Клітинна стінка.Є багатошаровою оболонкою з 9...10 шарів різної електронної щільності. Система мікрофібрил, вбудованих в аморфний матрикс, формує кістяк клітини. Фібрили в залежності від видової приналежності можуть складатися з целюлози, глюкону та хітину. Інші полісахариди, білки, пігменти, ліпіди є цементуючими речовинами, що утворюють хімічні зв'язки з мікрофібрилярною частиною клітинної стінки. Наявність таких комплексів забезпечує вибіркову проникність для одних речовин та блокаду інших.

Опорні мікрофібрили клітинної стінки та її матрикс відрізняються за механізмом утворення та біосинтезу. Утворення фібрил і матриксу відбувається несинхронно, в першу чергу регенерується фібрилярний кістяк стінки. Біосинтез цих двох частин клітинної стінки здійснюється за участю ферментів.

Процес утворення клітинної стінки відбувається двома способами: новий матеріал може або впроваджуватися в стінку поляризовано, або рівномірно накладатися по всій її поверхні. У першому випадку відбувається утворення циліндричних клітин, у другому – сферичних.

Клітинна стінка служить захисним пристосуванням і оберігає грибну клітину від впливу різних факторів навколишнього середовища, наприклад, осмотичним бар'єром, що зумовлює виборчу проникність для різних речовин. Вона надає форму вегетативним клітинам гіф та органів розмноження. На поверхні клітинної стінки і цитоплазматичної мембрани локалізовані ферменти, що здійснюють перетворення полімерів, що не засвоюються клітиною (не розчинних у воді).

В результаті лізису клітинна стінка грибів може зруйнуватися під впливом ферментів, що виділяються іншими клітинами і утворюються в клітині гриба.

Основні компоненти клітинної стінки грибів – хітин, глюкани, білок та жири. Азотисті та безазотисті полісахариди з жировими речовинами утворюють розчинні та нерозчинні комплекси. Основу клітинної стінки становлять 4...6 моноцукорів, співвідношення яких у різних грибів трохи варіює. До складу полісахаридних фракцій входять глюкозамін, манноза, глюкоза, ксилоза та ін. Слід підкреслити, що склад клітинної оболонки різних клітин одного і того ж гриба неоднаковий.

Протопласт- Вміст клітини, укладений у клітинну стінку: Має цитоплазматичну мембрану, ендоплазматичний ретикулум, одне або кілька ядер з ядерцями, а також мітохондрії, рибосоми з РНК, лізосоми, апарат Гольджі, вакуолі, пластинчастий комплекс, секреторні грати та різні включення.

Цитоплазматична мембрана.Тонка тришарова оболонка розташовується безпосередньо під клітинною стінкою і відокремлює її від цитоплазми. Цитоплазматична мембрана має вибіркову проникність для речовин, що входять у клітину і виходять із неї. Цитоплазматична мембрана містить до 40% ліпідів та до 38% білків. Різної форми інвагінації та утиску цитоплазматичної мембрани називаються мезосомами.

Основне функціональне призначення цитоплазматичної мембрани полягає в наступному: здійснення надходження у клітину різних речовин, ферментативна переробка та виділення продуктів метаболізму. Перероблені в цитоплазматичній мембрані речовини надходять у протопласт клітини та беруть участь в обміні речовин.

Ендоплазматичний ретикулум.Складається з бульбашок, канальців і вакуолей, що служать своєрідним депоживним речовинам.

Мітохондрії.Численні рухливі замкнуті утворення еліпсовидної форми, з перегородками, покриті одно-або двошаровою оболонкою. Припускають, що мітохондрії завдяки власній ДНК кільцевої структури здатні до репродукції. Мітохондрії оточені мембраною, на якій відбувається локалізація ферментів: піруватоксидази, сукциндегідрогенази, лужної та кислої фосфатаз, пероксидази та ін. Мітохондрії служать генераторами енергії в клітині. Залежно від умов культивування та фізіологічного стану клітини форма мітохондрій та їх кількість у клітині варіюють.

Рибосоми.Округлі зерна рибонуклеопротеїдної природи розміром до 200 беруть участь у синтезі клітинних білків. Кількість рибосом значно відрізняється у різних видів грибів та залежить від зовнішніх факторів, віку культури та ін.

Апарат Гольджі.Представлений групою бульбашок дуже дрібного діаметру (0,000 002...О,ООО 01 мкм) або паралельно дископодібними пластинками, що лежать. Цей органоїд розташовується у клітці дільниці, вільному від рибосом.

Лізосоми.Похідні апарату Гольджі, розмішаються між клітинною оболонкою та цитоплазматичною мембраною. Є зернистими утвореннями, оточеними одношаровою ліпопротеїдною мембраною. Містять фермент, що гідролізує білок, і виконують функцію захисту клітин від несприятливого впливу токсичних речовин екзо- та ендогенного походження.

Ліпосоми.Крапельки жирових речовин, оточені одношаровими мембранами.

Ядро.Знаходиться у центрі чи полюсах клітини. У грибних клітинах можуть бути одиночні та множинні ядра. Вони відповідають за спадкові функції. Форма ядер округла або подовжена. Кожне ядро ​​оточене двошаровою пористою нуклеомембраною з ядерцем із щільних зерен та тонких фібрил. Ядерця містять у складі хромосом ДНК. Через анастомози ядра можуть мігрувати з однієї клітини до іншої.

Увімкнення.У грибних клітинах численні включення: волютин, глікоген, ліпіди, пігменти, мієлоїдні утворення, солі органічних кислот, амінокислоти та ін.

Слід зазначити, що в процесі життєдіяльності у клітинах грибів накопичуються різні продукти метаболізму – антибіотики, ферменти, токсини, вітаміни та ін.

Усі численні морфологічні елементи мікроскопічних грибів поділяють дві групи: міцелій і суперечки. Вони бувають різної форми та розмірів. Морфологічне відмінність суперечка і міцелію є важливою диференціальною ознакою щодо виду гриба.

Міцелій.Є вузькою круглою трубкою, діаметр якої варіює у мікроміцетів від одного до декількох мікрон.

При рясному розгалуженні гіфи міцелію, стикаючись один з одним, можуть утворювати злиття між клітинами - анастомози. За наявності великої їх кількості міцелій набуває характерного сітчастого вигляду. Розвиток анастомозів спостерігається у різних грибів із багатоклітинним міцелієм. Завдяки їм можливе переміщення клітинного ядра з однієї клітини до іншої і перехід від гаплоїдного до диплоїдного міцелію. Однак у більшості випадків вони здійснюють вегетативні функції та розвиваються у багатьох форм при нестачі харчування. Довжина клітин міцелію коливається від кількох мікрон до десятків і менше сотень мікрон.

Міцелій оточений двоконтурною оболонкою, яка у молодих культур ніжніша. У перегородках, що ділять міцелій на окремі клітини, є пори, через які в процесі росту переливається цитоплазма, а з нею поживні речовини. У клітинах багато різних включень: у старих цитоплазмах стає зернистою через безліч вакуолей. Молодий міцелій складається з подовжених прямокутних клітин, старий – з коротких округлих чи багатогранних. Міцелій, що має перегородки, називається септованим. Однак у деяких нижчих грибів міцелій складається з гіф, позбавлених поперечних перегородок, і являє собою одну, сильно розгалужену гігантську клітину з численними ядрами і називається несептованим міцелієм.

Як відбувається розвиток міцелію? Зі суперечки випинається росткова трубочка, яка подовжується і потім відчленовується перегородкою від середньої частини, що включає суперечку. Ростові трубочки потім ще подовжуються і отримують нову перегородку, поділяючись на дистальну або верхівкову клітину і проксимальну або внутрішню. Надалі верхівкова клітка подовжується і знову ділиться, відокремлюючи другу, молодшу порівняно з першою, внутрішню клітину. Так і далі повторюється. У цьому процесі внутрішні клітини тільки витягуються, поперечний поділ їх відбувається рідко, зате з них розвиваються бічні гілки. На дистальному кінці внутрішньої клітини утворюється бічне випинання, що приймає циліндричну форму і відокремлюється потім перегородкою від її клітини. Нова клітина виростає потім у бічну гілку, що розтушує і гілкується таким же чином, як і головна. Завдяки розвитку гілок протягом головної гіфи вони тим старші і сильніше розвинені, чим ближче до основи лежить їх відходження - акропетальне розгалуження.

Розвиток несептованого міцелію відбувається загалом так само, але без утворення поперечних перегородок. Зростання відбувається на кінчиках гіф, де накопичується рясна протоплазма, що заповнює весь просвіт, а в задніх частинах відбувається значний розвиток центральних вакуолей. В однорідному середовищі, наприклад, на поверхні поживної желатини, гіфи міцелію (як неклітинного, так і багатоклітинного) розростаються рівномірно і радіально, так що міцелій має форму кола, що наростає з країв. Центральна частина в ньому найстаріша, навіть іноді відмерла, а периферична – наймолодша.

При загальному одноманітності розвитку міцелію, який можна назвати типовим, в окремих випадках спостерігається низка специфічних рис як макроскопічного виду та загального характеру зростання, так і мікроскопічної будови. Макроскопічний вид міцелію визначають насамперед повітряні гіфи. В одних випадках вони формуються на поверхні субстрату і частково всередині його і тоді міцелій має вигляд плоского, притисненого до субстрату кружка; в інших випадках, крім того, розвиваються більш менш рясні гіфи, що піднімаються в повітря і надають міцелію деяку подібність, наприклад з шматком вати, що піднімається над субстратом. Характер зростання може бути різним в одного і того ж гриба в залежності від вологості, харчування та ін. Однак ряд форм грибів має специфічні особливості, наприклад, утворення пишного повітряного міцелію - руйнівника деревини.

Колір міцелію найчастіше буває сніжно-білий, але з віком набуває бурого забарвлення різних відтінків. Це з відкладенням пігменту в клітинних стінках і рідше всередині самої клітини.

Розрізняють істинний міцелій і псевдоміцелій. Останній характеризується тим, що окремі клітини не пов'язані одна з одною і не мають загальної оболонки. Замість істинного розгалуження тут спостерігається деревоподібне розташування клітин.

Для прикріплення до субстрату та вилучення з нього поживних речовин у ході еволюції у деяких грибів сформувалися спеціально призначені для цього органи: ризоїди та апресорії, які враховують під час ідентифікації грибів. Ризоїди – це корінцеподібні, а апресорії – короткі розширені, іноді лопатеподібні вирости міцелію.

Склероції, тяжі, ризоморфи та хламідоспори також є видозмінами міцеліального росту.

Склероції є септовані гіфи грибів, що утворюють особливі тіла. При формуванні склероцій оболонки гіф товщають і набувають темного забарвлення. Сильно потовщена стінка гіф зовнішнього шару склероція, усередині гіфи більш тонкостінні і зазвичай не пофарбовані. Склероції - це захисні пристосувальні тіла, які дозволяють грибу тривалий час зберігатися в навколишньому середовищі та забезпечують його стійкість до впливу різних зовнішніх факторів: температури, сонячних променів та ін. .

Розміри склероції коливаються від декількох міліметрів до декількох десятків сантиметрів, а форма буває найрізноманітніша: сферична, неправильна, у вигляді прямих або вигнутих ріжків та ін.

Структура клітин склероціїв та механізм їх утворення різні, проте їх формування відбувається шляхом збільшення розгалуження міцелію та септування гіф. Відомі два способи утворення склероції: термінальний - на кінцях гіф; інтеркалярний – в окремих фрагментах головних гіф.

У багатьох грибів при розвитку плодових тіл та деяких вегетативних структур утворюється хибна тканина – плектенхіма (псевдопаренхіма). На відміну від справжньої тканини паренхіми, що виникає в результаті розподілу клітин у трьох напрямках, плектенхіма утворюється шляхом сплетення та зрощення. Якщо вона складається з клітин більш менш зодіаметричних, то її називають параплектенхімою; якщо в ній помітна явна гіфоподібна будова (клітини подовженої форми), то її називають прозоплектенхімою.

Міцеліальні тяжі- Вегетативна структура лінійно агрегованих гіф. Діаметр міцеліальних тяжів залежить кількості гіф, які концентруються навколо центральної основи.

У найпростішому випадку невелика кількість паралельних гіф склеюються один з одним ослизненими зовнішніми оболонками або вступають у більш міцне з'єднання шляхом фор. вання численних коротких анастомозів. В інших слу. чаях, коли тяжі масивні, їх гіфи набувають певного диференціювання. Зовнішні елементи бувають більш тонкими, утворюючи кору навколо центрального товстого стовбура.

Ризоморфи- складніші за агрегацією гіфи, які відрізняються у різних грибів інтенсивністю зростання центральної гіфи, протяжністю бічних розгалужень, а також ступенем диференціації клітин гіф.

Зовнішні частини у ризоморфи зазвичай темнозабарвлені і мають певну схожість із корінням вищих рослин. Вони широко поширені у грибів із великими плодовими тілами: у базидіальних, сумчастих та інших.

Основне призначення міцеліальних тяжів і ризоморф полягає у забезпеченні поширення грибів у субстраті та пересуванні гіфами поживних речовин.

Хламідоспори- це зміни міцелію в зрілих і старих культурах на кінцях або на його ходу. Основна функція хламідоспор – не розмноження, а збереження виду. Форма їх зазвичай кругла, овальна або трохи подовжена, діаметр перевищує діаметр міцелію. У деяких грибів стінка двоконтурна, поверхня гладка або шорстка. Хламідоспори можуть виникати на кінцях міцелію, тоді вони називаються термінальними, під час міцелію - інтерполярними (проміжними).

У старих культурах часто спостерігають великі скупчення хламідоспор химерної форми, що нагадує чотки або намисто. Молоді та зрілі хламідоспори здатні проростати. Старі клітини дегенерують.

Спори. За допомогою спор гриби не тільки розмножуються, а й поширюються у навколишньому середовищі. Цьому сприяє висока стійкість оболонок, суперечка до впливу агресивних факторів. Спори поділяють на ендоспори, що утворюються всередині особливих вмістилищ - спорангіїв (сумок), та екзоспори, що розташовуються на міцелії.

У скоєних грибів суперечки поділяють на ооспори, зигоспори, аскоспори, базидіоспори, ендоспори, фіалоспори, хламідоспори. Суперечки недосконалих грибів відповідно до розмірів та походження також ділять на кілька груп. До ендоспор, що утворюються всередині міцелію шляхом сегментації останнього, відносять талоспори, що включають артроспори, хламідоспори і бластоспори. Крім того, для недосконалих грибів характерне утворення конідій, макроконідій, алейрій (мікроконідій) та геміспор, які вважаються недосконалими конідіями.

Геміспори більш міцно пов'язані з міцелієм і являють собою один або два сегменти, що відшнуровуються після поперечного поділу міцеліальної нитки. Форма їх циліндрична, іноді округла або багатогранна, двоконтурна оболонка.

Хімічний склад та структура клітинної стінки грибів

Клітинна стінка грибів багатошарова, при цьому різні шари утворені структурними вуглеводами, що розрізняються за хімічним складом, які за хімічним складом можна розділити на 3 групи:

полімери глюкози(Глюкан, хітин, целюлоза). Глюкани складають зовнішній шар клітинної стінки більшості грибів. Внутрішній шар грибної клітинної стінки утворений ланцюжками хітину, надаючи їй жорсткості. Хітін заміщає целюлозу, яка у більшості грибів відсутня, але входить до складу клітинної стінки ооміцетів, які нині до типових грибів не належать. Деацетильований хітин отримав назву хітозан, який у комплексі з хітином утворює клітинну стінку зигоміцетів.

полімери інших моносахаридів (маннози, галактози та ін.)на відміну від вищих рослин, де вони становлять основу матриксу під загальною назвою геміцелюлоза, менш характерні для грибів. Виняток становлять дріжджі, у клітинних стінках яких особливо багато полімерів маннози, званих маннани. Припускають, що такий склад стінки краще забезпечує брунькування.

полімери вуглеводів, ковалентно пов'язані з пептидами (глікопротеїни)формують серединний шар багатошарової клітинної стінки і відіграють важливу роль, як у підтримці структурної цілісності клітин, так і в обмінних процесах з навколишнім середовищем.

До інших специфічних особливостей грибної клітини відносяться: відсутність пластидщо зближує її з клітиною тварин;

Відсутність крохмалю, що у еуміцетів заміщається полісахаридом, близьким до тваринного крохмалю глікогену, у ооміцетів – полісахаридом, близькому до ламінарину бурих водоростей. Виробляється і низку специфічних для грибів запасних вуглеводів.

Вироблення специфічних вторинних метаболітів, з яких велику роль відіграють антибіотики, фіто- та мікотоксини, фітогормони.

До специфічних особливостей грибів належать також гетерокаріоз та парасексуальний процес.

У грибів дуже широко поширене явище гетерокаріозу або різноядерності, при якому в одній клітині тривалий час зберігаються ядра, гетероалельні за деякими генами. Гетерокаріоз замінює гаплоїдним грибам гетерозиготність та сприяє швидкій адаптації грибів до мінливих умов. Наявність різноядерності обумовлено низкою специфічних особливостей грибів:

1. наявність більше одного ядра у клітці

2. специфічне будова клітинної перегородки, у якій є одне чи кілька наскрізних отворів, званих порами, якими ядра можуть мігрувати з однієї клітини до іншої

3. гіфи всередині однієї колонії і навіть різних близько розташованих колоній, що виросли з різних суперечок одного виду гриба, часто зростаються, внаслідок чого можливий обмін ядрами різних штамів.

Парасексуальний (псевдостатевий)процес. Якщо в гетерокаріотичних клітинах зливаються ядра, гетероалельні за якимось локусом, виникає гетерозиготне диплоїдне ядро. Воно може потрапити у суперечку та дати початок диплоїдному гетерозиготному клону. У процесі мітозів диплоїдні ядра можуть повертатися в гаплоїдний стан внаслідок втрати одного набору хромосом або може відбуватися обмін ділянками хромосом (мітотичний кросинговер). Обидва процеси супроводжуються рекомбінацією батьківських генів і, отже, фенотипів. Парасексуальна (безстатева) рекомбінація дуже рідкісне явище, що не перевищує одного ядра на мільйон, але внаслідок величезної кількості ядер у міцелії постійно спостерігається у популяціях грибів.

Розмноження- Вегетативне, безстатеве, статеве.

Вегетативне- Фрагментація талому, утворення хламідоспор, які після періоду спокою проростають у міцелій, брунькування у дріжджів.

Безстатеверозмноження у різних грибів може здійснюватися рухомими та нерухомими спорами. Зооспори утворюють відносно невелику групу грибів і грибоподібних організмів – водні та деякі наземні, у яких чітко простежуються генетичні зв'язки з водними грибами та водоростями. Структура джгутиків є важливою діагностичною ознакою при віднесенні до певного царства. У переважної більшості грибів при безстатевому розмноженні утворюються нерухомі суперечки, що свідчить про їх дуже давній вихід сушу. За місцем формування і локалізації розрізняють ендогенні спорангіоспори, що утворюються в спорангіях, і екзогенні (конідії), що розвиваються на спеціальних гіфах – конідієносцях. Конідії утворюються у більшості грибів (аскоміцети, базидіоміцети, деякі зигоміцети) складаючи конідіальне спороношення, яке відрізняється величезним різноманіттям і широко використовується для діагностики грибів.

Статеве розмноження грибівмає свою специфіку як у морфології статевого процесу, так і в механізмах генетичної та фізіологічної регуляції статі та передачі спадкової інформації.

Соматогамія– найпоширеніший і найпростіший тип статевого процесу, полягає у злитті двох недиференційованих на гамети соматичних клітин. Іноді він протікає навіть без злиття клітин – зливаються ядра усередині клітини. Зустрічається у більшості базидіоміцетів, сумчастих дріжджів та деяких ін. таксонів.

Гаметангіогамія- На гаплоїдному міцелії відокремлюються гаметангії, при статевому процесі зливається їх вміст. Такий статевий процес характерний більшості сумчастих грибів. Варіантом гаметангіогамії є зигогамія у зигоміцетів.

Гаметогаміяу вигляді ізогетеро та оогамії у грибів зустрічається значно рідше, ніж у інших еукаріотів. Ізо-і гетерогамія зустрічається лише у хітридіоміцетів. Класична оогамія з утворенням сперматозоїдів та яйцеклітин у грибів не виражена, а трапляються сильно змінені варіанти.

За особливостями регуляції статі гриби виділяють кілька типів статевого процесу.

Гінандроміксисможна розглянути на прикладі дводомних ооміцетів, у яких оогонії та антеридії розвиваються на різних таломах, наприклад, фітофтора або картопляний гриб. Якщо генетично однорідний штам вирощувати у монокультурі, він розмножується лише безстатевим способом. Якщо поруч виявляються міцелії двох штамів, то вони простежуються морфогенетичні зміни під впливом хімічних виділень стероїдної природи – статевих феромонов. Антеридіол індукує утворення антеридіїв у партнера, а оогоніол-оогоніїв. При цьому регуляція статі має відносний характер: чи штам утворюватиме антеридії або ж оогонії, залежить від кількісного співвідношення відповідних феромонів у нього та його партнера. Звідси назва статевого процесу – гінандроміксис.

Діміксис чи гетероталізм.Вже давно було помічено, що гриби можуть бути гомо-або гетероталічними. У гомоталличних видів при статевому процесі зливаються генетично ідентичні ядра всередині міцелію. У гетероталлічних видів для проходження статевого циклу необхідно на якомусь етапі (різному у різних видів грибів) злиття нащадків спор (точніше, їх ядер). Для статевої сумісності двох штамів необхідна генетична відмінність (гетероаллельність) у певних локусах, званих локусами спарювання. У більшості грибів (зигоміцети, аскоміцети, частина базидіоміцетів) є один локус спарювання з двома алелями. Локус спарювання складається з кількох генів, які управляють синтезом статевих феромонів. Такий гетероталізм називається однофакторним або біполярним. Нащадок таких грибів після мейозу поділяється на дві самонесумісні, але взаємно сумісні групи у відсотковому співвідношенні 1:1, тобто. ймовірність спорідненого (інбридингу) та неспорідненого (аутбридингу) схрещування становить як і у двостатевих вищих еукаріотів 50%.

У геномі вищих базидіальних грибів є два локуси спарювання - A і B, причому сумісні один з одним тільки штами гетероалельні по обидва локуси (Ax Bx сумісний з Ay By, але не з Ax By і Ay Bx). Такий гетероталізм називають двофакторним або тетраполярним. Він знижує ймовірність інбридингу до 25%.

Діафороміксис- У вищих базидіоміцетів є не два, а багато алелів локусу спарювання, що випадково зустрічаються у різних штамів, що складають популяцію. Такий контроль спарювання забезпечує 100% ймовірність аутбридингу, так як штами, що мають різні алелі, взаємосумісні, а алелей дуже багато. Внаслідок цього утворюються панміксні гібридні популяції.

Життєві цикли грибівтакож різноманітні як і гриби. Основні цикли, їхня приналежність до відділів грибів

1.Безстатевий цикл характерний для величезної групи недосконалих або мітогрибів, що втратили статеве розмноження. Поділ їх ядер виключно мітотичний. Переважна більшість мітогрибів відноситься до сумчастих грибів, але у зв'язку зі втратою статевого процесу складають формальну групу недосконалих грибів або дейтероміцетів.

2. Гаплоїдний цикл. Вегетативний тал несе гаплоїдні ядра. Після статевого процесу (сингамії) диплоїдна зигота (зазвичай після періоду спокою) ділиться мейотично – зиготичний мейоз. Характерний для зигоміцетів та багатьох хитридіоміцетів.

3. Гаплоїдно-дикаріотичний цикл характеризується тим, що після злиття вмісту гаметангіїв (гаметангіогамія) або соматичних клітин гаплоїдного міцелію (соматогамія) ядра утворюють дикаріони (пари генетично різних ядер). Вони одночасно діляться, утворюючи дикаріотичний міцелій. Статевий процес завершується злиттям ядер дикаріону, що утворюється зигота ділиться мейозом без періоду спокою. Мейоспори становлять статеве спороношення сумчастих та базидіальних грибів у вигляді аскоспор та базидіоспор. При їхньому проростанні утворюється гаплоїдний міцелій. У переважної більшості сумчастих грибів (крім дріжджів та тафринових грибів) у життєвому циклі переважає гаплоїдна фаза у вигляді вегетативного міцелію (анаморфа), дикаріотична фаза короткочасна та представлена ​​аскогенними гіфами, на яких утворюються сумки (телеморф). У базидіальних грибів у життєвому циклі переважає дикаріотична фаза, гаплоїдна фаза короткочасна.

4. Гаплоїдно-диплоїдний цикл у вигляді ізоморфної зміни поколінь у грибів зустрічається рідко (деякі дріжджі та водні хитридіоміцети).

5. Диплоїдний цикл характерний для ооміцетів та деяких сумчастих дріжджів. Вегетативний талом диплоїдний, гаметичний мейоз, спостерігається при формуванні гаметангіїв або гамет.

3. Екологічні групи грибів.

Гриби та грибоподібні організми входять у всі наземні та водні екосистеми, як найважливіша частина гетеротрофного блоку, разом із бактеріями займаючи трофічний рівень редуцентів. Широке поширення грибів у біосфері визначається низкою найважливіших особливостей:

1. Наявність у більшості міцеліальної структури талому. (Дозволяє швидко освоювати субстрат, мати велику поверхню контакту з середовищем).

2. Велика швидкість зростання та розмноження, що дозволяють у короткі терміни заселяти великі маси субстрату, утворюючи величезну кількість суперечок та поширювати їх на великі відстані.

3. Висока метаболічна активність, що виявляється у широкому діапазоні значень екологічних факторів.

4. Висока швидкість генетичної рекомбінації, значна біохімічна мінливість, екологічна пластичність.

5. Здатність швидко переходити до стану анабіозу, переживати несприятливі умови протягом багато часу.

Головним екологічним фактором для грибів є харчовий субстрат. Стосовно цього чинника виділяють основні групи грибів, які називаються трофічними групами.

4. Коротка характеристика відділів грибів.

МІКРОБІОЛОГІЯ, 2010, том 79, № 6, с. 723-733

УДК 582.281(047)

КЛІТИННА СТІНКА ГРИБІВ: СУЧАСНІ ПОДАННЯ ПРО СКЛАД І БІОЛОГІЧНУ ФУНКЦІЮ

© 2010 р. Є. П. Феофілова1

Установа Російської академії наук Інститут мікробіології ім. С.М. Виноградського РАН, Москва

Надійшла до редакції 05.11.2009 р.

Огляд присвячений мало вивченій поверхневій структурі клітини міцеліальних грибів – клітинній стінці (КС). Наводяться дані про методи виділення та перевірки чистоти на відсутність цитоплазматичного вмісту у фракції КС та про її хімічний склад. Детально розглядаються структурні (каркасні) та внутрішньоструктурні компоненти КС - амінополісахариди, а- та в-глюкани, білки, ліпіди, уронові кислоти, гідрофобіни, спорополленін та меланіни. Особлива увага приділяється хітину, його новій функції в антистресовому захисті клітин, а також відмінностям цього амінополісахариду грибів від хітину водоростей та Arthropoda. Обговорюється феномен апікального зростання гіфи та участь спеціальних мікровезикул у морфогенезі грибної клітини. Наводяться дані про ферменти, що беруть участь у синтезі та лізисі КС. На закінчення обговорюється функціональна значимість КС у грибів проти поверхневими структурами вищих еукаріотів.

Ключові слова: міцеліальні гриби, клітинна стінка, методи виділення, хімічний склад, апікальне зростання, фізіологічні функції, морфогенез.

Однією з ключових проблем сучасної біології є питання - яким чином у процесі розвитку відбувається утворення морфологічно однакових організмів, які біохімічні механізми та які клітинні структури беруть участь у цьому процесі, що вже мільярди років протікає на нашій планеті. Не менш цікавими є дані про те, як впливає стрес на морфогенез і які біополімери контролюють зовнішню форму клітин. Як показують результати досліджень останніх років, зростаюча гіфа мі-целіальних грибів є унікальною моделлю, що дозволяє зрозуміти процес формоутворення клітин і те, як зберігається в онтогенезі сталість клітинної морфології. Дуже великий внесок у дослідження цього феномену зробили дані щодо вивчення складу та біологічної функції КС міцеліальних грибів.

КС рослин було відкрито 1665 року, а КС грибів лише на початку 18 століття. Однак ця поверхнева клітинна структура тривалий час практично не вивчалася, оскільки вважалося, що КС виконує лише "каркасну" функцію, і її порівнювали зі стінами будинку, що несуть опорне навантаження. Але на початку XX століття ставлення до КС різко змінилося, її почали інтенсивно досліджувати, але переважно у рослин та бактерій. Однак інтенсивний розвиток грибівництва та біотехнологічних виробництв, у яких продуцентами БАВ були міцеліальні гриби, інтенсифікували розвиток.

1 Адреса для кореспонденції (e-mail: [email protected]).

тие наукових досліджень з вивчення КС грибів. Дані за цією поверхневою структурою за період до 80-х років минулого століття були узагальнені в першій у світі книзі з КС грибів. У наступні роки основний масив робіт припав на кінець XX та початок XXI століть. Були проведені основні дослідження, присвячені систематиці, хімічному складу КС, апікальному зростанню гіфи, метаболізму хітину, антигрибним препаратам, гідрофобінам, ковалентно пов'язаним білкам, ферментам, що беруть участь в утворенні КС, розгалуженні гіф та лізисі КС. Ці дані не були узагальнені, але саме обговорення їх у сукупності дозволяє показати, що ця поверхнева структура клітини несе поліфункціональне навантаження і виконує такі найважливіші функції, як, наприклад, захист клітин від дії несприятливих факторів, контроль морфогенезу, участь у процесах репродукції, визначення антигенних і адгезивних властивостей, контроль процесів диморфізму і утворення клітин грибів, що сприймаються, сприйняття зовнішнього сигналу і передача його на мембрану і внутрішньоклітинні месенджери. Враховуючи сказане, ми вважали доцільним зупинитися на обговоренні наступних даних: про хімічний склад КС, біологічну функцію її основних біополімерів, будову КС та міжклітинні взаємодії в гіфах грибів, феномен апікального зростання гіфи, основні ферменти, що беруть участь в утворенні та лізисі КС.

ХІМІЧНИЙ СКЛАД КЛІТИННИЙ

СТІНОКИ ГРИБІВ І БІОЛОГІЧНА ФУНКЦІЯ ЇЇ ОСНОВНИХ КОМПОНЕНТІВ

Вивчення хімічного складу КС грибів починається із отримання чистої фракції цієї структури, тобто. очищення КС від цитоплазматичного забруднення Початкова процедура - руйнування клітин грибів і відмивання клітинного вмісту - здійснюється при низькій температурі (близько 4- 5°С) для того, щоб запобігти руйнівній діяльності деградуючих ферментів. Перед руйнуванням клітин їх заморожують за нормальної температури рідкого азоту. Руйнування клітин здійснюється або у спеціальних гомогенізаторах, або на пресах методом "твердого тиску". Хороші результати дає подальше використання ультразвукового дезінтегратора. Відмивання клітинного вмісту здійснюється холодною водою і повторюється 4-5 разів. Для ретельного видалення цитоплазматичного вмісту використовують відмивання з використанням №С1, 8 М сечовини, 1 М амонію або 0.5 М оцтової кислоти. В даний час розроблені методи виділення КС грибів у процесі їх онтогенезу, причому ці методи істотно різняться для міцелію і клітин, що покояться. Залежно від напряму досліджень, зокрема, при визначенні полісахаридного складу, з КС вилучають ліпіди, використовуючи органічні розчинники, наприклад, хлороформ і метанол у співвідношенні 2: 1, іноді хороші результати дає додаткова обробка КС сірчаним ефіром. Цей розчинник добре підсушує КС і іноді може замінити ліофільні сушіння. Наступний етап – визначення чистоти отриманої фракції КС. З цією метою використовують світлову та електронну мікроскопію та спеціалізовані методи фарбування. Найчастіше застосовується реакція, заснована на взаємодії I3-з хітозаном. Ізольовані чисті КС із розчином Люголя забарвлюються в рожевий або фіолетовий колір, тоді як інтактні КС мають червоне забарвлення. Використовується також забарвлення на наявність ядер з DAPI (4,6-йек1ето-2-ркепуЦп-йо1). Слід особливо наголосити, що виділення чистої фракції КС є дуже відповідальною процедурою, від якої залежать наступні результати аналізу її хімічного складу. У цьому відношенні цікава робота, в якій у представника мукорових грибів виявлено в міцелії глюкан, точніше, хітозан-глюкановий комплекс, хоча всі попередні дослідження свідчили про відсутність у міцелії глюкану Mucorales.

В даний час компоненти КС грибів поділяють на структурні компоненти (хітин, р-(1-3)-р(1-6)-глюкани, р-(1-4)-глюкан (целюлоза), та внутрішньоструктурні (їх називають матрикс) , до яких стали відносити маннопротеїни, галакто-ман-нопротеїни, ксило-маннопротеїни, глюкуроно-

маннопротеїни та а-(1-3)-глюкан . Найменш вивчені а-глюкани, що є лінійним полімером глюкози (у Schizosaccharomyces pombe такий глюкан містить приблизно близько 260 залишків глюкози). Цей полімер складається з двох зв'язаних лінійних ланцюгів, що містять близько 120 (1-3)-а-глюкозних залишків і (1-4)-a-D-глюкозних залишків на кінцях молекули полімеру. Припускають, що цей глюкан необхідний протікання процесу морфогенезу. З КС міцелію Penicillium roqueforti виділено нерозчинний у воді глюкан, який після висушування втрачає здатність розчинятися в лугу, проте його вдалося розчинити у 10% розчині хлориду літію в диме-тилсульфоксиді. При вивченні глюкану методом метилювання були отримані два, три-О-метил-похідних глюкози, що відповідають зв'язкам 1 - 3 і 1 -»- 4 між моносахаридами у співвідношенні близько 5: 2, і сліди тетра-О-метил-похідного, що відповідає кінцевим невосстанавливающим моносахаридним залишкам. Такий результат свідчить про лінійну структуру молекул, що містять лише 1 -»- 3 і 1 -» - 4 зв'язки між залишками глюкози. Ці дані були підтверджені аналізом спектра 13С-ЯМР полісахариду, з якого також випливає а-конфігурація всіх залишків глюкози. Такі полісахариди, особливо після хімічної модифікації (сульфатування або карбосимети-лювання), здатної надати їм розчинність у воді, можуть бути використані як біологічно активні полімери і становлять інтерес для вивчення їхньої біологічної функції в клітинній стінці грибів і рослин.

Нерозчинні у воді (1-»-3)-а-глюкани були виділені раніше з декількох видів вищих і нижчих грибів, у тому числі з Penicillium chrysoge-num, а споріднені а-глюкани з двома типами зв'язків (1-3) і (1 -»- 4), що відрізняються їх співвідношенням, знаходили у вищих рослинах (Aconi-tum kusnezoffii Reichb).

Структурний компонент – целюлоза – характерний для ооміцетних грибів, яких за сучасною систематикою відносять до псевдогрибів. Моносахаридний склад КС включає глюкозу, маннозу, ксилозу, причому, переважним цукром є глюкоза, що становить до 68%. До складу КС грибів входять також амінокислоти, ліпіди (не більше 3%) та ацетил-глюкозамін. Глюкани, наприклад, 1,3-глюкан, утворюють міцний комплекс з хітином, званий хітин-глюкановим комплексом (ХГК), який становить скелет грибної клітини. Цей комплекс присутній у КС практично у всіх грибів, за винятком зигоміцетів, що є надійною систематичною ознакою. У деяких грибів на поверхні КС виявлений слизовий матеріал, що складається з полісахаридів, представлених ß-1,3-глюканами, що містять тільки глюкозні одиниці, з'єднані ß-1,6-зв'язками з кожною третьою одиницею глюкози

Досить велику частку маси сухого міцелію грибів становить їхня клітинна стінка, а саме ох 5 до 15%. Склад її сильно варіює і часто дуже специфічний певних таксономічних груп грибів. Це можна бачити з прикладів її складу у представників дріжджів, хитридієвих та мукорових грибів – зигоміцетів, наведеного в табл. 1.3 (Aronson, 1965).

* (Кількість золи без фосфатів.)

Структурно оболонки грибів побудовані на основі двофазної системи, в якій є мікрофібрил, включені в аморфну ​​масу матриксу. За даними електронної мікроскопії, вона складається не менше ніж з двох шарів з по-різному орієнтацією фібрил. Внутрішній шар зазвичай орієнтований по головній осі клітини, зовнішні – під кутом до неї (рис. 1.1). У дріжджів оболонка зазвичай багатошарова, причому у зовнішньому товстому шарі локалізований Маннан, у внутрішньому тонкому - глюкан. У водних грибів, наприклад, у Allomyces, оболонка утворює помилкові перегородки - псевдосепти, що нагадують спиці колеса. У сумчастих та базидіальних грибів спостерігаються справжні перегородки – септи. У сумчастих септах між клітинами зазвичай мають одну просту пору, по обидва боки якої в процесі її формування можна бачити по парі осмофільних тілець Вороніна. У базидіальних грибів ці пори нерідко бувають дуже складними, з ковпачками - парентосомами (рис. 1.2). Такі пори знайшли в плодових тілах і ризоморфах низки вищих базидиомицетов (Мооrе, 1965; Burnett, 1968). Однак до теперішнього часу залишається не цілком ясним, чи відносити цю відмінність у структурі септальних пір аско- та базидіоміцетів до їх таксономічної приналежності або до гаплоїдної та гомокаріотичної структури геному сумчастих та до-і гетерокаріотичної природи базидіальних грибів. Таких досліджень поки що немає, але їхнє значення для еволюційних і таксономічних побудов у царстві грибів дуже важливе.

Багато нового додали до вивчення септальних пір грибів дослідження на електронно-мікроскопічному рівні (Flegler et al., 1976; Камалетдінова, Васильєв, 1982). По-перше, стало відомо, що доліпори базидіальних грибів є структурами, мабуть, герметично ізолюючими клітини міцелію один від одного аж до початку утворення ними плодових тіл (Flegler et al., 1976). Ця ізоляція здійснюється протеолітичними ферментами, що розчиняються, і одночасно осмофільними (містять білки і ліпіди) двосторонніми пробками, які зникають до моменту формування плодових тіл. Їхнє зникнення супроводжується перфораціями парентосом і повідомлення між клітинами гіф відновлюється.

Останні спостереження над септами в плодових тілах дискоміцетів (наприклад, Peziza badia - Камалетдінова, Васильєв, 1982) показали, що подібні клітини, що роз'єднують, гіф структури існують і у класу сумчастих грибів. У їх формуванні беруть участь тільця Вороніна, що утворюються в колбоподібних інвагінаціях клітинної мембрани, осмофільний вміст яких (тільце Вороніна) вивільняється поблизу септи і розташовується біля отвору септи, поступово проникаючи в неї, створюючи при цьому пристрій, що замикає. Подальшому проникненню тільця Вороніна у вищележачий гіменіальний шар, мабуть, перешкоджає спеціальна перфорована структура, що лежить над часом септи в материнській клітині майбутньої сумки, яка повністю ізольована від проникнення субмікроскопічних органел з субгіменіального шару. Подібні ж ізолюючі структури спостерігаються і в парафізах, що формуються в плодових тілах.

Подібні структури є і в міцелії, що спорулює, недосконалих грибів, що містять тільця Вороніна, наприклад у Arthrobotrys conoides. У продуцента пеніциліну дейтероміцета Penicillium chrysogenum була виявлена ​​в септі структура, яка точно відповідає знайденій Камалетдіновою і Васильєвим у дискоміцета Peziza badia (Kurilowich et al., 1980).

Скелетні основи оболонок грибів складені кристалічно організованими полісахаридами: целюлозою, хітином, хітозаном, маннаном, глюканами та іншими. Усі вони мають лінійну структуру з β-1,4-зв'язками вихідних компонентів – мономерів гексоз, аміно- та ацетаміногексоз. За результатами мікрохімічного тестування (забарвлення рутеніум червоним) раніше вважалося, що у складі клітинних оболонок грибів є пектин. Однак результати хімічного аналізу не підтвердили в її складі мономеру галактуронової кислоти, що входить до структури пектину (Aronson, 1965).

Хітин і хітозан для більшості грибів дуже характерні у складі їх оболонок як азотовмісні полімери. При цьому хітин грибів дуже схожий на хітин комах і ракоподібних, що було підтверджено картиною їхньої дифракції в рентгенівських променях. Однак азоту в хітині грибів менше, ніж у тварин, і серед його складових частин було виявлено метилпентозу, звану міцетозу. Хітин у грибів вдається виявити мікрохімічно за методом Ван Вісселінга, за допомогою часткового лужного деацетилювання та подальшою реакцією на хітозан та дифракції Х-променів. Він не був знайдений тільки у ооміцетів, таких як сапролегнієві та пероноспорові гриби. Раніше вважалося, що хітин відсутній у дріжджів, проте він міститься в клітинних перегородках - септах цукроміцетів (Кулаєв, 1975).

В даний час встановлено, що хітин можна виявити у Chitrydiales, Monoblepharidales, Protomycetales, Hyphochyiridiales, у всіх Endomycetales, Blastocladiales, Mucorales, Entomophthorales, у всіх сумчастих і базидіальних грибів і від них Fungi imperfecti). Виняток становлять Oomycetes, у яких з полісахаридів в оболонці є целюлоза, повністю відсутня у представників дріжджових грибів.

Протягом останнього часу у зв'язку з виявленням можливості практичного використання хітину грибів для синтезу полімерів з'явилося чимало досліджень з даними щодо більш тонкого вивчення їх у порівнянні з хітином ракоподібних (табл. 1.4). Ацетату та D-глюкозаміну найменше у Aspergillus niger, що пояснюється вищим вмістом пентоз та глюкози у складі β-глюкану та двох α-глюканів оболонки гриба. Аналіз дифрактограм показав ідентичну кристалічну структуру хітину грибів та крабів з дещо більшою впорядкованістю в останніх. Крім того, хітин грибів на противагу пластинчастій структурі хітину крабів мав волокнисту будову (Феофілова та ін., 1980).

Замінюючий хітин у деяких мукорових грибів хітозан, що виявляється при слабкому кислотному гідролізі реакцією на хітозансульфат, знайдений, крім Mucor rouxii, також у Phycomyces blakesleeanus. Кількість ацетильних груп у ньому виявилося різним і варіювало у М. rouxii до нуля. З інших амінополісахаридів полімер галактозаміну з вільною аміногрупою, здатною пов'язувати фосфати, зі структурою типу хітозану, був виділений з клітинних оболонок Neurospora crassa, N. sitophitla, А. niger та Botrytls drierea (Aronson, 1965). У ряду грибів зустрінуті полімери з аміносахарів, асоційованих з маннаном, глюканом та протеїнами.

Целюлоза в клітинних оболонках грибів звичайно зустрічається одночасно з хітином. Виняток становить один Rhizidiomyces з порядку гіфохітрідієвих грибів, у якого вони були виявлені одночасно. Целюлоза була виявлена ​​у грибів з ооміцетів порядків Acrasiales, Lagenidiales, Saprolegniales, Leptomitales, Peronosporales (Aronson, 1965).

Серед грибів, що мешкають у водному середовищі, целюлоза зустрічається зазвичай тільки в групах, що мають двожгутикові зооспори. У Blastocladiales і Monoblepharidales, що мають одноджгутикові зооспори, її немає. Виняток, який складає Rhizidiomyces з порядку Hyphochytridiales, що має одночасно і хітин, і целюлозу і вважається за Нейбл перехідною формою між охіт, що мають Chytridiales і Blastocladiales і містять ооміцетами целюлозу, зрозуміло. Ця одноджгутикова форма має джгутик зооспор перистий, а не бичеподібний, як у Blastocladiales та Monoblepharidales. Цікаво, що будова ворсинок перистих джгутиків ооміцетів нагадує будову джгутиків бактерій, тоді як бичеподібні повністю схожі на джгутики флагеллат.

Целюлоза у грибів легко виявляється мікрохімічно реактивом Шпейцера або реактивом, що складається з розчину йоду в йодистому калії з додаванням 70% розчину сірчаної кислоти.

Глюкани у грибів дуже рясні та відрізняються від целюлози за їхньою структурою. Мономери їх також є глюкозою. Однак найбільш вивчені глюкани дріжджів мають менш кристалічні структури, ніж целюлоза. Кристалічність глюканів збільшується внаслідок утворення гідроглюканів при їх обробці сірчаною кислотою. Подібні глюкани, що знаходяться в асоціації з протеїнами, були виявлені у дріжджів та Penicilliunt notatum (Aronson, 1965). Інший глюкан, що входить до складу оболонок грибів, - калоза, подібна до виявляється в ситовидних трубках вищих рослин і сильно фарбується основними барвниками, тобто має кислу природу, на противагу целюлозі має β-1,3-глюкозидні зв'язки. Подібний глюкан, що фарбується основними барвниками, виявили у Sclerofinia. Глюкани є також у Aspergillus fischeri, Allomyces macrogynus, Neurospora crassa. У грибів зустрічаються також гетерополісахариди, складені з мономерів різних цукрів, особливо часті у роду Penicillium. У дріжджоподібних форм, патогенних для тварин, як у Coccidioides і Cryptococcus, подібні ж, але кислі полісахариди входять до складу капсул, що оточують їх клітини. Приклади глюканів та інших продуктів полімеризації моноцукорів та цукрових кислот, що входять до складу оболонок клітин та запасних речовин грибів, наведено в табл. 1.5.

Маннани, полісахариди складені з мономерів маннози. зустрічаються особливо рясно у дріжджів, причому вони часті у видів дріжджів, що мешкають на поверхні камбіального стоячи під корою дерев. До таких форм належить мешкає під корою хвойних дерев Hansenula; у навколишній клітині цих дріжджів капсулі полісахарид присутній у формі фосфоманнану. Цей гідрофільний і слизовий полісахарид прилипає разом з дріжджами до щетин, що покриває тіло жуків короїдів, і таким чином дріжджі переносяться з їх допомогою з одного дерева на інше (Wickerham, Barton, 1961). У гіфоутворюючих грибів маннани поки виявлені не були, але в гідролізат їх клітинних стінок зустрічається манноза.

У грибів зустрічаються також полісахариди, що містять галактозу, 6-дезоксипентозу, метилпентозу, найчастіше фруктозу, особливо у мукорових. В оболонках клітин Penicillium chrysogenum були знайдені з-поміж пентоз 6-дезоксипентоза, рамноза і ксилоза, яку виявили також у трутовика Polysiictus sanguineus.

Полісахаридно-протеїнові комплекси були виявлені у дріжджів, наприклад у Candida albicans – збудника молочниці немовлят. Маннаново-протеїновий комплекс був знайдений у Saccharomyces.

Ліпіди у грибів кількісно сильно варіюють залежно від умов довкілля та віку культури. Іноді їхня кількість досягає 35-36% від маси сухої речовини клітин. У дріжджів понад 3% ліпідів знайдено у їхніх оболонках. Виявлені вони і в оболонках мукорових грибів, наприклад у Мусор rouxii та Phycomyces, у спорангієносцях якого встановлено близько 25% ліпідів від їх сухої маси. Ймовірно, вони містяться там у утвореннях типу кутикули (Aronson, 1965).

Пігменти також входять у помітних кількостях до складу клітинних оболонок грибів. Пігменти, особливо часто локалізований у вигляді особливого шару чорний пігмент, меланін, часто зустрічаються в клітинних стінках міцелію або в оболонках спор багатьох грибів. Такий меланіновий шар є в оболонках аскоспор Neurospora tetrasperma (Aronson, 1965).

Меланін відсутній у грибів з низькою активністю поліфенолоксидази, що бере участь у його біосинтезі, та з переважанням в обміні активних дегідрогеназ. Такі гриби, до яких відносяться представники пологів Fusarium, Trichothecium, Arthrobotris, Cephalosporium і багато інших, характеризуються найчастіше рожевим або помаранчевим забарвленням структур, що спорулюють, залежать від великої кількості каротиноїдів, що приймають на себе роль світлозахисного екрану і антиоксиданту, що належить у темнозабарвлених грибів. Зв'язок наявності каротиноїдів з високим рівнем активності дегідрогеназу пояснюється тим, що оптимальні умови окисно-відновного режиму для дії дегідрогеназу збігаються з умовами, оптимальними для біосинтезу каротиноїдів та інших продуктів шунту терпеноїдів. Каротиноїдні пігменти вже не входять зазвичай до складу клітинних оболонок грибів, а локалізуються або клітинної мембрани, або краплях ліпідів, розосереджених в цитоплазмі. В окремих випадках у грибів зустрічаються зовсім особливі пігменти, як оммохроми, очні пігменти комах, у трутовика Pycnoporus (Polyporus) cinnabarinus (Шивріна, 1965) або фікобілін у видів сироїжок Russula emetica і R. paludosa (Е. у синьо-зелених та червоних водоростей.

Актиноміцети (Actinomycetales, від грец. Aktis - промінь, mykes - гриб) - це бактерії, що гілкуються, належать типу Актинобактерії (Actinobacteria). Вони є частиною нормальної мікрофлори травної системи наземних хребетних і безхребетних тварин, а також у достатку присутні в ґрунті та відіграють найважливішу роль в екології та кругообігу речовин у ґрунті.

Ці мікроорганізми є збудниками багатьох опортуністичних патологій – таких, що виникають унаслідок зниження функції імунної системи організму. Актиноміцети широко використовуються в біотехнології, оскільки є джерелом цілого ряду антибактеріальних та протипухлинних речовин.

Мал. 1. Стрептоміцети синтезують величезну кількість антибактеріальних та протипухлинних препаратів.

Будова актиноміцетів: чому все ж таки бактерії, а не гриби?

1. Організація генетичного матеріалу

Спадковий матеріал Актиноміцетів укладено в одній молекулі дезоксирибонуклеїнової кислоти, що має кільцеву форму і вільно розташовується в цитоплазмі - така ж форма організації генетичного матеріалу, звана нуклеоїдом, характерна і для інших бактерій. У грибів генетичний матеріал організований і входить до складу клітинного ядра.

ДНК актиноміцетів містить велику кількість ГЦ-пар (65-75% від загальної кількості нуклеотидів). Ця ознака постійна, не залежить від мутацій і тому використовується в систематиці мікроорганізмів. Такий вміст ГЦ-пар робить ДНК актиноміцетів дуже тугоплавкою, тому на аналіз ДНК актиноміцетів витрачається більше часу в порівнянні з іншими бактеріями.

Мал. 2. Схематичне будову клітинної стінки Гр+ бактерій.

Мал. 3. Актиноміцети, забарвлені за Грамом.

Актиноміцети мають щільну бактеріальну клітинну стінку, яка розташована зовні від цитоплазматичної мембрани і зумовлює їхнє позитивне фарбування за Грамом. Як і в інших Грам-позитивних бактерій, вона складається з кількох десятків шарів полімеру муреїну (пептидоглікану), який пронизаний тейхоєвими та ліпотейхоєвими кислотами. Ліпотейхові кислоти заякорені в цитоплазматичній мембрані бактерії і з'єднують її з клітинною стінкою. Тейхові кислоти надають клітинній стінці негативного заряду. Клітинна стінка грибів складається з інших полімерів - хітину і глюкану.

Мал. 4. Клітинна стінка грибів.

3. Клітинні органели

Актиноміцети, подібно до інших бактерій, не мають мембранних органел. У актиноміцетів 70S рибосоми, тоді як гриби мають 80S рибосоми, як і інші еукаріотичні організми.

4. Зростання колоній

Утворення міцелію при зростанні - це те, що найбільше ріднить актиноміцети з грибами. Міцелій у разі актиноміцетів являє собою гіф, що гілкується сукупність. Гіфи розділені перегородками на довгі бактеріальні клітини, які містять кілька нуклеоїдів. Перегородки у ряду видів можуть відбуватися у взаємно перпендикулярному напрямі. Гілкуються гіфи шляхом брунькування.

Міцелій, що вростає в субстрат (землю, мул чи живильне середовище), називається субстратним. Він забезпечує колонію поживними речовинами. Над субстратом височить повітряний міцелій, що надає колонії «пухнастість» — він утворює суперечки, а також так звані «вторинні метаболіти» (на відміну від «первинних метаболітів» субстратного міцелію), серед яких багато антибактеріальних речовин.

Життєвий цикл та фізіологія актиноміцетів

У процесі життєвого циклу більшість актиноміцетів утворює суперечки. Деякі актиноміцети розмножуються шляхом фрагментації міцелію.

1. Спороутворення

Суперечки актиноміцетів походять із повітряного міцелію. Це екзоспори - вони розвиваються зовні материнської клітини. Гіфи повітряного міцелію, у тому числі розвиваються суперечки, називаються спороносцами. Суперечки можуть утримуватися в потовщенні на кінці спороносця – спорангії (наприклад, у стрептоміцетів, актинопланів та племілій), а можуть розташовуватися ланцюжком вздовж спорангієносця (наприклад, у нокардій та актиномадур).

За кількістю суперечок, що утворюються, актиноміцети діляться на:

• Моноспорові (наприклад, Saccaromonospora, Micromonospora, Thermomonospora) – утворюють поодинокі суперечки, частіше шляхом відбрунькування та подальшого відділення перегородкою від материнського гіфа;
• Олігоспорові (наприклад, Actinomadura) – утворюють короткі ланцюжки спор уздовж спороносця;
• Поліспорові (більшість інших актиноміцетів, наприклад, Streptomyces, Frankia, Geodermatophilus) – утворюють безліч суперечок, укладених у спорангії.

Мал. 5. Спорангій актиноміцетів роду Frankia.

Суперечки актиноміцетів можуть бути рухливими – у такому разі, суперечка має джгутик і може пересуватися (суперечки актинопланів, геодерматофілів та дерматофілів). Найчастіше суперечки нерухомі і поширюються вітром, водою чи тваринами.

Мал. 6. Дерматофіли, світлова мікроскопія.

Споруляція у актиноміцетів особливо активно протікає у несприятливих умовах. Стійкість спор до нагрівання невелика порівняно зі спорами інших бактерій, проте висушування вони витримують не гірше за інших, а тому мають колосальне пристосувальне значення. Актиноміцети домінують над іншими мікроорганізмами в сухих пустельних ґрунтах.

Проростання зграї потребує певної вологості довкілля. У присутності води спору набухає, у ній активуються ферменти та запускаються метаболічні процеси, що супроводжуються виходом ростових трубок (майбутніх бактеріальних тіл) та синтезом нуклеїнових кислот.

2. Тип дихання

Більшість актиноміцетів - аероби (потребують кисню для підтримки життєдіяльності). Факультативні анаероби (бактерії, здатні жити як за наявності, так і за відсутності кисню) зустрічаються серед видів з нетривалою міцеліальною стадією, що розмножуються фрагментацією міцелію.

3.Кислотостійкість

Актиноміцети мають ацидотолерантність - стійкість у кислому середовищі, яка дозволяє їм жити в насичених кислотами лісових грунтах. Кислотостійкість у лабораторії може бути визначена забарвленням препарату, що містить актиноміцети, по Цилю-Нільсену (фуксином з подальшим протравленням сірчаною кислотою та забарвленням метиленової синьки). Більшість актиноміцетів при такому забарвленні не знебарвлюються після протруювання кислотою і зберігають червоний фуксиновий колір. Лужне середовище несприятливе для цих бактерій: при підвищеному рН вони схильні до спороутворення.

4. Особливості метаболізму

Мал. 7. Аеробні актиноміцети утворюють пігмент на скошеному агарі. Зліва направо: Actinomadura madurae, Nocardia asteroides, Micromonospora.

Вище згадувалося утворення повітряним міцелієм «вторинних метаболітів». Серед них:

• пігменти, що зумовлюють різне забарвлення повітряного міцелію при зростанні на середовищах;
• леткі пахучі речовини, що надають характерного запаху ґрунту після дощу, застояній воді, шкірним покривам деяких тварин;
• антибіотики:

a. протигрибкові – полієни;
b. протибактеріальні – наприклад, стрептоміцин, еритроміцин, тетрациклін, ванкоміцин;
c. протипухлинні – антрацикліни, блеоміцин.

Де мешкають актиноміцети?

Актиноміцети у найбільшій кількості виявляються у ґрунтах, причому міцеліальних форм значно менше, ніж суперечка. Вони відіграють значну роль освіти гумусу, розкладаючи органічні речовини, важкодоступні для утилізації іншими бактеріями. Актиноміцети у зв'язку з цим використовують як санітарно-показові мікроорганізми в санітарно-епідеміологічній справі: виявлення їх у великій кількості в грунті або воді вказує на наявність компосту у відповідному субстраті.

Мал. 8. Актиноміцети у компості.

Актиноміцети є симбіонтами багатьох рослин, допомагаючи їм фіксувати азот. У той же час багато мікроорганізмів цього класу є збудниками захворювань рослин.

Мал. 9. Стрептомікоз картоплі.

Вони також виявляються у складі нормальної мікрофлори травної системи цілого ряду тварин, починаючи від ґрунтових кільчастих черв'яків (наприклад, дощових) і закінчуючи великою худобою.

Ці мікроорганізми допомагають розщеплювати целюлозу, яка в достатку присутня в рослинній їжі. У людини актиноміцети виявляються в порожнині рота (ясна та зубний наліт), кишечнику (дистальні відділи товстого кишечника), на шкірі (обличчя, крила носа, за вухами, між пальцями) та в органах дихальної системи (переважно у верхніх дихальних шляхах).

Мал. 10. Мікрофлора шкіри людини. Тип Актинобактерії позначені відтінками синього, клас Актиноміцети – яскраво-блакитним.

Актиноміцети за умови зниження імунної реактивності організму можуть стати причиною актиномікозів – опортуністичних захворювань, що полягають у формуванні актиномікозних гранульом – скупчень бактеріальних тіл, що нагадують зерна жовтої сірки («друз»), оточених імунокомпетентними клітинами. Запальна реакція веде до розплавлення гранульом, утворення свищів, що веде до перфорацій органів та рознесення бактерій кров'ю.

Мал. 11. Актиномікозна друза, забарвлення за Грамом.

Мал. 12. Актиномікоз верхньої щелепи у корови.

Мал. 13. Максілярний актиномікоз людини.

Актиноміцети - дивовижні організми, які до цих пір вводять в оману безліч учених своєю схожістю з грибами. Поряд з потенційною небезпекою у вигляді опортуністичних актиномікозів, ці організми дарують людині плодоносний ґрунт та зброю для боротьби з інфекційними та онкологічними захворюваннями – антибіотики та цитостатики.