Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2007 №5
Шрифт:
Количество ферментов в грибах подчиняется общему правилу. Чем более специально приспособлен к определенному субстрату вид (например, мухомор, растущий на почве хвойных и смешанных лесов), тем меньшим количеством ферментов он обладает (у мухомора их не более четырех). Многие низшие грибы, поражающие большое количество субстратов, и высшие, дереворазрушающие (трутовики, вешенка), которым приходится находить провиант в сложных соединениях древесины, обладают достаточно большим ассортиментом ферментов. Этим объясняется тот факт, что выделенные из естественной среды произрастания грибы хорошо развиваются в искусственных условиях в научных лабораториях. Здесь они растут в так называемой чистой культуре.
Чистая культура грибов
Для жизни грибного организма необходимы углерод, азот и минеральные элементы, которые он добывает усердной работой из массы субстрата. В результате получаются растворимые и усвояемые вещества — сахар, аминокислоты и минеральные соли. Особенность чистой культуры состоит в том, что эти вещества даются грибу в чистом виде (питательного раствора), чем устраняется надобность
Состав искусственных питательных сред включает питательные элементы, воду и вещество, позволяющее зацементировать среду в единое целое, придав ей твердый вид — агар. Агар — это своего рода растительный клей, близкий по составу к клетчатке, и добывается он из красных водорослей агар-агар. В пищевой промышленности агар используется в приготовлении кондитерских изделий. Например, кубики мармелада застывают при участии агара, а желеобразные начинки конфет приобретают свою консистенцию также благодаря нему. Агар значительно разбухает в воде.
Грибную культуру разводят в специальной посуде — чашках Петри, различных емкостях и т. п. Спорами или кусочком грибницы засевают поверхность питательного агара. Грибы прекрасный объект для исследований обмена веществ в организме. Чистая культура грибов позволяет максимально упрощенно получить ответы на многие вопросы: о роли того или иного питательного элемента в жизни клеток, скорости операций превращения различных веществ, зависимости развития от тех или иных условий и т. п.
Иногда грибы образуют маленькие плодоношения в условиях чистой культуры, демонстрируя тем самым свою 100-процентную принадлежность к тому или иному виду. Это особенно является важным обстоятельством, поскольку большинство грибов имеет одинаковое строение своих вегетативных органов и не всегда можно их отличить друг от друга, даже используя специальную микроскопическую технику. Если культура долго не развивает плодовые тела, то, пересеивая ее раз от раза в течение продолжительного времени на новые питательные среды, нельзя гарантировать точно, какого именно она племени. Возможно, что доставленное из леса существо уже давно принесло себя в жертву однотипному собрату и ухаживание ведется теперь за совершенно чуждым организмом. Такая неприятность уже случалась в исследовательской работе еще на заре приручения дикого шампиньона. Много сил и стараний было потрачено на то, чтобы прижилась предположительно его грибница в чистой культуре. Поддерживая ее жизнедеятельность, питательные среды подавались одна за другой, менялся их состав в расчете на составление самого изысканного рецепта, менялись разнообразные комбинации значений условий окружающей среды в надежде найти самую благоприятную. Однако все было тщетно. Цикл развития гриба никак не хотел приближаться к естественному концу — размножению. Ошибка вскрылась через продолжительное время и оказалось, что местом шампиньона довольно беззастенчиво пользуется некий несовершенный гриб. Выявить нахлебника помогло то, что он, будучи не в силах стерпеть восторга от радушия и гостеприимства, решился дать жизнь новому поколению. По характерным для низших грибов плодовым образованиям и была установлена его принадлежность. Но затем все равно упорство энтузиастов было вознаграждено, и первые плодовые тела шампиньона в чистой культуре были получены. Метод, используемый для этого, был довольно интересным. Он получил название «чашечных половинок». Чашки Петри (стеклянные блюдца с высокими бортами) заполнялись компостированным конским навозом в сочетании с дерновой почвой. Затем их стерилизовали и засевали грибницей, выращенной на зерне. На 10–14 суток чашки оставляли в специальной влажной камере, с соответствующей температурой. Для плодоношения шампиньону необходим слой почвы, в котором будут завязываться плодовые тела и из которого они затем будут получать необходимую для развития влагу. Этот слой обычно насыпается сверху субстрата, в котором развивается грибница. В методе «чашечных половинок» ввиду невозможности расположения над поверхностью субстрата этого слоя (чашка с субстратом уже и до этого засыпана до краев)
было решено почву уложить рядом с этим субстратом. Пустая чашка Петри заполнялась полностью увлажненной смесью дерновой земли, низинного торфа и мела и ставилась непосредственно сбоку, касаясь чашки с освоенной шампиньоном средой. Дальнейшее выращивание гриба происходило под стеклянным колпаком, куда были помещены обе чашки. Гифы грибницы, разыскивая подходящие условия для плодообразования, переползали в чашку с землей, сплетали внутри нее сети и затем, спустя некоторое время образовывали там плодовые тела маленьких шампиньончиков.
Грибная жизнь ради ценного сырья
Грибы в чистой культуре можно выращивать не только на твердой среде, но и на жидкой. Способ выращивания на жидкой среде практически не отличается от предыдущего способа — и там, и там, питание происходит за счет раствора питательных элементов. Однако на твердой поверхности гриб не рискует утонуть (хмм…м — прим. ред) и каждой гифой он чувствует определенную опору из частиц субстрата. На жидком субстрате приходится побороться за свою жизнь, и единственным выходом кажется одно — превратиться в нечто плавучее. Что, собственно, гриб и делает. Его гифы тесно, одна к другой сплетаются в одной плоскости в единое целое, образуя поверхностную пленку. Такое образование наподобие плота довольно успешно противостоит природе воды, и даже способно выдержать ее небольшое возмущение.
Если в твердом субстрате гриб отправляется на охоту за пищей на всю его глубину, методично обследуя слой за слоем, то в жидкой среде это происходит несколько иным образом. Здесь «молочная река» непосредственно омывает грибные органы и надо только постараться при помощи небольших порций ферментов приготовить из нее традиционный коктейль.
Помимо поверхностной пленки жизнь гриба в водной среде может принимать и иные черты. Это происходит в том случае, когда жидкость приходит в результате какого-либо явления в движение, ее слои перемешиваются друг с другом и соблюдаются тем самым признаки ее поведения при шторме. Естественно, что пленка гриба через некоторое время при таких условиях уйдет на дно, будучи спроектированной, в расчете на стационарное, спокойное состояние среды. И тут грибы выручает их способность к выживанию. Она проявляется в налаживании жизни и в толще жидкой среды, на глубине при помощи отдельных элементов грибной ткани. Это могут быть образования различной формы — нити, шарики, обрывки переплетенных, ветвящихся тяжей. И здесь только необходимым является продолжение буйства водной стихии. Поскольку тогда внутри нее будет необходимый кислород. Вполне сносное существование и развитие грибов в такой казалось бы недружественной обстановке позволило выращивать их еще одним приемом чистой культуры — так называемым погруженным выращиванием. Этот прием оказался настолько хорош и эффективен, что им стали пользоваться для получения необходимых результатов в промышленных масштабах. Грибы в процессе своей жизнедеятельности выделяют в окружающую среду различные продукты: антибиотики, кислоты, витамины, ферменты и т. п. Эти продукты представляют собой побочные выделения обмена веществ. Они получили широкую известность и признание, став незаменимым сырьем в производстве очень ценных лекарственных препаратов и изделий легкой и пищевой индустрии. Погруженное выращивание позволяет использовать значительный объем питательных сред. Жидкость наливают в специальные чаны — ферментеры, емкостью от 10 литров до нескольких сотен литров. Естественно, что в этом случае выход нужных веществ (продуцируемых грибными клетками) увеличивается с единицы площади до максимальных пределов. Чтобы грибы не задохнулись в питательной жидкости, ферментеры при помощи специальных механизмов подвергают непрерывной встряске. После окончания «жидкого» периода развития гриба питательная среда напоминает собой густой суп, насыщенный «обломками» грибницы. Ее отфильтровывают до получения прозрачной жидкости. В дальнейшем используют и жидкость, и грибной осадок. Их качество и способности проходят ряд испытаний так называемыми тест-пробами. Например, при определении антибиотической активности грибной жидкости поступают следующим образом. В чашке Петри выращивают колонии бактерий или посторонних (других видов) грибов. На поверхность питательной среды, в каком-нибудь месте, накладывают полоски фильтровальной бумаги, смоченной в испытуемом растворе. При наличии в растворе антибиотика, вокруг полосок бумаги образуется зона задержки роста тест-микробов. Распространение их колонии минует «заминированный участок» стороной, довольствуясь свободной от сюрпризов территорией.
Кроме антибиотиков широкого спектра действия из грибной жидкости и экстрактов грибницы получают антибиотики с более специфическим направлением, запрограммированных на уничтожение опухолей и вирусов. Определяют свойства антибиотиков также путем опытов. Для отбора противовирусных препаратов применяют искусственное заражение животных (например, вирусом гриппа) и растений (вирусом табачной мозаики). Потом животным впрыскивают раствор антибиотика, а зараженную растительную ткань (листья) погружают в него. По скорости и степени выздоровления зараженных организмов судят об эффективности данного антибиотика. При отборе противоопухолевых антибиотиков используют в качестве тест-объекта раковые клетки (из зараженных тканей). Их смешивают с испытуемым антибиотиком, получая смесь жидкого состава. Затем полученную смесь вводят подкожно мышам. Через 10 дней обычно мышей убивают и определяют наличие опухолей. Если антибиотик достаточно активен, то, как правило, он уничтожает раковые клетки, не давая им вызвать образование опухолей.
По определении достоинств грибной жидкости и грибницы из них производят получение искомых продуктов в концентрированном виде. Жидкость выпаривают до твердого осадка, а грибную ткань подвергают экстракции каким-либо растворителем (спиртом, кислотой). Затем экстракт также упаривают. Искомые вещества представляются в виде порошка или кристаллов. Более подробную информацию о применении этих веществ можно найти в разделе книги «Применение грибов и продуктов их жизнедеятельности в хозяйственной практике и в медицине».
Ферменты в работе
Теперь вернемся к ферментам грибов и остановимся подробно на их деятельности. По характеру своей деятельности ферменты делятся на несколько групп. Первая группа включает в себя ферменты так называемого гидролитического действия. Оно проявляется в следующем. «Команда» из нескольких ферментов расщепляет какое-либо вещество, одновременно присоединяя к его молекулам воду. Конечный результат такой работы — разжижение этого вещества. Характерным примером может служить картина развития какого-либо гриба на поверхности желатина. Верхний слой желатина расплывается лужицей от растворения его твердых составляющих материалов-белков. Таким следом отмечаются обычно ферменты-протеазы. Другие ферменты этой группы, выделенные в команду так называемых пектиназ, оставляют не менее содержательные знаки своего присутствия на том или ином субстрате. Название пектиназа дано этим ферментам не случайно, и произошло оно от их способности утилизировать такое вещество, как пектин. Пектином свойственно именовать межклеточное вещество растительных тканей, склеивающее смежные клетки. Более-менее значительные полости между клетками и скоплениями из них заполнены до предела пектином. Если грибу, имеющему в своем арсенале пектиназы, предложить в качестве субстрата материал с обильным содержанием пектина — например, ломти турнепса или моркови, — то по прошествии некоторого времени обнаруживается довольно любопытное зрелище. Пектиназы буквально выгрызают межклеточное вещество из растительной ткани, вследствие чего она распадается на отдельные мелкие части.