Экологическая особенности взаимодействия микроорганизмов и минерально-кристаллического фактора среды

Паничев Александр Михайлович, доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории экологии и охраны животных

Сергиевич Александр Александрович, кандидат биологических наук, старший преподаватель кафедры нормальной физиологии

Федотова Ирина Геннадьевна, заведующая лаборатории микробиологии

Памирский Игорь Эдуардович, кандидат биологических наук, ассистент кафедры биологической химии Мишаков Илья Владимирович, кандидат химических наук, старший научный сотрудник

Ведягин Алексей Анатольевич, кандидат химических наук, старший научный сотрудник

Гульков Александр Нефедович, доктор технических наук, профессор, директор coli O 86 E 990. В работе Vesna L. с соавт. (2004) исследовались пробиотические эффекты биологически активной добавки (БАД) «Мегамин» на рост пробиотических микроорганизмов (Lactobacillus acidophilus и Bifidobacterium bifidum). Данные четко показывают пробиотический эффект «Мегамина» на оба вида микроорганизмов. Есть сообщения об удалении бактерий с помощью цеолитов из организма и из воды [2, 7, 12]. В литературе имеются данные о том, что цеолиты подавляют рост аэробных бактерий и способствуют росту анаэробов. Сначала это объяснялось только адсорбцией микробов на поверхности цеолита и механической элиминацией. В последнее время исследователи [11] сходятся во мнении, что цеолиты подавляют рост некоторых микроорганизмов за счет образования мощного двойного электрического слоя вследствие гидрофобных взаимодействий на поверхности цеолита. Для повышения антимикробных свойств цеолита ведутся исследования по насыщению этих минералов катионами серебра и цинка [6, 8]. Стоит отметить также данные о наличии у цеолитов свойств, позволяющим им влиять на некоторые метаболические пути бактерий, в частности на синтез белка [10]. Имеются сообщения и об антивирусных свойствах цеолита [9].

Материалы и методы. Для определения микробиологической активности цеолитовых туфов Вангинского, Куликовского и Лютог-ского месторождений были взяты культуры условно-патогенных бактерий E. coli 25922, St. aureus 209-P и 906, полученные из ГИСК им. Л.А. Тарасевича. Исследования проводились на базе лаборатории микробиологии ФГУЗ «Центр эпидемиологии и гигиены в Приморском крае», Владивосток. В работе использовались стандартные методики и культуральные среды: желточно-солевой агар (ЖСА), мясо-пептонный агар (МПА) и среда Эндо. Подсчет колониеобразующих единиц (КОЕ) велся визуально. Цеолитовые породы применялись как стерильные (обработка в автоклавном шкафу при температуре 180⁰С в течение 3 часов), так и нестерильные. Перед всеми действиями цеолит измельчался (дробилка ВКМД6 (Вибротехник, CCCР) и ультразвуковой гомогенизатор Bandelin Sonopulse 3400 (Италия)). В итоге размер частиц цеолитового туфа достигали размера около 1-5 мкм. Концентрация цеолита в туфах всех 3 месторождений составляла около 60-70%. Статистическая обработка осуществлялась с помощью программы Statistica 6.0 и Microsoft Excel. Оценку достоверности различий определяли по t-критерию Стьюдента.

Результаты и обсуждение. В качестве поискового эксперимента мы решили исследовать цеолиты Вангинского месторождения на наличие антибактериальных свойств. Для этого мы использовали культуры E. coli 25922 в разведении 10-7 и St. aureus 209-P в разведениях от 10-7 до 10-5. В контроле с E. coli на МПА выросло 68 колоний, а при добавлении цеолита в концентрации 10, 20 и 50 мг/мл роста обнаружено не было. Результаты эксперимента со St. aureus 209-P на ЖСА приведены ниже в таб. 1, 2 и 3. Контроль всхожести St. aureus 906 на ЖСА составил в разведении 10-4-4,2x102 КОЕ, при разведении 10-3-2,8x103 КОЕ; контроль E. coli 25922 на среде Эндо составил в разведении 10-4-8x102 КОЕ, при разведении 10-3-5,2x103 КОЕ.

Таблица 1. Результаты микробиологического исследования влияния Вангинского цеолита на рост St. aureus 209-P, в КОЕ

Таблица 2. Результаты микробиологического исследования влияния цеолита Куликовского месторождения на рост St. aureus 906, в КОЕ.

Таблица 3. Результаты микробиологического исследования влияния Лютогского цеолита на рост E. coli 25922, в КОЕ

а)

б)

Рис. 1. а) колонии St. aureus в разведении 10^-3 при добавлении нестерильного цеолита Куликовского месторождения в концентрации 50 мг/мл; б) отсутствие роста St. aureus в разведении 10^-3 при добавлении нестерильного цеолита Лютогского месторождения в концентрации 10 мг/мл

При исследовании влияния как стерильного, так и нестерильного цеолита Куликовского месторождения на рост E. coli 25922, причем во всех разведениях (от 10-8 до 10-3) и при всех концентрациях, мы обнаружили сливной рост колоний – число КОЕ не поддавалось подсчету. Цеолит Лютогского месторождения (как стерильный, так и нестерильный) полностью подавлял рост St. aureus 209P в разведениях от 10-6 до 10-3. Можно лишь отметить незначительный рост (2,2x102 КОЕ при концентрации 10 мг/мл и 1,4x102 КОЕ при концентрации 20 мг/мл) в разведении 10-3 при использовании стерильного цеолита. В качестве интересного факта можно отметить выявленную способность цеолитов Куликовского и Лютогского месторождений изменять окраску среды Эндо с нормальной желтоватой на розово-красную.

Выводы: можно сделать предварительные выводы, что цеолиты Вангинского и Лю-тогского месторождений в отличие от Куликовского обладают выраженным антибактериальным эффектом при размере частиц от 1 до 5 мкм в отношении St. aureus 209-P и 906, а также - E. coli 25922 в концентрации 10, 20 и

50 мг/мл. Антибактериальные свойства цеолитов можно попытаться объяснить наличием на поверхности кристаллической решетки цеолитов специфического электрического заряда [11]. Можно также предположить, что на поверхности некоторых природных цеолитов присутствуют какие-то бактерии, которые могут подавлять рост стафилококка и кишечной палочки. К примеру, на поверхности кристаллов могут присутствовать споры бактерий, или бактерии типа нанобактерий или силикатных бактерий. Предпринятая нами попытка посеять природные цеолиты на среды Эндо и МПА показала, что роста колоний при концентрации цеолитов 10, 20 и 50 мг/мл не происходит. Ранее нами было показано [1], что при измельчении частиц цеолита до размеров от 100 до 500 нм приводит к почти полной потери антимикробных свойств цеолитов тех месторождений, которые при более крупном помоле (1-5 мкм) такими свойствами обладают. Можно сделать предварительный вывод о том, что антимикробная активность цеолитов зависит от величины частиц и меняющихся при этом физико-химических свойств цеолитов. Несомненно, что данный вопрос требует дальнейшего изучения.

Работа выполнена при поддержке Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере (программа У.М.Н.И.К.), гранта РФФИ 09-04-90781-моб_ст, грантов СО РАН ПСО-10 №114 и ДВО РАН 09-II-СО-05-002.