Грибковая биотехнология или "микотехнология" значительно продвинулась вперед за последние пять десятилетий.
Наземные грибы используются в производстве различных внеклеточных ферментов, органических кислот, антибиотиков и антихолестериновых. Они использовались, как носители экспрессии, а также как источник новых генов.
С помощью современных молекулярно-генетических инструментов грибы используются в качестве "клеточных заводов" для производства гетерогенных белков и человеческих белков.
В таком случае, какие перспективы открывают морские грибы? Как морские грибы сравниваются с наземными грибами, которые стали важной целевой группой для фармацевтических препаратов и ферментов?
Что такое морские грибы?
Морские грибы образуют экологическую, а не таксономическую группу организмов. Среди них облигатные морские грибы растут и спорулируют исключительно в морской воде, а их споры способны прорастать в морской воде.
С другой стороны, факультативные морские грибы – это грибы из пресной воды или наземной среды, которые подверглись физиологической адаптации, позволяющей им расти и, возможно, также размножаться в морской среде.
До настоящего времени было зарегистрировано около 800 видов облигатных морских грибов, принадлежащих к грибам. В основном это аскомицеты, анаморфы и несколько басидиомицет.
Среди страминипилановых грибов те, которые относятся к лабиринтомицетам, состоящих из thraustochytrids, aplanochtrids и labyrinthulids, обязательно являются морскими, а те, которые принадлежат oomycetes, также довольно широко распространены в морской среде.
Морские грибы чаще всего встречаются при разложении древесины и растительных остатков в прибрежных водах, а также распространены в известковых раковинах животных.
Уникальные особенности морской среды и их актуальность для морских грибов
Рассмотрение уникальных свойств морской среды имеет важное значение для морской биотехнологии по ряду причин:
- Хорошее понимание экосистемы поможет в поиске новых генов
- Процессы биотехнологического производства зависят от специальной адаптации организмов к окружающей среде.
Физическими факторами, оказывающими наибольшее влияние на морские грибы, являются:
- соленость – средняя соленость морской воды составляет 33-35 %о. Для сравнения: пресная вода содержит менее 0,05%о солей. Гораздо более соленым, чем море, являются гиперсолевые воды, такие как воды Мертвого моря, содержащие от 50 до 100 %о.
- низкий потенциал воды является одной из проблем морской воды. Поэтому организмы, живущие в нем, должны поддерживать потенциал воды ниже, чем потенциал морской воды в своих клетках, чтобы обеспечить поглощение воды.
Морские грибы поддерживают этот градиент, накапливая осмолиты, такие как глицерин, маннит, полиол и трегалоза. Например, морские дрожжи вырабатывают глицерин для поддержания своего внутреннего осмотического потенциала в ответ на увеличение солености
- высокая концентрация ионов натрия в морской воде также придает клеткам организмов, обитающим в море, некоторые уникальные свойства.
Натрий, даже в небольших концентрациях, токсичен для большинства живых клеток в наземной и пресноводной среде. Известно, что многие морские грибы снижают токсичность ионов натрия, связывая их в вакуолях или обладают очень эффективными натриевыми стоками АТФазой.
С другой стороны, у грибов страминипилана, thraustochytrids и labyrinthulids есть абсолютная потребность в натрии для их роста и споруляции.
Таким образом, эти две группы являются отличными инструментами для понимания физиологии роста и продукции ферментов в присутствии натрия.
- рН – наземные грибы обычно лучше растут при рН 4,5-6,0, тогда как было продемонстрировано, что факультативные морские грибы растут и продуцируют различные внеклеточные ферменты при рН 7-8.
- низкая температура,
- олиготрофные условия питания – рост грибов на линзах микроскопа, контактных линзах и предметных стеклах в наземных средах свидетельствует об олиготрофном существовании наземных грибов.
В толще воды уровни органических питательных веществ сравнительно низкие и в основном находятся в устойчивом состоянии. Грибки не растут свободно в толще воды. Тем не менее, грибы, вероятно, образуют микроколонии в морских отложениях.
- высокое гидростатическое давление.
Причем последние три параметра являются уникальными для глубоководной среды.
Грибки в экстремальных морских условиях
О грибах сообщалось в экстремальных земных средах, таких как арктические ледники, почвы полярных пустынь с влажностью менее 5% и содержанием углерода 0,03%. и температура –20 °C и в образцах стратосферного воздуха на высоте 41 км.
В морской среде экстремальные условия встречаются в виде повышенного гидростатического давления и низкой температуры в глубоководных районах, низких температур в морском льду, высокой температуры и повышенного гидростатического давления с высокими концентрациями металлов в гидротермальных жерлах, гиперсолевых водоемах и гипоксических условиях. (недостаток кислорода) в прибрежных и морских водах.
Несколько фармацевтических компаний занимаются биоразведкой морских экстремальных сред. Они концентрируются на экстремофильных бактериях для их биоразнообразия, термостабильных и толерантных к холоду ферментов, новых вторичных метаболитов, толерантных к металлу ферментов, стрессовых белков и потенциалов биоремедиации для получения прибыли.
Грибы в экстремальных морских условиях
О грибах сообщалось в экстремальных земных средах, таких как арктические ледники, почвы полярных пустынь с влажностью менее 5% и содержанием углерода 0,03%. и температура –20 °C и в образцах стратосферного воздуха на высоте 41 км.
В морской среде экстремальные условия встречаются в виде повышенного гидростатического давления и низкой температуры в глубоководных районах, низких температур в морском льду, высокой температуры и повышенного гидростатического давления с высокими концентрациями металлов в гидротермальных жерлах, гиперсолевых водоемах и гипоксических условиях. (недостаток кислорода) в прибрежных и морских водах.
Несколько фармацевтических компаний занимаются биоразведкой морских экстремальных сред. Они концентрируются на экстремофильных бактериях для их биоразнообразия, термостабильных и толерантных к холоду ферментов, новых вторичных метаболитов, толерантных к металлу ферментов, стрессовых белков и потенциалов биоремедиации для получения прибыли.