Антибиотики, токсины грибов и вещества — регуляторы проницаемости

Из других типичных для грибов соединений, обычно выраба­тываемых ими в небольших количествах, выявляются такие про­дукты адаптивного назначения, как антибиотики, токсины и ами­ны— регуляторы проницаемости мембран. Все эти категории веществ встречаются и у других организмов с осмотическим пита­нием: у прокариот — бактерий и актиномицетов. Для грибов ха­рактерны определенные типы соединений, реже встречающиеся у прокариот. Последняя из упомянутых здесь категорий низкомо­лекулярных регуляторов проницаемости, видимо, характерна толь­ко для царства грибов. У бактерий же эта функция осуществляется преимущественно с помощью энзимов, в частности известной у мно­гих патогенов гиалуроиидазы. У грибов, подобно животным, она принадлежит обширному классу аминов.

Антибиотики и токсины грибов часто схожи между собой, на если и отличаются друг от друга, то лишь небольшой деталью строения, например одной боковой группой. Это можно видеть на примере фитотоксинов и антибиотиков, образуемых видами рода Fusarium из секции Martiella (табл. 1.11), где в зависимости от замены в нафтохиноновой группе тех или иных заместителей в боковых цепочках осуществляются все переходы от фитотокси­ческого к фунгицидному или бактерицидному эффекту (Kern,. Naef-Roth, 1967):

‘Г аблица 1.U

Строение й свойства нафтазариновых производных, образуемых видами Fusarium из секции Martiella

Минимальные дозы препаратов

для подавления роста проростков томатов, мг/кг < фи тото кс нчность)

для прорастания спор Botrytis allii мкг/мл (антифун — гальность)

для подавления роста Bacillus subtil і* мкг/мл’ бактерицид и ость)

для 50% подавления декарбоксилировання пирувата а-декар — бокснлаэой пнвных дрожжей-10“* М

Производные	Строение

ОН О

I II 1 <5 Ч// он О СН2ОН ОН о і ) снз Н, СО^///

о

Ч//

сн,

он о

н3со
Мартицин и изо- мартицин
500
60	660
Фузарубин
40	20	500	100
Яваницин
60	20	500	і 05

ю

сл

Продолжение табл. 1.11

			Минимальные дозы препаратов
Производные	Строение	для подавления роста проростков томатов, мг/кг (фитотоксичиость)	для подавления роста Baciilas subiilis мкг/мл (бактери­цид иость)	для прорастания спор Botrytis all И мкг/мл (аитнфуи- гальиость)	для 50% подавления декарбоксилирования пирувата а-декар — боксилазой пивных дрожжей* 10" • М
Норяваницин	он о 1 1 СНз н со^Y/Y/Y/ 1 II ь	90	10	10	12
Новорубин	Y 1 он о ОН О СНаОН 1 1 1 сн, Н, С0П (У ч// око1	35	5	5	14

/

оси,

н2с

-с—снсн2сн=с< / о

О сн,

/СН3

/

/

чсн.

со—СН=СН—сн=сн—сн=СН—сн ^снсоон

Фумагиллин

СН=С—С=С—СН=с=СН—СНОН—СН2—СН2—соон

Немотиновая кислота

CHS—С=С—Сг=С—СН=С=СН—СНОН—сн2—сн2—соон

Одиссовая кислота

Характерной особенностью подобных метаболитов грибов с фи­тотоксическим или антибиотическим действием является отсутствие в структурах большинства из них азота. Почти, как правило, они являются алифатическими или ароматическими соединениями кис­лой природы, причем первые из них часто имеют непредельный характер, обладая рядом двойных или тройных связей, т. е. струк­турой полиэнов, как фреквентин, палитантин или фумагиллин, или полиацетилленов, как немотиновая или одиссовая кислота (Бек­кер, 1963; Шиврина, 1965).

Циклических соединений среди антибиотиков и токсинов грибов еще больше, чем алифатических. К ним относятся многочисленные стеролы, такие, как полипореновая кислота и другие антибиотики высших базидиомицетов, гельволевая кислота, образуемая Asper­gillus fumigatus, и разнообразного типа производные бензола, та­кие, как фумигатин, спинузолин и многие другие (Беккер, 1963; Шиврина, 1965). Все эти соединения часто представляют собой кислоты, спиртокислоты, альдегиды или кетоны:

СН,

сн.

СНЯ

СООН

сн /

но

CHS /|/ /у— / Полипореновая кислота А

СН(СН2)2 с—сн

/

о

II

-OCHs

/

но—.

/

о

Спинулозин

S сн3 //

RCO—NH—CH—СН С

I

I СН3

СО—N—— СНСООН

Пенициллин (R — арил или алкил)

Много уже по разнообразию их строения круг антибиотиков пептидной природы, к которым относятся пенициллины и цефало — спорины. Оии представляют собой относительно низкомолекуляр­ные соединения трипептидиого типа, чаще с ие содержащими азота радикалами, в противоположность бактериальным и актиномицет — иым антибиотикам — пептидам с их чисто аминокислотным слож­ным циклическим строением.

Особенно типичными для грибов и ‘совершенно несходными с характерными для прокариот оказываются их азотсодержащие соединения, относящиеся к токсинам, действующим на животных, принадлежащие к классу аминов (Беккер, 1975, 1977). Они обла­дают, как правило, способностью к повышению проницаемости1 клеточных мембран живых организмов. Их токсический эффект в отношении животных или растений объясняется свойством по­вышать проницаемость, являющимся приспособлением к осмоти­ческому типу питания и к актам паразитизма или симбиоза (Бек­кер, 1977).

К таким соединениям относятся, например, лизергиновые ал­калоиды спорыньи и пиридины рода Fusarium, многочисленные амины и холиновые соединения высших гименомицетов, среди ко­торых часто встречаются и свойственные организмам животных и человека регуляторы проницаемости, кровяного давления и функ­ций нервной системы, как гистамнн, ацетилхолин и серотонин. Сильный нейротропный эффект грибных ядов объясняется влия­нием в направлении повышения проницаемости, на основе которой осуществляются все функции центральной и периферической нерв­ной системы.

Арсенал этих соединений, имеющийся у грибов, намного шире, чем существующий у животных, что можно видеть хотя бы на примере производных серотонина, являющихся, как и антагонисты серотонина, лизергиновые алкалоиды, галлюциногенными соедине­
ниями. Никакой другой группой живых организмов, кроме живот* ных и отдельных семейств высших растений, подобные соединения не продуцируются, и у грибов их обилие и разнообразие много больше, чем в двух упомянутых царствах природы. Более того, грибы-патогены не только продуцируют сами, но и способны ин­дуцировать у высших растений-хозяев образование веществ с того же типа физиологическим эффектом повышения проницаемости мембран. Такие соединения из классов кумаринов и терпенов носят название фитоалексинов.

Запасные вещества грибов

«Запасные вещества» — термин не слишком точный, если им обозначать вещества, сохраняемые впрок для дальнейшего их ис­пользования, поскольку происхождение и функции их не всегда однозначны. В их число могут попасть и некоторые антибиотики, как накапливаемые в больших количествах полиацетилены, пиг­менты и отходы и продукты их ресинтеза после других биосинте­тических процессов, как например волютин. В данном случае речь пойдет только о запасных веществах прямого назначения, т. е. об углеводах, жирах и мочевине.

Из числа углеводов, локализованных в клетках грибов, для них характерны гликоген, маннит, дисахарид трегалоза (или микоза). Количество гликогена в плодовых телах и мицелии грибов может варьировать от 1,5 до 40% в зависимости от вида гриба и возраста плодового тела. В молодых плодовых телах и культурах грибов его соответственно больше на целый порядок, чем в старых с со­зревшими спорами.

н, с—сн-сн-сн-сн-сн,

2I I I I I — I 2

он он он он он он

Маннит

Трегалоза — дисахарид (а-Б-глюкозидо-а. В-глюкозид) встреча­ется обычно в небольших количествах, чаще в десятых долях процента по отношению к массе сухого мицелия, но иногда коли­чество ее доходит до 1—2%. С ее использованием, видимо, связано накопление шестиатомного спирта, маннита, которого в плодовых телах грибов может накапливаться до 10—15%, особенно в гиме — нии базидиомицетов. В значительных количествах он встречается у видов рода Boletus (В. scaber, В. aurantiacus, В. crassus). Ман­нит в большей степени присущ более зрелым мицелию и плодовым телам, что можно видеть из примера плодовых тел Phallus impu — dicus, в которых он преобладает над трегалозой. По-видимому, при метаболизме трегалозы в этих плодовых телах может синте­зироваться маннит. Как трегалоза, так и маннит из числа других •организмов свойственны в основном насекомым.

Из других веществ в мицелии грибов часто содержится много жира, скапливающегося в форме каплевидных включений, которые могут потребляться грибами при росте или споруляции. В молодом мицелии Pйnicillium chrysogenum количество его может доходить до 35%, тогда как в стареющем мицелии оно падает до 4—5% от массы сухого мицелия.

Для жиров грибов типично высокое содержание ненасыщенных жирных кислот, олеиновой, линолевой, линоленовой и других, жид­ких при комнатной температуре, и большое количество неомыляе­мых липидов, т. е. стероидов. В мицелии Pйnicillium chrysogenum количество стероидов типа эргостерина достигает 1 % от массы сухого мицелия. Есть основания считать, что у некоторых грибов на определенных стадиях их развития стероиды могут составлять до 80%) от состава их жировой фракции, причем часто это бывают биологически активные вещества, токсины или витамины.

Накопление жиров у грибов часто зависит от возраста куль­туры или от состава питательной среды, в частности от наличия в ней углеводов. Как отмечалось, с повышением концентрации глюкозы в среде увеличивается количество жировых веществ. Хотя прямой пропорциональности между накоплением жиров и увели­чением концентрации глюкозы и не существует, чтобы поднять количество жировых веществ в мицелии дереворазрушающего гри­ба вдвое, оказалось необходимым увеличить концентрацию сахара в питательной среде с 10 до 40% (Рипачек, 1967).

В противоположность всем другим группам организмов у гри­бов может накапливаться в качестве запасного вещества мочевина до 12—15% (Иванов, 1928, 1936).

3. Минеральные вещества в мицелии грибов

Изменение концентрации компонентов питательной среды ска­зывается и на накоплении минеральных веществ в мицелии. Ко­личество золы в мицелии трутовика Fomes marginatus оказалось наибольшим при выращивании его на неразбавленной среде Ва­рена (Рипачек, 1967).

Количество минеральных веществ золы, встречающееся у гри­бов, чаще всего колеблется в пределах от 6 до 12% от массы су­хого мицелия. В их зольном составе обычно преобладают калий и фосфор и несколько меньше магния и железа. Ниже приведен состав преобладающих компонентов из мицелия продуцента пени­циллина (%): зола—11,9 (от массы сухого мицелия), фосфор — 2,35, кальций— 1,39, магний — 0,86, железо—0,38.

Так как потребность в минеральных и других компонентах питательной среды складывается на основе преобладающих у дан­ного вида путей метаболизма, состав основных компонентов золы грибов может сильно варьировать. Так, у дрожжей с их преобла­данием гликолитического пути обмена, связанным с переработкой

углеводов через путь спиртового брожения, при слабом размно­жении клеток в составе золы обнаруживается до 50% фосфора, который особенно необходим для этих процессов, и 25% калия. Напротив, у малоспособных к спиртовому брожению, но сильно разрастающихся гифообразующих грибов наблюдается в их золе обратное соотношение..Около 50% ее составляет калий и поряд­ка 25% — фосфор.

В остальных 25% от состава золы грибов можно обнаружить до 50 различных элементов, обычно встречающихся в почве: маг­ний, железо, медь, цинк, марганец, кальций. Фосфор, калий и сера составляют контингент самых важных неорганических компонен­тов обмена и содержатся в наибольших количествах. В этом от­ношении грибы принципиально не отличаются от других живых организмов.