Внеклеточное полимерное вещество

редактировать
Формирование матрицы внеклеточного полимерного вещества в биопленке

Внеклеточные полимерные вещества (EPS ) природные полимеры с высокой молекулярной массой, секретируемые микроорганизмами в окружающую среду. ЭПС устанавливают функциональную и структурную целостность биопленок и считаются фундаментальным компонентом, определяющим физико-химические свойства биопленки.

ЭПС в основном состоят из полисахаридов ( экзополисахариды) и белки, но включают другие макромолекулы, такие как ДНК, липиды и гуминовые вещества. EPS являются строительным материалом для бактериальных поселений и либо остаются прикрепленными к внешней поверхности клетки, либо секретируются в ее среду для роста. Эти соединения важны для образования биопленок и прикрепления клеток к поверхностям. ЭПС составляют от 50% до 90% от общего количества органических веществ биопленки.

Экзополисахариды (также иногда сокращенно ЭПС ) представляют собой высокомолекулярные полимеры, которые состоят из остатков сахара и секретируются микроорганизм в окружающую среду. Микроорганизмы синтезируют широкий спектр многофункциональных полисахаридов, включая внутриклеточные полисахариды, структурные полисахариды и внеклеточные полисахариды или экзополисахариды. Экзополисахариды обычно состоят из моносахаридов и некоторых неуглеводных заместителей (таких как ацетат, пируват, сукцинат и фосфат ). Благодаря широкому разнообразию состава экзополисахариды нашли разнообразное применение в различных пищевых и фармацевтических отраслях промышленности. Многие микробные EPS обладают свойствами, которые почти идентичны свойствам камедей, используемых в настоящее время. Благодаря новаторским подходам предпринимаются усилия по замене традиционно используемых растений и водорослей их микробными аналогами. Более того, был достигнут значительный прогресс в открытии и разработке новых микробных ЭПС, которые имеют новые промышленные применения.

Содержание

  • 1 Функция
    • 1.1 Экология
    • 1.2 Новое промышленное использование
  • 2 Список внеклеточных полимерных веществ
  • 3 См. Также
  • 4 Ссылки
  • 5 Внешние ссылки

Функция

Капсульные экзополисахариды могут защищать патогенные бактерии от высыхания и хищничества и вносить свой вклад в их патогенность. Бактерии, присутствующие в биопленках, менее уязвимы по сравнению с планктонными бактериями, поскольку матрица EPS может действовать как защитный диффузионный барьер. На физические и химические характеристики бактериальных клеток может влиять состав EPS, влияющий на такие факторы, как распознавание, агрегация и адгезия клеток в их естественной среде. Кроме того, слой EPS действует как ловушка для питательных веществ, способствуя росту бактерий.

Экзополисахариды некоторых штаммов молочнокислых бактерий, например, Lactococcus lactis subsp. cremoris, придают желеобразную консистенцию кисломолочным продуктам (например, Viili ), и эти полисахариды также легко усваиваются. Примером промышленного использования экзополисахаридов является применение декстрана в панеттоне и других видах хлеба в хлебопекарной промышленности.

Экология

Экзополисахариды могут облегчают прикрепление азотфиксирующих бактерий к корням растений и частицам почвы, что способствует симбиотическим отношениям. Это важно для колонизации корней и ризосферы, которая является ключевым компонентом почвенных пищевых сетей и круговорота питательных веществ в экосистемах. Это также обеспечивает успешную инвазию и инфицирование растения-хозяина.

Бактериальные внеклеточные полимерные вещества могут способствовать биоремедиации тяжелых металлов, поскольку они обладают способностью адсорбировать катионы металлов, среди других растворенных веществ. Это может быть полезно при очистке систем сточных вод, поскольку биопленки могут связываться и удалять металлы, такие как медь, свинец, никель и кадмий. Сродство связывания и металлическая специфичность EPS варьируются в зависимости от состава полимера, а также таких факторов, как концентрация и pH.

В геомикробиологическом контексте наблюдалось, что EPS влияют на осаждение минералов., в частности, карбонаты. EPS может также связываться и улавливать частицы в суспензиях биопленок, что может ограничивать диспергирование и циклическое изменение элементов. Стабильность отложений может быть увеличена с помощью EPS, поскольку он влияет на сцепление, проницаемость и эрозию отложений. Есть свидетельства того, что адгезия и способность связывания металлов EPS влияет на скорость выщелачивания минералов как в экологическом, так и в промышленном контексте. Эти взаимодействия между EPS и абиотической средой позволяют EPS оказывать большое влияние на биогеохимический цикл..

Взаимодействие хищник-жертва между биопленками и бактериоядными животными, такими как обитающая в почве нематода Caenorhabditis elegans, была тщательно изучена. Биопленки Yersinia pestis могут препятствовать питанию путем образования липкой матрицы и образования агрегатов, блокируя рот C. elegans. Более того, биопленки Pseudomonas aeruginosa могут препятствовать скользящей подвижности C. elegans, называемой «фенотипом болотного болота», что приводит к улавливанию C. elegans внутри биопленок и предотвращению исследования нематод, питающихся чувствительными биопленками. Это значительно снизило способность хищников питаться и размножаться, тем самым способствуя выживанию биопленок.

Новое промышленное использование

Из-за растущей потребности в поиске более эффективной и экологически чистой альтернативы традиционным методам удаления отходов промышленность уделяет больше внимания функции бактерий и их EPS в биоремедиация.

Исследователи обнаружили, что добавление EPS из цианобактерий в сточные воды удаляет тяжелые металлы, такие как медь, кадмий и свинец. Только ЭПС могут физически взаимодействовать с этими тяжелыми металлами и поглощать их посредством биосорбции. Эффективность удаления можно оптимизировать, обрабатывая EPS различными кислотами или основаниями перед добавлением их в сточные воды. Некоторые загрязненные почвы содержат высокие уровни полициклических ароматических углеводородов (ПАУ); EPS от бактерии Zoogloea sp. и гриб Aspergillus niger эффективно удаляют эти токсичные соединения. EPS содержат ферменты, такие как оксидоредуктаза и гидролаза, которые способны разлагать ПАУ. Степень разложения ПАУ зависит от концентрации EPS, добавленных в почву. Этот метод оказался дешевым и очень эффективным.

В последние годы было обнаружено, что EPS от морских бактерий ускоряет очистку от разливов нефти. Во время разлива нефти Deepwater Horizon в 2010 году эти бактерии, продуцирующие EPS, смогли быстро расти и размножаться. Позже было обнаружено, что их EPS растворяли масло и образовывали масляные агрегаты на поверхности океана, что ускоряло процесс очистки. Эти масляные агрегаты также являются ценным источником питательных веществ для других морских микробных сообществ. Это позволило ученым модифицировать и оптимизировать использование ЭПС для очистки разливов нефти.

Список внеклеточных полимерных веществ

Сукциногликан из Sinorhizobium meliloti

См. также

Ссылки

Внешние ссылки

  • EPS, BioMineWiki
Последняя правка сделана 2021-05-19 10:17:11
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте