектинов ингибируется специфическими моно- и олигосахарами . Бактерии С.botuliпит являются продуцентами нескольких типов лектинов (гемагглютининов) - А, В, С, D, Е. Гемагглютинирующая активность обнаружена также у энтеротоксинов С.perfringens . Бактерии V. cholerae известны как продуценты различных гемагглютининов с ферментативной активностью .

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

Проявление лектинами ферментативных свойств, как видно из литературных данных, было показано на примере многих патогенов, однако, что касается лектинов непатогенных бактерий, и в частности, почвенных азотфиксирующих бактерий, сведений не выявлено.

        К настоящему времени известен довольно широкий спектр лектинов и агглютининов, которые продуцируются микроорганизмами. Эти работы посвящены в основном обнаружению, выделению и изучению их физикохимических свойств. Однако на сегодняшний день остаются не достаточно изучены биологические свойства бактериальных лектинов, и в частности, лектинов азотфиксирующих бактерий во взаимодействии как бактерий с растениями в процессе формирования ассоциаций азотфиксирующих систем, так и между микроорганизмами при образовании межбактериальных ассоциаций в прикорневой зоне высших растений.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованных источников

1. Kraus R., Ludwig S. Uber Bacterienhaemagglutinine and Antihaemagglutinine // Weiner klilische Wochenschrift – 1902. – 120 p.

2. Guyot G. Uber die bacterielle Hamagglutination // Zbl.Bakt., 1.Abt.Orig. – 1908. – V.47. – P. 640 – 653.

3. Gold E., Balding P. Receptor specific proteins // In: Plant and animal lectins. New York: Academic Press. – 1975. – 440p.

4. Rosenthal L. Spermagglutination by bacteria // Proc. Soc. exp.Biol. and Med. – 1942. – V.28. – P. 827.

5. Rosenthal L. Agglutinating properties of E.coli // J. Bact.. – 1943. – V.45. – P. 545.

6. Weld ., Mitchell, L. Agglutination of rabbit leucocytes by Staphylococcus aureus toxin // Proc. Soc. exp.Biol. and Med. – 1942. – V.49. – P. 370 – 374.

7. Lowenthal J., Jamanna C. Factors affecting the botulinal haemagglutination reaction and the relationship between haemagglutination activity and toxicity of toxin preparations // Am. J. Hyg. – 1951. – V.54. – P. 342 – 353.

8. Иванова Л.Г. Благовещенский В. А., Виноградова И. Д., Колесникова В. А., Угрюмова Г. А., Михеева Г. В.,  Исследование молекулярной структуры и иммунохимических свойств высокоочищенного гемагглютинина Clostridium bitulinum типа А // Биохимия. – 1983. – Т. 48, № 9. – C. 1548 – 1554.

9. Камэяма Т., Оиси К., Микробные лектины // Тампасицу какусан косо. – 1983. – Т. 28, № 2. – C. 132 – 145.

10. Никитина В. Е., Итальянская Ю. В., Карпунина Л. В., Кураксина С. К., Пономарева Е. Г., Федорова Л. С., Позднякова Л.И., Изучение биологической роли гемагглютининов (лектинов) почвенных азотофиксирующих бактерий // Изучение и применение лектинов / Кизанд К., Тарту: Уч. зап.Тарт. ун. – 1989. – T.2, вып. 869. – C.25 – 31.

11. Коваленко Э. А., Гетьман Е. И., Вьюницкая В. А., Бактерии рода Bacillus – продуценты внеклеточных лектинов // Изучение и применение лектинов / Кизанд К., Тарту: Уч. зап.Тарт. ун. – 1989. – T.1, вып. 869. – C. 72 – 80.

12. Лахтин В. М., Симоненко И. А., Буданов М. В., Очистка и некоторые свойства внеклеточного сиалоспецифичного лектина Bacillus subtilis 316 M // Прикладная биохимия и микробиология . – 1993. – T.29, № 3. – C. 389 – 397.

13.Симоненко И. А., Коваленко Э. А., Подгорский В. C.,  Лектинпродуцирующая способность Bacillus mesentericus // Изучение и применение лектинов / Кизанд К., Тарту: Уч. зап.Тарт. ун. – 1989. – T.1, вып. 869. – C. 118 – 123.

14. Лахтин В. М. Энзимологические аспекты использования лектинов // Биотехнология . – 1989. – T.5. – C. 676 – 687/