Летом 2001 г. пропионово-кислые бактерии (ПКБ) оказались в центре внимания III Международного симпозиума «Propioni bacteria«, проходившего в Цюрихе (Швейцария). Он начался с присуждения награды российскому биологу Воробьевой Л.И. за выдающийся вклад в развитие науки об уникальной форме жизни, которую представляют эти микроорганизмы. О проблемах микробиологии, ставшей главной темой жизни и деятельности ученого, и пойдет речь в публикуемой статье.

Автор: Доктор биологических наук Л.И. ВОРОБЬЕВА,
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Все живое на Земле в отношении существования и питания непосредственно или опосредованно зависит от микроорганизмов — самых активных, быстрее всех делящихся, интенсивнее всех дышащих существ на планете. Их большая каталитическая сила проявляется и в химических трансформациях различных органических веществ, а также таких элементов, как двухвалентное железо, теллурий, сера, фосфорит, соли селениума и др. Любое катионное или анионное соединение, которое может окисляться, служит источником энергии для бактерий — литотрофов, фиксирующих СО
Многообразие микроорганизмов и веществ, обеспечивающих их существование, удивительную приспособляемость к изменяющимся условиям окружающей среды, позволили выдающемуся французскому ученому XIX в., основоположнику современной микробиологии и иммунологии, иностранному почетному члену Петербургской АНЛ. Пастеру сделать заключение: «Последнее слово будет за бактериями».
Сегодня описано более 100 тыс. видов бактерий, что составляет около 10% от существующих в природе. Некоторые из них, например, молочнокислые, пропионово- кислые, бифидобактерии, так называемые пробиотики, постоянно находятся в желудочно-кишечном тракте и на коже людей, угнетают рост гнилостной и вредоносной микрофлоры, положительно влияют на здоровье человека.
Более того, ПКБ относят к «одомашненным» бактериям: их еще 9 тыс. лет тому назад использовали для получения сыра. В настоящее время они применяются в производстве витамина В12 (участвуют в синтезе необходимых человеку соединений — метионина, нуклеиновых кислот, в процессе кроветворения и т.д.), пропионовой кислоты, в хлебопечении, ветеринарии и медицине.

«портрет» пропионово-кислых бактерий

Специалист, много лет изучающий ПКБ, всегда отличит их от других бактерий столь же маленьких размеров (1,0-1,5 х 0,5 мкм), потому что для них характерен «палисадный» тип расположения клеток, имеющих вид иероглифов, большое число вмятин и вздутий, видимых в сканирующем микроскопе. К тому же они — неспорообразующие, неподвижные, факультативные анаэробы, т.е. могут расти как при наличии небольшого количества кислорода, так и при полном его отсутствии.
Свое название ПКБ получили от образуемой ими пропионовой кислоты (наряду с уксусной и СО2 ). Они относятся к роду Propionibacterium, куда входят молочные, или классические, и кожные бактерии. Такое деление связано с особенностями мест их обитания: первые выделяют из молока и твердых сычужных сыров; вторые представляют собой единственную анаэробную микрофлору здоровой кожи человека и компонент ассоциантов рубца жвачных. Еще в 1975 г. французский ученый Б. Хальперн показал стимулирующее действие этой микрофлоры на иммунную систему и ингибирование роста опухолей у людей. Впоследствии данные выводы были подтверждены работами ряда других ученых.
Прим.: Одной из известных работ, посвященных пропионовокислым бактериям, является монография профессора МГУ, Л.И. Воробьевой. Рекомендована для микробиологов, биохимиков, биотехнологов.

  В монографии обобщены результаты многолетних исследований автора, а также данные литературы об уникальной форме жизни пропионовокислых бактерий. Автор рассказывает о сложности научных поисков, оригинальных подходах в изучении пропионовокислых бактерий, о большом вкладе в эту область микробиологии отечественных исследователей, открывших удивительные факты» имеющие общебиологическое значение. Представлены данные об ультраструктурной организации пропионовокислых бактерий, их биохимии, физиологии, экологии, новые данные о генетике этих бактерий, имеющие важное значение для понимания эволюции мира живых существ.
Воробьева Л.И. Пропионовокислые бактерии. — М.: Изд-во МГУ, 1995. — 288 с. 

Природа наградила ПКБ большими синтетическими способностями, определяющими лабильность их обмена и приспособляемость к различным условиям. Они растут в среде, содержащей только глюкозу, минеральные соли и два- три витамина, способны к фиксации молекулярного азота и переключению с анаэробного на аэробный тип жизни, причем такому переходу способствует синтезируемый клетками витамин В12. При его отсутствии (например, при культивировании в отсутствие солей кобальта — компонента витамина) бактерии переходят с анаэробного на аэробный способ существования.
ПКБ получают энергию в результате пропионово-кислого брожения, происходящего также в клетках млекопитающих. Но здесь реакции циклического процесса противоположно направлены по отношению к реакции у бактерий, и как следствие, приводят к деградации ряда аминокислот, жирных кислот, тимина.
До 1954 г. ПКБ культивировали только в анаэробных (бескислородных) условиях, и наши предположения о возможности их выращивания на воздухе при активном доступе кислорода вызывали тогда скептическое отношение у многих микробиологов. Однако позднее удалось показать: пропионовые бактерии содержат короткую дыхательную цепь и способны к осуществлению окислительного фосфорилирования, при котором переносчиками электронов служат цитохромы*. Но если у высших организмов при дыхании акцептором электронов служит молекулярный кислород, то пропионовые бактерии, кроме него, в качестве акцепторов электронов используют также нитраты и фумараты (при участии цитохрома b в качестве переносчика); при этом дыхание у них анаэробное, встречающееся только у бактерий.
*Цитохромы — дыхательные ферменты, осуществляющие в живых клетках ступенчатый перенос электронов от окисляемых веществ к их конечному акцептору (прим. авт.).

РАДИ ВИТАМИНА В

Важная особенность данных бактерий — это сверхсинтез витамина В.
Он содержится в клетках их природных штаммов в количествах, в сотни раз превышающих необходимое для осуществления пропионово-кислого брожения как такового. В промышленном масштабе это органическое вещество получают микробиологическим синтезом, где главную роль играют пропионово-кислые бактерии.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В заключение хочется отметить: исследования ПКБ приносят все новые сюрпризы. Например, на кафедре микробиологии МГУ им. М.В. Ломоносова впервые обнаружили, что пропионовые бактерии в больших количествах образуют ферменты, обезвреживающие активные формы кислорода(супероксидный радикал О -2, гидроксильные радикалы ОН -, ОН*), перекись водорода, а также производят другие вещества, способные предотвращать губительное влияние на организм человека химических мутагенов, ультрафиолетовых лучей и радиации.
До последнего времени главным источником антимутагенов — агентов, снижающих уровень индуцированных и спонтанных мутаций, служили растения, некоторые морские животные и соединения, полученные химическим путем. Оказалось, клетки многих изученных нами бактерий и внеклеточные соединения белковой природы, выделяемые ПКБ в среду, более чем на 85-90% снижают вредное воздействие веществ, вызывающих точечные (внутригенные) мутации, которые могут приводить к образованию поврежденных белков, либо к полному отсутствию их синтеза.
Обнаружение антимутагенных свойств пропионовых бактерий открывает новые области их применения как профилактических средств, которые могут быть использованы в пищевых продуктах для людей и в кормах для животных.
Было показано, что ПКБ синтезируют фермент СОД, который является мощной защитой от онкообразований, а также  значительное количество жирных к-т, липидов и фосфолипидов.Следует отметить, что Propionibacterium freudenreichii обладают антивирусной активностью, вырабатывая пропионины, а также белковые бактериоцины против грамм отрицательных и положительных бактерий.