Биосинтез белкового кристалла токсина В. thuringiensis
20.06.2014
Способность образовывать один или больше белковых кристаллов на клетку служит главным признаком, отличающим представителей группы Bacillus thuringiensis от очень похожего, но не энтомопатогенного Bacillus cereus. Рост и споруляция протекают у В. thuringiensis так же, как описано для В. cereus. Первое детальное исследование изменений, происходящих во время формирования спор и кристаллов, провели Янг и Фитц-Джеймс, применив фазово-контрастную микроскопию, дифференциальное окрашивание и электронную микроскопию. Хроматин формируется в осевую нить, которая в результате инвагинации цитоплазменной мембраны частично остается заключенной в предспоре. Обволакивание предспоры инвагинированной мембраной происходит обычным путем, после чего образуются кожица и оболочка споры.
В фазово-контрастном микроскопе первый признак образования кристалла — появление небольшой гранулы, довольно сильно преломляющей свет, можно обнаружить на ранней стадии образования споры, что подтверждено также и электронно-микроскопическими исследованиями; этот первый признак образования кристаллического материала появляется вскоре после того, как заканчивается обволакивание предспоры цитоплазменной мембраной.
У большинства разновидностей В. thuringiensis образование споры и кристалла сопровождается распадом остатков стенки спорангия, в результате чего споры и кристаллы освобождаются и раздельно поступают в культуральную среду. Некоторые исследования подтвердили, что кристалл находится вне тонкой экзоспоры, окружающей саму спору. Однако у В. thuringiensis var. finitimus (серотип II) наблюдается иная картина — споры и кристаллы не отделяются друг от друга и освобождаются из распавшегося спорангия как одно целое. Электронно-микроскопическое исследование показало, что у этой бактерии кристалл образуется внутри экзоспоры, которая сохраняется в неповрежденном виде после освобождения комплекса спора — кристалл из спорангия.
В дополнение к визуальным наблюдениям над образованием кристалла, проводимым путем фазово-контрастной или электронной микроскопии, можно обнаружить формирование антигенов кристалла; для этой цели собирают культуры бактерий на различных стадиях споруляции, разрушают клетки ультразвуком в щелочном буфере при pH 11 (или при pH 10 в присутствии меркаптоэтанола) и путем титрования против специфической кристаллической антисыворотки определяют количество антигена, растворенного в буфере. Кристаллические антигены появляются в таких экстрактах параллельно с видимым появлением четко различимых кристаллов. При более низких pH содержимого клеток ни на одной стадии не удалось обнаружить растворенные антигены в экстрактах клеток, из чего следует, что до кристаллизации белок в растворимой форме не синтезируется, но что кристалл начинает формироваться, как только в клетке появляется белок; этот пункт имеет важное значение, если учитывать возможную связь кристаллического белка с процессом споруляции.
Некоторые исследователи изучали образование кристалла, пользуясь электронной микроскопией; особенно значительны новейшие наблюдения Сомервилла, показавшие, что белковый кристалл образуется в связи с экзоспорой развивающейся предспоры. Известно, что экзоспора имеет сложное строение, до известной степени кристаллически правильное в базальной мембране. Сомервилл и др. показали, что по химической природе кристаллический белок очень сходен с белком оболочки споры и разделяет с ним также и антигенные детерминанты.
Аронсон установил, что в спорулирующих клетках существенная доля РНК заключена в мембрану, и предположил, что эта РНК может явиться стабильным предвестником синтеза оболочки споры. Все эти наблюдения могли означать, что экзоспора играет важную роль в синтезе оболочки споры и что кристаллы В. thuringiensis возникают как результат нарушения нормальных процессов, регулирующих синтез компонентов споры.
