МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ

УДК 577.125

А. З. Пепоян

Особенности фосфолипидного состава некоторых
штаммов E.coli из кишечной микрофлоры человека

(Представлено академиком К. Г. Карагезяном 27/VI 2000)

   По имеющимся в литературе данным, некоторые бактерии кишечной флоры обладают канцеролитическими свойствами [1]. С другой стороны, к настоящему времени установлено, что при патологических состояниях организма, в частности при злокачественном росте, изменяются состав и метаболизм фосфолипидов (ФЛ), что приводит к нарушению структуры и функции клеток [2, 3]. Ранее нами было показано, что некоторые штаммы E.coli (G-35 N 59; 60; 61), характерные для нормальной микрофлоры кишечника человека, способны вызывать некроз раковых клеток in vitro. Штаммы, выделенные от онкологических больных, не обладали такими свойствами [4].
   Целью настоящей работы было изучение качественного и количественного состава ФЛ и особенностей пероксидации липидов клеток E.coli из кишечной микрофлоры людей.
   В экспериментах использованы три штамма бактериальных клеток E.coli G-35 N 59; 60; 61, зарегистрированных в Государственном научно-исследовательном институте стандартизации и контроля медицинских и биологических препаратов им. Л. А. Тарасевича (паспорт N 01-07/89, 22.03.83 г.) и депонированных в банке культур США .
   Поскольку интенсивное липидообразование происходит после завершения активного роста культуры в период стационарной фазы [5] и липиды грамотрицательных бактерий сосредоточены в основном в клеточной оболочке [6], для определения ФЛ-состава были использованы суточные культуры.
   Ввиду того, что в стенках и мембранах бактерий количество ФЛ с высоконасыщенными жирнокислотными остатками, а также гликолипидов мало [7, 8], для исследования ФЛ-состава был использован метод Фольча [9] в модификации [10, 11].
   Для проверки достоверности полученных данных был использован статистический метод Стьюарда - Фишера.
   В таблице представлены качественный и количественный состав фосфолипидов клеток E.coli, характерных для кишечной микрофлоры человека.

Состав фосфолипидов клеточных стенок и цитоплазматических
мембран штаммов E.coli из кишечной микрофлоры людей

    Клетки E.coli G-35 N59, E.coli G-35 N60, E.coli G-35 N61 E.coli от
  от здорового от здорового от здорового больного ра-
ФЛ человека человека человека ком человека
Лизофосфати- 1.4 1.5 1.4 2.5
дилхолины (182)*
Сфингомие- 2.5 2.7 2.6 4.6
лины (183)
Фосфатидил- 8.1 5.4 6.7 11.6
серины (183)
Фосфатидили- 16.1 7.8 8.1 9.1
нозиты (258)
Фосфатидил- 10.7 25.9 20.3 8.3
холины (182)
Фосфатидилэта- 25.5 30.2 27.4 35.7
ноламины (129)
Фосфатидилгли- 25.2 15.5 23.3 16.8
церины (170)
Кардиоли- 23.7 10.7 10.2 11.4
пины (220)

* В скобках приведены молекулярные массы полярных головок индивидуальных фосфолипидов.


   Основываясь на приведенных данных, попытаемся выяснить характер функции распределения ФЛ в клеточных стенках и цитоплазматических мембранах исследуемых клеток.
   Обозначим массу ФЛ типа i в мембране через gi; его доля в мембране будет описываться соотношением

(1)

где - суммарная масса всех ФЛ в мембране.
   Учитывая молекулярные массы полярных головок ФЛ (таблица), вычислены значения для ФЛ E.coli здорового человека и больного раком человека.
   Распределение ФЛ в клеточных стенках и цитоплазматических мембранах исследуемых E.coli в основном имеет бимодальный характер и состоит из двух (низкомолекулярной и высокомолекулярной) фракций. При этом в мембранах E.coli, характерных для больного раком человека, имеет место значительное увеличение концентрации ФЛ с малыми размерами полярных головок. В клеточных мембранах E.coli больного раком человека увеличивается средний отрицательный заряд молекул ФЛ.
   В грамотрицательных бактериях основными ФЛ являются фосфатидилэтаноламины (ФЭ) [12, 13]. Как видно из таблицы, в клетках E.coli, полученных от больного раком человека, концентрация ФЭ увеличена по сравнению с E.coli здорового человека.
   Другим важным ФЛ, имеющим существенное значение для стабилизации структуры мембран бактериальных клеток, является фосфатидилхолин (ФХ) [13]. Известно, что ФХ в присутствии воды спонтанно может образовывать стабильные бимолекулярные слои в широких диапазонах концентраций ионов и температур. При этом ФХ в смеси с другими ФЛ способствует образованию бимолекулярных слоев. Интересно отметить, что ФХ взаимодействует с гидрофобными анионами сильнее, чем ФЭ, что может иметь большое значение для адсорбции и связывания биологически важных веществ с поверхностью клеточной мембраны.
   Как видно из таблицы, по сравнению с E.coli, характерными для здоровых людей, в мембранах E.coli больного раком имеет место резкое уменьшение концентрации ФХ. Уменьшение процентного содержания ФХ в этих штаммах приводит к изменению отношения ФХ/ФЭ, что может влиять на вязкость липидной фракции клеточных стенок.
   Среди функционально важных липидов большое значение имеют ФЛ, несущие на полярной группе отрицательный заряд. Именно наличие таких ФЛ обеспечивает в определенной мере жидкую структуру мембраны. Электростатическое отталкивание отрицательно заряженных групп молекул ФЛ должно обеспечивать "жидкую" структуру мембраны.
   Из таблицы явствует, что в мембранах E.coli больного раком человека значительно увеличивается концентрация фосфатидилсеринов. Изменение процентного содержания кислых ФЛ в этих клетках на фоне относительно стабильного содержания нейтральных ФХ и ФЭ может приводить к изменению степени ионизации их мембран. В исследуемых клетках обнаружены лизофосфатидилхолины (ЛФХ). Известно, что окисленные формы ФЛ способствуют дестабилизации мембранной структуры. Являясь более полярными, они легче выходят из мембраны и тем самым способствуют обновлению их состава. Результаты экспериментов свидетельствуют о том, что помимо уменьшения количества ФХ в клетках E.coli, выделенных от больных раком людей, наблюдается увеличение процентного содержания ЛФХ.
   Обнаруженные нами изменения в ФЛ - ФЛ соотношениях клеточных мембран штаммов E.coli дают возможность предположить, что мембраны E.coli больных раком людей являются более устойчивыми к полиионам, в частности к ионам Ca++, и обладают значительно меньшей устойчивостью структуры, чем мембраны штаммов E.coli, выделенных от здоровых людей.
   Таким образом, выявлен фосфолипидный состав штаммов E.coli G-35 N 59; 60; 61, характерных для нормальной микрофлоры человека.

   Институт молекулярной биологии НАН РА

Литература

     1. Caygill С. Р., Braddik M., Hill M. J., Knowless R. L., Sharp J. C. - Eur. Cancer Prev. 1995. V. 4. P. 187-93.
     2. Hatala M. A., Rayburn J., Rose D. P. - Lipids. 1994. V. 29. Р. 831.
     3. Subramanian S., Gagadeeson M., Devi C. S. - Chemo therapy. 1994. V. 40. P. 427-30.
     4. Карапетян A. O.  Биологический антагонизм некоторых представителей кишечной микрофлоры и опухолевых клеток. Kанд. дис. М.: 1987. 101 с.
     5. Скрябин T. K., Еремин. В. К., Боронин А.. М. и др.  В сб.: Проблемы биохимии и физиологии микроорганизмов. Пущино, 1985. С. 308.
     6. Ивков В. Г., Берестовский Г. Н.  Липидный бислой биологических мембран. М.: Наука, 1982. 244 с.
     7. Rock C. O., Cronon J. E.  In: Biochemistry of lipids and membranes /D. E. Vance. Eds. Ine. Menlo Park, California, The Benjamin/publishing company, 1985. P. 73-115.
     8. Громов Б. В., Павленко Г. В.  Экология бактерий. Л.: ЛГУ, 1989. 248 с.
     9. Folch G. М., Lees G., Stone J. - Biol. Chem., 1957. V. 226. P. 497.
     10. Карагезян К. Г.  Фосфолипиды и их роль в жизнедеятельности организма. Ереван: Айастан 1972. 267 с.
     11. Пепоян A. З., Кцоян Ж. А., Шагинян А. А., Осипян Л. Н., Карагезян К. Г. - Биофизика. 1991. Т. 36. С. 475-479.
     12. P. F. Devaux. - Biochem. Biophys. Асtа. 1985. V. 882. Р. 222.
     13. Бирюзова Ж. И.  Мембранные структуры микроорганизмов. М.: Наука, 1973. 136 с.
     14. Бурлакова Е. Б.  Биохимия липидов и их роль в обмене веществ. М.: Наука, 1981.