Перетворення сполук заліза

Біологічна роль заліза зумовлена головним чином тим, що воно входить до складу гемоглобіну, міоглобіну, ферментів — катал ази, пероксидази, а також цитохромів, фередоксину тощо. В ґрунті залізо міститься у вигляді органічних і неорганічних сполук.

Загальний вміст заліза в ґрунтах становить 0, 5—5 %, а тому абсолютна нестача його в ґрунті не спостерігається.

Важливу роль у трансформації сполук заліза в ґрунтах, зокрема в переведенні нерозчинних сполук у розчинні і навпаки, відіграють мікроби. Мінералізацію органічних сполук, що містять залізо, можуть здійснювати різні гетеротрофні організми (бактерії, гриби, актиноміцети та ін.). При цьому залізо найчастіше звільняється в аеробних умовах і осідає у вигляді гідроксиду заліза.

У біосфері поряд з окисленням і осіданням заліза відбуваються і прямо протилежні процеси відновлення і розчинення його сполук. Сукупність цих процесів становить кругообіг заліза в природі. Циклічний характер перетворення сполук заліза за участю мікроорганізмів.

Роль мікроорганізмів, якщо брати цей кругообіг у планетарному масштабі, досить значна.

Окислення і відновлення сполук заліза. Чимало мікробів безпосередньо або посередньо беруть участь в окисленні заліза. Серед гетеротрофних представників є мікроорганізми, які окислюють комплексні органічні сполуки заліза. Гідроксид заліза, що утворюється при цьому,

відкладається на поверхні клітин мікроорганізмів. Такі мікроби поширені в ґрунтах (наприклад, бактерії з родів Hypho-microbium, Seliberia та інші), водоймищах (бактерії з родів Blasto-caulis, Siderocapsa).

С.М.Виноградським було відкрито, а М.Г.Холодним ґрунтовно вивчено також різноманітні за морфологією мікроорганізми, які мають здатність окислювати неорганічні сполуки заліза в болотах, залізистих джерелах, в озерах, дренажних трубах тощо з утворенням охристих осадів. Ці бактерії дістали назву залізобактерій. До них належать нитчасті форми бактерій Leptothrix, Grenothrix і бактерії з родів Gallionella, Metallogenium та інші.

Ступінь автотрофності залізобактерій є різним: одні види є типовими автотрофами та існують переважно за рахунок енергії, що утворюється при окисленні оксиду (II) заліза або марганцю в оксид (III), інші здатні також окислювати органічні сполуки..

Характерним представником нитчастих залізобактерій з роду Leptothrix є L.ochraceae, який утворює з гідрооксиду заліза піхву, що вкриває всю нитку. З відкладанням гідрооксиду заліза піхва потовщується і доступ до клітин оксиду (II) заліза, кисню і СО2 утруднюється. Тому бактеріальні клітини покидають старі піхви, виповзають назовні і утворюють нові. Порожні чохли скупчуються на дні водоймища, утворюючи охристий осад. Ці бактерії окислюють двовалентне залізо до тривалентного за схемою: 4FeCO3 + О2 + 6Н2О = 4Fe(OH)3 + 4СО2. Окислення закисних форм заліза супроводжується порівняно низьким рівнем утворення енергії і потребує для утворення органічної маси клітин перетворення великої кількості субстрату: для синтезу 1 г біомаси клітин залізобактерії повинні окислити близько 500 г сульфату заліза. Саме цим можна пояснити нагромадження великої кількості чохлів при незначній кількості клітин.

До залізобактерій відносять також рід Gallionella, типовим представником якого є G.ferruginea. Паличко- або бобоподібні клітини цих бактерій розташовані на довгих спіральнеперекручених стебельцях. Останні утворюються із пучків переплетених фібрил. Вони можуть бути вкриті гідратом оксиду заліза, кількість якого може сягати іноді до 90 % сухої клітинної маси.

На думку Г.О.Заварзіна (1972), «залізобактерії не можна розглядати як таксономічну одиницю, в якій організми об'єднані спільністю походження. Залізобактерії — це фізіологічне і екологічне поняття, зручне з практичної точки зору. Саме практичні міркування змушують зберегти цей термін і розглядати серед залізобактерій організми, які не тільки розрізняються морфологічно, а й різноманітні за своєю фізіологією».

Серед найкраще вивчених справжніх хемолітотрофних бактерій, які мають здатність добувати енергію в результаті окислення оксидних (II) сполук заліза і використовувати вуглець СО2, є вже описана вище залізосіркобактерія — Thiobacillus ferrooxidans. Це типовий автотроф, але вже з двома функціями — окислення сірки і заліза. Залізосіркобактерія може витримувати до 1, 5 % сірчаної кислоти в середовищі, стійка до отруйної дії важких металів.

Широко вивчаються способи застосування залізосіркобактерій, щоб позбутися сірки в нафті, розчинення сульфатів у метало сплавах, залізних рудах. Нерідко залізосіркобактерії завдають значної шкоди, оскільки вони спричинюють корозію металевих залізних споруд у шахтах. За певних умов, надмірно розвиваючись у водогонних і дренажних трубах, вони можуть утворюваним слизом закупорювати труби і погіршувати прохід води. Хемолітотрофні й низка гетеротрофних мікроорганізмів, які здійснюють трансформацію заліза в природі, беруть участь в утворенні залізистих відкладів. Останні зумовлюють формування осадових залізних руд у болотах, озерах та інших водоймах. Висловлюються також думки про те, що такі мікроорганізми могли брати участь і на ранніх етапах утворення залізних руд (наприклад Криворізького басейну).

73. Культивування вирусив рослин и тварин

Культивування вірусів тварин. У 1932 p. E. Гудпасчером зі співавторами було запропоновано метод культивування вірусів в ембріонах курчат. Цей метод економічний і зручний. Його й нині широко застосовують для культивування багатьох вірусів тварин. Матеріал, що містить вірус, вводять за допомогою шприца або іншим шляхом у курячий ембріон на 8—12-й день його розвитку (рис. 73).

Результати дослідів показали, що більшість видів вірусів добре розвивається в амніоні, жовтковому мішку, хоріоналантоїсній оболонці та інших частинах ембріона.

У 50-х роках у практику було впроваджено методи культивування клітинних культур, які істотно вплинули на розвиток вірусології. Тепер віруси успішно культивуються в культурах одношарових трипсинозованих клітин, які виготовляють з ембріональних тканин курей, кроликів, морських свинок, мишей, а також нирок мавп і ембріонів людини. Широко культивуються віруси І в так званих перещеплюва них культурах клітин — штамах тканин (СОЦ-серце мавп ціномольгус, R, К-нирки кролика та ін.), злоякісних пухлин (Hela, Hep-2, KB) тощо. Велика перевага перещеплюваних клітинних ліній, в порівнянні з первинними культурами, полягає в тому, що їх можна розмножувати послідовним пасажуванням протягом тривалого часу.

Наприклад, культура клітин Hela, одержана Дж. Геймом з пухлини хворої жінки Генрієти Лекс ще в 1950 p., до сьогоднішнього часу пройшла тисячі генерацій і використовується нині у всіх вірусологічних лабораторіях світу.

Культури клітин використовуються не тільки для первинного виділення вірусу, але й для виробництва вакцин, коли необхідно одержати чималу масу вірусного матеріалу. Вирощування вірусів у клітинних культурах широко застосовується і для біохімічних досліджень.

Культивування вірусів проводять також в організмі чутливих лабораторних тварин, зокрема тих вірусів, які не вирощуються в клітинних культурах і ембріонах курчат. Так, для вивчення онкогенних вірусів використовують хом'ячків, агента куру і вірусу гепатиту — приматів, вірусів Коксакі та арбовірусів — мишей. За допомогою кроликів одержують антисироватки. Експерименти з вивчення механізмів патогенезу і ролі імунної відповіді можуть бути проведені тільки на лабораторних тваринах.

Культивування вірусів рослин. Для культивування фітопатогенних вірусів використовують сприйнятливі до них рослини, які вирощують у природних умовах або в теплицях і оранжереях.

Рослина, призначена для культивування певного вірусу, повинна бути:

1. придатною для нагромадження вірусу у великій кількості;

2. стійкою проти заражений іншими близькими вірусами;

3. не містити речовин, які здатні інактивувати або осаджувати вірус в екстракті;

4. стійкою проти обробки інсектофунгіцидами;

5. стійкою проти бактеріальних та грибкових захворювань.

Для культивування фітопатогенних вірусів найчастіше використовують молоді рослини, які добре ростуть, не мають будь-яких патологічних ознак і не містять у своїх клітинах високих концентрацій фенолів, слизів і камедей, рибонуклеази тощо, а також можуть інгібувати або не зворотно осаджувати віруси. Такими рослинами, наприклад, можуть бути тютюн сорту Самсун для культивування вірусу тютюнової мозаїки, дурман для вирощування Х-вірусу картоплі. Тепер відома велика кількість рослин-індикаторів з різних ботанічних родин, що їх застосовують для культивування вірусів.

Рослини-індикатори, умови, в яких вони вирощуються, і час, коли рослини можна використовувати для виділення вірусів, треба вибирати так, щоб вихідна концентрація вірусних частинок була якомога найвищою. За даними Р. Метьюза (1973), концентрація багатьох вірусів досягає максимуму через кілька днів або тижнів, а потім дуже швидко знижується.