Люминесцентные биосенсоры на основе иммобилизованных в криогеле поливинилового спирта фотобактерий тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.02.03, кандидат наук Алескерова, Лейла Эльшадовна

• Алескерова, Лейла Эльшадовна
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Алескерова, Лейла Эльшадовна

Содержание

ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Биология, экология и таксономия светящихся бактерий

1.2. Биолюминесцентная система бактерий - строение и функции

1.2.1. Реакции бактериальной люциферазы

1.2.2. Механизмы бактериальной люминесценции

1.2.3. Генетическая организация люминесцентной системы

1.2.4. Регуляция свечения

1.2.5. Биосинтез и функционирование в биолюминесцентном процессе алифатических альдегидов

1.3. Биосенсоры

1.3.1. Микробные биосенсоры

1.3.2. Технология люминесцентного биомониторинга токсинов с использованием фотобактерий

1.3.3. Интегральная биодетекция токсинов

1.3.4. Биосенсоры на основе 1их-маркированных и рекомбинантных штаммов микроорганизмов

1.3.5. Биосенсоры на основе иммобилизованных клеток фотобактерий

1.3.6. Непрерывный биомониторинг токсинов с использованием фотобактерий

1.3.7. Поливиниловый спирт как матрица для иммобилизации микроорганизмов

2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

2.1. Бактериальный штамм

2.2. Условия выращивания. Среда культивирования

2.3. Получение биомассы

2.4. Технология иммобилизации фотобактерий в криогеле ПВС

2.5. Определение эмиссионной активности

2.6. Определение биомассы

2.7. Определение АТФ

2.8. Электронная микроскопия

2.9. Анализ токсинов

3. РЕЗУЛЬТАТЫ

3.1. Физиологические и биолюминесцентные характеристики психрофильных бактерий Photobacterium phosphoreum Белого моря

3.2. Иммобилизация фотобактерий в криогеле поливинилового спирта

3.2.1. Технология иммобилизация фотобактерий в криогеле ПВС

3.2.2. Факторы стабилизации биолюминесценции при иммобилизации фотобактерий в криогеле ПВС

3.2.3. Анализ температурной и pH зависимости свободных и иммобилизованных клеток фотобактерий

3.3. Выживаемость иммобилизованных в криогеле ПВС клеток фотобактерий

3.4. АТФ-пул и биолюминесцентная активность у свободных и иммобилизованных клеток бактерий Photobacterium phosphoreum

3.5. Иммобилизованные в криогели ПВС фотобактерии в биолюминесцентном мониторинг экотоксикантов

3.6. Анализ тяжелых металлов, хлорфенолов и пестицидов с

использованием иммобилизованных препаратов

3.7. Иммобилизованные в криогеле ПВС фотобактерии в непрерывном биомониторинге токсинов

4. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

5. ВЫВОДЫ

6. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Люминесцентные биосенсоры на основе иммобилизованных в криогеле поливинилового спирта фотобактерий»

ВВЕДЕНИЕ

Биолюминесценция - генерация видимого света живыми организмами, характерна для самых разнообразных биологических видов, относящихся как к прокариотам, так и к эукариотам: рыб, кальмаров, гидроидных полипов, водорослей и других объектов. 80% светящихся организмов являются обитателями морей и океанов, заселяют морские акватории от полярных до тропических зон, от поверхностных слоев до глубин океанов. В настоящее время установлено тысячи видов, относящихся более чем к тридцати семействам, способные излучать видимый свет (рис.1).

Phyiogenetic Tree of Bíoluminescence

----- ЕО0АСТЕЙ1А

- AHCHAEA

LUCIFERIN-TYPE В Bacterial («symbtont) С - Coelenterazine О - DmollageHate V - Vedute (ostracod) О - Other (known) X Other (unknown)

HABITAT

Nor* LumwMjus

TerreetrtaVFwsh

Marine

* ш unsubstantiated reporta of lum«o

From Haddock, S.H.D (in prosa) "Luminous marine orgenwns" chapter in Pboxoprotetns in Btoonstysss. S Oeunert & S.K. Deo. eda.

Palycystine radio tart a fC]

Acantharsa

Cercozoa

Phaeodanan radiotarta {C)

Foramtmfera

Diatom

PLANT5 A ALGAE

Dmofiageiiata f€>|

FUNGI CO]

CHOANOF LAGELLATA PORIFERA-

CTENOPHORA {CS

Anthozoa {CJ

Scyphozoa [C3

Hydrozoa (Cj

Cutoozoa

Pt_ATYMEl_MJNTH£S

BRYOZOA-

Phorontda

Brachiopoda

Gastropoda [3-XJ

Cephalopoda (B.C.XJ

Scaphopoda

8 i val via [O]

Pogtonophora

Polycnaeta {2-O.X]

OfcQOChaeta fO}

Htrudmea (Leeches)

N£MERTEA(1> [X]

CHAETOONATHA (1) (CJ

NEMATODAf«) |B1

Tardigrade

Hemiptera

Coleóptera £2*0! Hymenoptera

Díptera fXS

CoHemboia jx}

Amphipoda fXJ Isopo-da

Myssd Shrimp (CJ

Decapod Shrimp {CJ

£uphausíac»a ft>! Stomatopoda

Ostracoda [C.v)

Copepoda (CJ Cimpedta (Barnacles) Spiders & Scorpions

Centipede*» pc]

Millipedes (X)

PycnOQOmd (1) fXJ Echmoidea

Hoiothuroidea pCJ

Ophturo»dea ¡xj

Asteroide» [X]

Crinoids fX]

HEMiCMORDATA fO| CEPHALOCHORDAT A Mammals Reptiles & Btrds Amphibians

Ray-finned fishes {B.C.v.X}

Sharks & Rays p<}

Asodw*« (1) ¡O} Saips <1) & Doiioiids [B.XJ

Appendicular*» {C 7}

Рисунок 1. Филогенетическое древо светящихся организмов.

В основе свечения всех организмов лежит хемилюминесцентный процесс преобразования энергии, в котором участвуют специфические ферменты - люциферазы, органические молекулы люциферины и кислород (рис.2).

возбужденный {*) интермедиат

видимый свет

\

1 .л

кислородные формы В ■ кофакторы

люциферин

окисленный люциферин

1

Л

люцифераза

Рисунок 2. Биолюминесцентный процесс, катализируемый люциферазой.

В присутствии люцифераз эффективность преобразования химической энергии в световую возрастает на много порядков. Филогенетически люциферазы у различных светящихся организмов существенно различаются. То же самое касается органических субстратов-люциферинов. Структура люциферинов у ряда биолюминесцентных организмов представлены на рисунке 3.

Рисунок 3. Структура люциферинов у светящихся организмов:

(A) coelenterazine, (В) vargula luciferin, (С) diplocardia luciferin, (D) latia

luciferin, (E) coleóptera luciferin, (F) dinoflagellate luciferin.

Центральную роль у морских светящихся организмов отводится целентеразину, который, как и люциферин участвует в преобразовании энергии у большинства морских светящихся организмов (рис. 4) [105; 106].

Рисунок 4. Структура целентерозина.

Светящиеся бактерии (фотобактерии) являются самым маленьким биологическим объектом, способным генерировать видимую глазом люминесценцию, — продукт, катализируемый бактериальной люциферазой реакции. У фотобактерий в качестве люциферинов могут функционировать восстановленный флафинмононуклеотид (ФМНН?), а также люмазин и рибофлафин в качестве вторичных эмиттеров, а также аналоги и изомеры флавинов (рис. 5).

А. Б.

Рисунок 5. Структура бактериальных люцефиринов - люмазина (А) и флафинмононуклеотида (ФМН) (Б).

Взаимодействие люциферазы с люциферином в присутствии кислорода приводит к формированию синглетного состояния эмиттера (рис. 6)

1ие11ёга>е, О, ЬийГепп ——»- —1М<?гте<йа!е$

к,. - 10* « 3 * *

Р 4- Ну

+

янс=о* + со2

I

анс=о + ьу

р* + и —р' + р

{

Р + Ну

Рисунок 6. Образование синглетной формы эммитера [140].

Трудами ученых Дж.Мак-Элроя, Дж.Гастингса, С.Шимамуры, Ф.Джонсона, С.Стреллера и М.Кормьера, Е.Мейгена и других к настоящему времени определены основные физиолого-биохимические и физико-химические характеристики биолюминесцентного процесса, структурные и энергетические параметры биолюминесцентной системы. Установлена структура бактериальных люцифераз различных видов бактерий, получены кристаллические структуры бактериальных люцифераз, охарактеризованы субстраты и интермидиаты биолюминесцентного процесса. Изучена генетическая организация биолюминесцентной системы бактерий, механизм трансформации химической энергии в световую, регуляция свечения на биохимическом и молекулярно-генетическом уровне. Получен широкий круг 1их-маркированных генно-инженерных штаммов многих видов бактерий. Разработаны биолюминесцентные тест-системы с использованием бактериальной люциферазы, природных фотобактерий и генно-инженерных штаммов для применения в детекции широкого спектра биологически активных веществ и экотоксикантов [2; 4; 16; 20; 25; 44]. Предложены разнообразные схемы преобразования энергии бактериальной люциферазы [38; 39; 41; 61; 62; 69; 121; 140]. Широкий круг исследований направлен на

решение практических вопросов применения бактериальной люциферазы и светящихся бактерий для аналитических целей в различных задачах клинической медицины, ветеринарии, охране окружающей среды, фармакологии и других областях. Исследования последних лет направлены на решение молекулярно-генетических и биотехнологических задач. Светящиеся бактерии широко использованы для выяснения механизмов клонирования генов и получения новых рекомбинантных штаммов [82]. Основную привлекательность светящимся бактериям в области молекулярно-генетических исследований создает простота контроля за тем или иным процессом - по эмиссионным параметрам люциферазной реакции.

К фундаментальным достижениям научных исследований в области бактериальной биолюминесценции могут быть отнесены следующие: установлены субстраты бактериальной люцифиразы и стехиометрия люциферазной реакции; идентифицировано а, Р- субъединичное строение люциферазы; показана функциональная роль длинноцепочечных алифатических альдегидов (Св-С^) в биолюминесцентном процессе; проанализированы кинетические стадии и числа оборотов разных люцифераз; определены физические характеристики квантового выхода эмиссионного процесса; показано образование 4-а-гидроперикиси на первичных стадиях преобразования энергии и флавин-4-а-гидроксида на конечной стадии процесса. Установлено, что бактериальная люцифераза функционально является монооксигеназой. Исследованы пути биосинтеза алифатических альдегидов клетки и систем восстановления флавинового субстрата люциферазы (редуктаза жирных кислот и НАДН:ФМН-оксидоредуктаза).

Исследование бактериальной люминесценции наиболее интенсивно проводились в течение последних 40 лет. Условно эти исследования можно разбить на следующие этапы:

1. 60-80 годы - физиолого-биохимическая эра. Основные достижения:

установлен статус фотобактерий, изучена физиология и морфология фотобактерий, строение люминесцентной системы, выделены и охарактеризованы бактериальные люциферазы из различных штаммов фотобактерий. Описан механизм преобразования энергии люциферазой. Результатом практического применения являлась разработка на основе бактериальной люциферазы разнообразных аналитических датчиков на биологически активные вещества для клинической медицины и биотехнологии. Два основных элемента успешной реализации биолюминесценции в аналитических задачах: высокая интенсивность излучения как in vivo, так и in vitro, позволяющая использовать простую фоторегистирующую аппаратуру и экспрессно детектировать метаболиты и ферменты на пикомолярном уровне.

2. 80-90 годы - значительные достижения по молекулярно-генетической организации биолюминесценцентной системы бактерий. Клонирование генов люминесцентной системы в различные объекты. Получение кристаллической формы люциферазы. Детализация механизма свечения. Идентификация альтернативных (вторичных) флуоресцентных BFP (blue fluorescent protein) и YFP (yellow fluorescent protein) эмиттеров. Выявление регуляторных механизмов свечения. Изучение кворума сенсинга и функциональной роли ацилгомолактонов в аутоиндукции биолюминесцентной реакции. Создание на основе фотобактерий и разнообразных рекомбинантных штаммов токсикологических биосенсоров на тяжелые металлы, пестициды, инсектициды и другие загрязнители среды.

3. 90-е годы по настоящее время - прогресс в научно-фундаментальных знаниях о биолюминесценции позволил создать ряд генрепортерных технологий и высокочувствительных люминесцентных систем, используемых в качестве маркеров для общей биологии, медицины и биотехнологии. Светящиеся бактерии в широких масштабах используются для молекулярно-генетических исследований. Получен набор разнообразных

рекомбинантных организмов с lux CDABE генами. Осуществлено конструирование новых типов биосенсоров на основе природных и рекомбинантных штаммов, как в свободном, так и в иммобилизованном виде. Технологии иммобилизации фотобактерий и lux - рекомбинантных клеток выполнена на различных природных и синтетических носителях, проведено конструирование специфических биосенсорв и технологических оперций для точечной и непрерывной детекции загрязнений окружающей среды. Разработанные технологии биомониторинга экотоксикантов широко использованы в комплексе мер защиты окружающей среды, основанных на применении люминесцентных бактериальных биосенсоров.

К настоящему времени значительный прогресс достигнут в создании различных типов биосенсоров на основе бактериальной люциферазы и интактных клеток фотобактерий для анализа биологически активных веществ (метаболитов, ферментов и других природных соединений), а также для анализа токсинов различной химической природы (тяжелые металлы, разнообразные ксенобиотики, пестициды, инсектициды и другие загрязнителей окружающей среды). Основой широкомасштабного аналитического применения люциферазы и фотобактерий является, прежде всего, высокая чувствительность (ряд веществ анализируется на микромолярном и пикомолярном уровне), быстродействие и экономичность процедуры анализа.

Вопросам экологического биомониторинга уделяется повышенное внимание в связи с существенным загрязнением окружающей среды промышленностью. В использовании фотобактерий для интегральной оценки загрязнения среды, контролем за токсичностью веществ, выбрасываемых промышленными предприятиями, анализом токсичности новых фармакологических и других препаратов, основано на ингибировании эмиссионной реакции. Значительная доля исследований связана с использованием рекомбинантных штаммов различных микроорганизмов с

включенным 1их-опероном. В данном случае проводится специфический анализ тех или иных факторов или химических агентов, вызывающих биологический стресс клетки.

Основные области научных исследований светящихся микроорганизмов:

1. Биология, экология и таксономия светящихся бактерий;

2. Физиологический контроль бактериальной биолюминесценции;

3. Биохимия люминесцентной системы фотобактерий;

4. Структура люциферазы;

5. Субстраты и реакционные пути;

6. Реакционный механизм люциферазы;

7. Клеточная и молекулярно-генетическая регуляция свечения;

8. Молекулярная биология люминесцентной системы бактерий;

9. Функция бактериальной биолюминесценции.

Прикладные задачи применения фотобактерий и бактериальной люциферазы в медицине, экологии и биотехнологии:

1. Биомониторинг экотоксикантов: феромонов, ксенобиотиков;

2. Биолюминесцентный анализ ферментов, коферментов и метаболитов в биологических органах и тканях;

3. Биодетекция, продуктов биосинтеза, биодеградации и трансформации биологически активных веществ;

4. Иммобилизация фотобактерий и бактериальной люциферазы;

5. Разработка технологий получения люминесцентных биосенсоров.

Направления исследований бактериальной биолюминесценции на современном этапе:

1. Природа видового распределения светящихся бактерий по экологическим нишам;

2. Основные элементы адаптации и эволюции фотобактерий;

3. Природа специфического симбиоза фотобактерий в световых органах;

4. Природа паразитизма фотобактерий;

5. Биологическая функция свечения бактерий;

6. Биохимическая функция свечения бактерий;

7. Биологические и химические элементы взаимоотношений фотобактерий с хозяином;

8. Молекулярные основы эволюции фотобактерий;

9. Биохимические элементы возникновения разных типов свечения у различных видов фотобактерий;

10. Температурная, солевая и кислородная адаптация в экологическом распределении видов;

11. Регуляция свечения на биохимическом и молекулярно-генетическом уровнях;

12. Механизм депонирования клеточной энергии на люминесцентную реакцию;

13. Функциональное значение светового выброса энергии клеток;

14. Биологическая функция фотобактерий во внутренних органах морских организмов;

15.Механизм перехода к несветящимся формам в природных экосистемах;

16. Механизм свечения и миграции энергии;

17. Филогения светящихся бактерий;

18. Эволюционные взаимоотношения люминесценции и дыхания у фотобактерий.

19. Разработка и создание люминесцентных биосенсоров и аналитических тест-систем на основе бактериальной люциферазы и светящихся бактерий.

Таким образом, несмотря на существенный прогресс в различных областях бактериальной биолюминесценции нерешенных вопросов достаточно много. В первую очередь это касается понимания регуляторных механизмов свечения in vivo бактерий, функциональной роли биолюминесценции в общем метаболизме клетки, биологической и биохимической функции свечения. В определенной степени это связано с изменением направления исследований в область молекулярно-генетических и прикладных задач.

Актуальность научной работы

Современное экологическое состояние окружающей среды требует применения быстродействующих и чувствительных методов биомониторинга экотоксикантов. Светящиеся бактерии широко используются в качестве тест-объектов в биомониторинге загрязнений воды, почвы, атмосферы, пищевых продуктов и других жизненно важных компонентов окружающей среды. Основным тест-объектом в течение длительного времени являлись лиофилизованные клетки фотобактерий, которые непосредственно перед аналитическим процессом подвергались процедурам регидратации и стабилизации эмиссионной активности. В последние годы значительная часть исследований направлена на получение иммобилизованных препаратов фотобактерий для тех же целей экологического биомониторинга. Иммобилизованные препараты рассматриваются как биосенсоры на тяжелые металлы, различные ксенобиотики органической природы (фенолы и хлорфенолы, ароматические и алифатические углеводороды, фармакологические препараты и продукты их синтеза, пестициды, инсектициды и другие вещества, загрязняющие окружающую среду). Особое внимание уделяется применению биосенсоров в контроле за очистными сооружениями и наиболее опасными участками технологических производств. В качестве носителей для иммобилизации клеток фотобактерий

использованы различные природные и синтетические полимеры. Подавляющие большинство работ по иммобилизации фотобактерий выполнена с использованием Са2+- или 8г2+-альгинатных гелей, а также агаровых и агарозных носителей. Основным недостатком применения данных полимеризующихся веществ для иммобилизации фотобактерий со специфической чувствительностью свечения к физико-химическим условиям среды, является температурный режим гелеобразования (30°-50°С), который отрицательно сказывается на удельной биолюминесцентной активности клеток (прежде всего на психрофильные штаммы фотобактерий), в частности вызывает образование тусклых и темновых мутантов. Кроме того, препараты в большинстве случаев отличаются нестабильной кинетикой эмиссии света. Синтетические полимерные носители (полиуретаны, полиспирты, полиэфиры) для иммобилизации светящихся бактерий используются крайне редко. Поливиниловый спирт как носитель использован для иммобилизации Photobacterium phosphoreum, Vibrio fischeri и 1их-маркированных генно-инженерных штаммов Pseudomonas putida [3; 71; 96; 97]. Необходимо отметить, что результаты, представленные в работе [97] свидетельствовали о том, что полученные биосенсоры характеризовались невысокой удельной биолюминесцентной активностью с нестабильной кинетикой свечения иммобилизованных клеток. Основной причиной этих явлений, с нашей точки зрения, являлась технология иммобилизации бактерий. В указанной работе полимерный носитель (ПВС) использовался как простая синтетическая матрица без введения в нее субстратов и протекторов, - процесс криогенного формирования гелей осуществлялся в простом солевом растворе (3% NaCl). Использование синтетических носителей, в частности ПВС, для иммобилизации фотобактерий перспективно как с технологической (получения биосенсоров), научной (изучение факторов, контролирующих эмиссионную активность иммобилизованных клеток), так и с практической

(не только для точечного, но и непрерывного биомониторинга экотоксикантов) стороны.

Цель данной работы: получение токсикологических биосенсоров, на основе иммобилизованных в криогеле ПВС клеток фотобактерий.

В работе были поставлены следующие задачи:

1. Отбор штаммов для использования в качестве тест-объекта в иммобилизованных препаратах криогеля ПВС.

2. Разработка технологических операций и оптимизация условий криогенной иммобилизации фотобактерий, хранения и реактивации препаратов.

3. Определение выживаемости фотобактерий при иммобилизации с использованием метода биолюминесцентной АТФ-метрии.

4. Анализ основных физико-химических условий, контролирующих эмиссионную активность и стабильность иммобилизованных клеток.

5. Электронная микроскопия препаратов с иммобилизованными клетками фотобактерий.

6. Анализ пула АТФ свободных и иммобилизованных клеток психрофильных штаммов светящихся фотобактерий.

7. Разработка технологических операций дискретного и непрерывного биомониторинга токсинов с использованием разработанных препаратов биосенсоров.

Научная новизна работы. В отличие от примененной в работе [96; 97] технологии иммобилизации нами в качестве гельформирующего раствора использован не простой солевой раствор, а богатая сбалансированная среда культивирования, имеющая в своем составе как метаболические и энергетические субстраты, так и протекторы. Наряду с этим особое внимание было уделено выбору объекта иммобилизации. Как известно, природные

штаммы фотобактерий различаются между собой как интенсивностью люминесцентной активности, так и длительностью люминесцентного цикла. Наиболее длительным и интенсивным свечением отличаются Рко1оЬас1егшт ркоБркогеит. Нами выделен и детально изучен психрофильный штамм фотобактерий из кишечника рыб в акватории Белого моря. Высокая удельная активность (до 105 квант/с кл) и стабильность эмиссии в глубинной культуре (свыше 100 часов) и интактных клетках являлись критериями для использования данного штамма в качестве основного объекта получения иммобилизованных в ПВС биосенсоров.

Разработанная нами технология иммобилизации носила специфическую для светящихся бактерий процедуру, включающую в себя этапы мягкого замораживания до -20°С и -80°С, а также мягкую процедуру

о

размораживания и инкубации иммобилизованных препаратов до +4 С. Особое внимание уделено физико-химическим параметрам, в первую очередь температуре и рН, условиям хранения и применения препаратов биосенсоров в процедурах биомониторинга токсинов. Наряду с технологическими операциями по иммобилизации и реактивации бактерий, поставлена задача по изучению основных процессов и элементов, контролирующих эмиссионную активность и стабильность свечения препаратов. В качестве приоритетных рассмотрены: энергообеспечение клеток (пул АТФ), метаболическая активность, вызывающая сдвиг рН, а также воздействие температуры и состава среды на кинетику эмиссии света препаратов.

Исследованы условия хранения препаратов при разных температурах (-80°, -20°, +4°С) и изучено влияние состава инкубационных смесей на кинетику свечения реактивированных препаратов при положительных температурах.

Практическая значимость работы. Разработаны и оптимизированы процедуры дискретного и непрерывного биомониторинга различных классов экотоксикантов (тяжелых металлов, хлорфенолов и других ксенобиотиков), а

также проведен анализ кинетики ингибирования свечения иммобилизованных клеток в сравнительном аспекте со свободными. Установлено, что кинетика ингибирования свечения иммобилизованных препаратов в точечном режиме практически не отличается от кинетики затухания свечения свободных клеток, что обусловлено наличием макропор в препаратах, которые снимают диффузионные ограничения для токсинов. Величины пороговой чувствительности к токсинам на иммобилизованных биосенсорах (ЕС50) близки к значениям, полученным при применении в качестве тест-объекта свободных клетках того же штамма. В отличие от дискретного анализа непрерывный биомониторинг отличается сложной обратимой кинетикой тушения свечения, отражающей два конкурирующих процесса: ингибирование клеточного метаболизма и вымывание токсина потоком среды. Несмотря на сложность кинетики обратимого ингибирования свечения, непрерывный режим биомониторинга перспективен для многократного использования одного препарата в режиме реального времени.

Получен новый тип биосенсоров, способный экспрессно реагировать на наличие широкого спектра токсичных объектов. Результаты настоящей работы могут быть использованы в практических задачах охраны окружающей среды, сельского хозяйства, медицины, ветеринарии и фармакологии.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1.Биология, экология и таксономия светящихся бактерий

°hotobacterium Р^^еШШсть^Й^ разные

группы микроорганизмов, занимающие различные экологические ниши. Вместе с тем, эти организмы таксономически не очень далеки друг от друга и разделяют ряд морфологических и физиолого-биохимических свойств с другими представителями семейств Enterobacteriaceae и Vibrionaceae. Морские светящиеся микроорганизмы относятся к семействам Enterobacteriaceae и Vibrionaceae, к родам Vibrio и Photobacterium, а также включают в себя свободноживущие и симбиотические формы [2; 13; 38; 90]. Все фотобактерии являются грамотрицательными подвижными палочками, факультативными анаэробными, хемоорганотрофами, способными использовать в качестве единственного источниками углерода и энергии различные углеводы, спирты и органические кислоты. Все морские светящиеся бактерии продуцируют внеклеточную хитиназу.

Основным местом обитания светящихся бактерий являются моря и океаны, хотя известны виды, обитающие в пресной воде или являющиеся симбионтами некоторых почвенных нематод. На основании литературных данных можно отобразить географическое распределение фотобактерий в поверхностных зонах морей и океанов (рис. 7).

шт-шивтт

Ж

ШкМншяВ

Рисунок 7. Географическое распределение морских светящихся бактерий.

В зависимости от температуры водных акваторий доминируют те или иные виды. При низких температурах, в глубинах океанов (свыше 500 метров), в северных регионах при температурах ниже +15°С начинают доминировать Photobacterium phosphoreum. В теплых водах с температурой выше +15°С доминируют мезофильные штаммы Vibrio har\>eyi, Vibrio fischeri, Photobacterium leioghnati [120].

К свободно живущим видам относится Vibrio harveyi, остальные виды являются сапрофитами или паразитами морских животных (рыб, кальмаров и ряда позвоночных). В таблице 1 представлены способы существования фотобактерий, хотя переход в ту или иную форму существования происходит достаточно свободно.

Таблица 1. Способы существования фотобактерий [89]

Виды PL/FL SAP PAR GUT LO/SYM

I. Морские бактерии:

1. Группа Vibrio harveyi

V. harveyi + + + + -

V. splendida + + +3 + a -

V. orieiitaHs + + a + a -

2. Группа Vibrio fischeri

V .fischeri + + + + +

V. lo ge i + -j- a + a -

3. Группа Photobacterium

P phosphoreum + + + + +

P. leiognathi + + + + +

4. Alteromonas hanedai + + a + a -

5. Vibrio vulnificus + + a + + a -

II. Пресноводные бактерии

Vibrio choie rae + + a + c -

III. Почвенные светящиеся бактерии

Xenorhabdus luminescens I Od

PL/FL — планктонные или свободноживущие; SAP — сапрофиты; GUT —

симбионты внутренних органов или комменсалы; РАЯ — паразиты; ЬО/БУМ — симбионты световых органов.

а: нет четких данных о специфичном положении в конкретной нише;

Ь: патогенный для человека вид, светящиеся штаммы выделяются из мертвых или разлагающихся органов;

с: обитает в кишечнике человека, многие штаммы патогенны, среди светящихся непатогенных;

с1: симбионт кишечника нематод и паразит насекомых, инфицированных нематодами;

е: не проявляются как симбионты световых органов, являются симбионтами внутренних органов нематод.

Свободноживущие формы бактерий распределяются на микрочастицах в толще воды, на гниющих останках морских обитателей. Симбиотические бактерии концентрируются в световых органах и фотофорах глубоководных рыб, фотофорах кальмаров и ряда обитателей морских глубин (рис. 8).

Рисунок 8. Симбиотические бактерии рыб и кальмаров (А - ЫпорНгупе БехфИй, Б- Еиргутпа нсхАореъ, В.- Ви/осегаПах \vedli, Г- Вегое /огякаШ)

Таксономический статус светящихся бактерий окончательно не определен и находится в постоянном развитии. Рассмотрению этого вопроса посвящен ряд обзоров и трудов [2; 13; 89].

Раннее таксономическое деление морских фотобактерий основывалось на систематике, предложенной Дж.Рейхельтом и П.Бауманом [108]. В основу этой систематики положены морфологические и культуральные признаки, ферментативная активность, состав оснований ДНК, гомология ДНК и рРНК. Согласно этим критериям морские светящиеся бактерии были помещены в два рода - Вепескеа и Photobacterium. Однако в более поздних работах [12; 13; 14] на основании гомологичности рРНК, а также дивергенции аминокислотной последовательности ферментов (глютаминсинтетазы, супероксиддисмутазы и щелочной фосфатазы) систематика морских люминесцирующих бактерий была опять пересмотрена. В результате этого было предложено упразднить род Вепескеа и два его вида - В. harveyi и В. splendida - вместе с видами P. fischeri и P. logei поместить в род Vibrio. В род Photobacterium вошли три вида: P. phosphoreum, P. leiognathi, P. angustum. Впоследствии было показано дихотомическое расхождение в структуре жирнокислотного компонента клеточных стенок Vibrio и Photobacterium, что может служить веским аргументов в пользу перераспределения морских светящихся бактерий по данным систематическим группам. В соответствии с оценкой фенотипических характеристик представленных «Bergeys Manual of determinative bacteriology» (1994) род Photobacterium отнесен в группу «факультативные анаэробные грамотрицательные палочки» семейства Vibrionaceae. В этой системе видов бактерий P. phosphoreum и P. leiognathi имеют близкие морфологические характеристики. Существенные различия наблюдаются в оптимальной температуре роста этих видов. P. phosphoreum способен к размножению при 4°С с температурным максимум 15°- 20°С, в то время как P.leiognathi культивируется при температурах выше 30° - 35°С.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Алескерова, Лейла Эльшадовна, 2014 год

6. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Высоцкий Е.С., Заворуев В.В., Межевкин В.В. О механизме синтеза альдегидного фактора у светящихся бактерий. Докл. АН СССР. - 1981. - Т. 256(4). - с. 995-998.

2. Дерябин Д.Г. Бактериальная биолюминесценция: фундаментальные и прикладные аспекты. // М.: Наука. - 2009. - с. 246.

3. Ефременко Е Н, Сенько О. В. Куц В В., Аленина К.А., Холстов А. В., Исмаилов А. Д. Люминесцентный биокатализатор для определения токсикантов// Патент N 2394910. - 2010.

4. Куц В.В., Ильина Ю.М., Исмаилов А.Д., Нетрусов А.И. Ингибиторное действие фенольных экотоксикантов на фотобактерии при различных значениях pH. // Прикл. Биохим. Микробиол. - 2005. - №6. - с. 640-646.

5. Лозинский В.И. Криогели на основе природных и синтетических полимеров: получение, свойства и области применения. // Успехи химии-2002 - Т.71. - №6. - с. 559-585.

6. Лозинский В.Н. Криотропное гелеобразование растворов поливинилового спирта. // Успехи химии. - 1998. - Т.67. - №. 7. - с. 641-655.

7. Синицин А.П., Райнина Е.И., Лозинский В.И., Спасов С.Д. Иммобилизованные клетки микроорганизмов. // М.: Изд-во МГУ. - 1994. -288 с.

8. Угарова H.H., Бровко Л.Ю., Трдатьян И.Ю., Райнина Е.И. Биолюминесцентные методы анализа в микробиологии. // Прикл. биохим. микробиол. - 1987. - Т.23. - с. 11-20

9. Угарова H.H., Фрунджян В.Г. Применение биолюминесцентной АТФ-метрии в биоаналитических целях. // Методическое пособие. Химический Факультет МГУ. - 2003. - 52 С.

10. Филимонова М.Н., Габдулина Г.К., Заббарова И.Ф. Метод определения жизнеспособности клеток Serratia marcescens, иммобилизованных в криогель

поливинолового спирта. // Прикл. Биохим. Микробиол. - 1990.- Т.26. - №5.-с.706-708.

11. Arnold М.А. Fiber-optic biosensors. // J. Biotechnol. - 1990. - V.15. - P. 219-228.

12. Baumann P., Baumann L., Woolkalis M., Bang S. Evolutionary relationships in Vibrio and Photobacterium. A basis for a natural classification. // Ann. Rev. Microbiol. - 1983. - V. 37. - P.363-398

13. Baumann P., Baumann L., Bang S., Woolkalis M. Revaluation of the taxonomy of Vibrio, Beneckea and Photobacterium: abolition of the genus Beneckea. // Curr. Microbiol. - 1980. - V. 4(3). P. 127-132

14. Baumann L., Baumann P. The marine gram-negative eubacteria. // In The procariotes. Stuttgart. Springer-Verlag. - 1981. - P. 83-181

15. Bechor O, Smulski D.R., Van Dyk Т.К., LaRossa R.A., Belkin S. Recombinant microorganisms as environmental biosensors: pollutants detection by Escherichia coli bearing fabA::lux fusions.// J. Biotechnology. - 2002. - V. 94(1). -P. 125-132.

16. Belkin Sh. Microbial whole-cell sensing systems of environmental pollutants. // Current Opinion in Microbiology. - 2003. -V.6(3). - P. 206-212.

17. Blume L.J., Gautier S.M., Coulet P.R. Design of luminescence photobiosensors.// J. Biolumin Chemilumin. - 1989. - V.4(l). - P. 543-550.

18. Blume L.J., Gautier S.M., Coulet P.R. Design of bioluminescence-based fiber optic sensors for flow-injection analysis. // J. Biotechnol. - 1993. - V. 31(3). -P. 357-368.

19. Brodelius P. and Vandamme E. J. Immobilized cells systems. // In: Biotechnology. A Comprehensive Treatise in 8 Volumes. (Rehm H. J. and Reed G., Eds.). VCH Verlag, Weinheim. - 1987. V.7a. - P. 405-464.

20. Bulich A. A. A practical and reliable method for monitoring the toxicity of aquatic samples. // Process Biochem. -1982. - V.17. - P.45-47.

21. Bulich A.A. Use of luminescent bacteria for determining toxicity in aquatic environments. // In: L.L. Markings and R.A. Kimerle (Eds.). Aquatic Toxicology. American Society for Testing and Materials, Philadelphia. - 1979. - P.98.

22. Cho J., Park K., Ihm H., Park J, Kim S, Kang I., Lee K., Jahng D., Lee K., Kim S. A novel continuous toxicity test system using a luminously modified freshwater bacterium. // Biosensors and Bioelectronics. - 2004. - V.20. — P. 338344.

23. Chun U.-H., Simonov N., Chen Y., Britzb M.L. Continuous pollution monitoring using Photobacterium phosphoreum. II Resources, Conservation and Recycling. - 1996. - V.18. -P.25-40.

24. Cline T.W. Isolation and characterization of luminescence system mutants in bacteria. // Meth. Enzymol. - 1978. - V.57. - P. 166-171.

25. Danilov V.S., Ismailov A.D. Bacterial luciferase as a biosensor of biologically active compounds. // In Applied Biosensors, D.Wise ed., Boston. -1989.-P. 39 -78

26. Desmarchelier P.M., Reichelt J.L. Phenotipic characterization of clinical and environmental isolates of Vibrio cholerae from Australia. // Curr. Microbiol. -1981.-V. 5.-P. 123- 127.

27. Dizer H., Wittekindt E., Fischer B., Hansen P.D. The cytotoxic and genotoxic potential of surface water and wastewater effluents as determined by bioluminescence, umu-assays and selected biomarkers. // Chemosphere. - 2002. -V.46(2). - P.225-33.

28. Dunn D.K., Michaliszyn G.A., Bogacki I.G., Meighen E.A. Conversion of aldehyde to acid in the bacterial bioluminescent reaction. // Biochemistry. - 1973. - V.12. - P.4911-4918.

29. Eberhard A. Inhibition and activation of bacterial luciferase synthesis. // J. Bacteriol. - 1972. - V. 109. - P. 1101-1105.

30. Eley M., Cormier M.J. On the function of aldehyde in bacterial bioluminescence: evidence for the aldehyde requirement during luminescence from

the frozen state. // Biochem. Biophys. Res. Commun. - 1968. V.32(36). - P.454-460.

31. Engebrecht J., Nealson K.H., Silverman M. Bacterial bioluminescence isolation and genetic analysis of function from Vibrio fischeri. // Cell. - 1983. - V.

32. - P.773-781.

32. Ferrell W.J., Kessler R.J., Drouillard M. Indetification of nonaldehyde in Photobacterium fischeri. // Chem. Phys. Lipids. - 1971. - V.6. - P. 131-134.

33. Filimonova M.N., Gabdullina G.N., and Zabbarova I.F. Method for the determination of viability of cells Seratia marcescens immobilized in poIy(vinyl alcohol) cryogel. // Prikladnaya Biokhimiya I Mikrobiologiya. - 1990. - V.26(5). -P. 706-708.

34. Gast R., Lee J. Isolation of the in vivo emitter in bacterial bioluminescence. // Proc. Natl. Acad. Sei. USA. - 1978. - V.75. - P.833-837.

35. Ghisla S., Entsch H., Massey V. and Husein M. On the structure of flavin-oxygen intermediates involved in enzymic reactions. // Eur. J. Biochem. - 1977. -V.76. - P.139-148.

36. Gu M.B., Gil G.C., Kim J.H. Enhancing the sensitivity of a two-stage continuous toxicity monitoring system through the manipulation of the dilution rate// J.Biotechnology. - 2002. - V. 93(3). - P. 283-288

37. Gu M.B., Gil G.C. A multi-channel continuous toxicity monitoring system using recombinant bioluminescent bacteria for classification of toxicity. // Biosens. Bioelectron. - 2001. - V. 16(9-12). - P. 661-666.

38. Hastings J.W. and Nealson K.H. Bacterial Bioluminescence // Annu. Rev. Microbiol. - 1977.-V.31.-P. 549-595.

39. Hastings J.W., Potrikus C.J., Gupta S.C., Kurfurst M., Makemson J.C. Biochemistry and physiology of bioluminescent bacteria. // Adv. Of microb. Physiol. - 1985. - V. 26. - P. 235-291.

40. Hastings J.W. Bioluminescence. // Annuel Rev. Biochem. 1968. - V.37. -P. 597-630.

41. Hastings J.W., Gibson Q.H., Friedland J., Spudich J. Molecular mechanism in bacterial bioluminescence: on energy storage intermediates and role of aldehyde in the reaction. // Bioluminescence in progress. Acad. Press. - 1965. - P. 151-186.

42. Hastings J.W., Weber K., Friedland J., Eberhard A., Mitchell F.W., Gunsales A. Structurally-distinct bacterial luciferases. // Biochemistry. - 1969. -V.8 (12).-P. 4681-4689.

43. Hastings J.W., Weber G. Total quantum flux of isotropic sources // Opt. Soc. Am. - 1963. - V.53(12). - P.1410-1415.

44. Heitzer A., Malachowsky K., Thonnard J. E., Bienkowski P. R., White D.C., and Sayler G. S. Optical biosensor for environmental on-line monitoring of naphthalene and salicylate bioavailability with an immobilized bioluminescent catabolic reporter bacterium. // Applied and Environmental Microbiology. - 1994. - V.60(5). - P.1487-1494.

45. Hendrie M.S., Hodgkiss W., Shewan J.M. Identification, taxonomy and classification of luminous bacteria // J. Gen. Microbiol. - 1970. - V.64. - P. 157169.

46. Hirmann D., Loibner A.P., Braun R., Szolar O.H. Applicability of the bioluminescence inhibition test in the 96-well microplate format for PAH-solutions and elutriates of PAH-contaminated soils. // Chemosphere. - 2007. - V.67(6). -P. 1236-42.

47. Indorato A., Snyder K., Usinowicz P. Toxicity screening using Microtox Analyzer. // Drug and medical toxicology. D.Lin, B.Duthka (eds), M.Dakker, N.Y.-Basel- 1984.-P.81

48. Ismailov A.D., Kutz V.V., Yefremenko E.N. Factors affecting the stability of a light emission at PVA-immobilized cells of Photobacterium phosphoreum II Jour. Luminescence. - 2010. -V. 25. - P. 166-167.

49. Jensen M.J., Tebo B.M., Baumann P., Mandel M., Nealson K.H. Characterisation of Alteromonas hanedai, a nonfermentative luminous species of marine origin. // Current Microbiol. - 1980. - V. 3(5). - P.311-315

50. Jung S.Y., Jung Y.T., Oh T.K., Yoon J.H. Photobacterium lutimaris sp., isolated from a tida flat sediment in Korea // Intern. J. Syst. Evol. Microbiol. -2007.-V. 57.-P. 332-336

51. Karatani H., Konaka T., Katsukawa Ch. Properties of the bimodal fluorescent protein produced by Photobacterium phosphoreum. II Photochemistry and photobiology. - 2000. - V.71(2). - P.230-236.

52. Karl D.M., Nealson K.H. Regulation of cellular metabolism during synthesis and expression of the luminous system in Beneckea and Photobacterium II Journal Gen. Microbiol. - 1980. - V.l 17. - P. 357-368.

53. Kelly C.J., Hsiung C.J., Lajoie C.A. Kinetic analysis of bacterial bioluminescence// Biotechnology bioengen. - 2003 - V.81(3). - P. 370-378.

54. Kelly C.J., Bienkowski P.R., Sayler G.S. Kinetic analysis of a tod-lux bacterial reporter for toluene degradation and trichloroethylene cometabolism. // Biotechnol. Bioeng. - 2000. - V. 69(3). - P. 256-265.

55. Kim B.Ch., Gu M.B. A multi-channel continuous water toxicity monitoring system: its evalution and application to water discharged from a pawer plant. // Environm. Monitor. Assessm. - 2005. - V.109. - P.123-133.

56. Kim S.K., Lee B.S., Lee J.G., Seo H.J., Kim E.K. Continuous water toxicity monitoring using immobilized Photobacterium phosphoreum. // Biotechnology and Bioprocess Engineering. - 2003.- V. 8. - P. 147-150.

57. King J. M. H., DiGrazia P. M., Applegate B., Burlage R., Sanseverino J., Dunbar P., Larimer F., and Sayler G. S. Rapid, sensitive bioluminescent reporter technology for naphthalene exposure and biodégradation. // Science. - 1990. -V.249. -P.778-781.

58. Kohler S., Belkin S., Schmid R.D. Reporter gene bioassays in environmental analysis. // Fresenius J. Anal Chem. - 2000. - V.366(6-7). - P.769-779.

59. Kosower E.M. A proposed mechanism for light emission by bacterial luciferase involving dissociative electron transfer. // Biochem. Biophys. Res. Commun. - 1980. - V. 92(2). - P. 356-364.

60. Kurfuerst M., Ghisla S., Hastings J.W. Bacterial luciferase intermediates: the neutral flavin semiquinone, its reaction with superoxide, and the flavin 4a-hydroxide. // Method. Enzymol. - 1986. - V.133. - P. 140-149.

61. Kurfuerst M., Ghisla S., Hastings J.W. Characterization and postulated structure of the primary emitter in the bacterial luciferase reaction. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. - 1984. - V. 81 (10). - P.2990-2994.

62. Kurfuerst M., Macheroux P., Ghisla S., Hastings J.W. Isolation and characterization of the transient, luciferase-bound flavin-4a-hydroxide in the bacterial luciferase reaction. // Biochim. Biophys. Acta. - 1987. V. 924. - P. 104110.

63. Kuts V.V., Ismailov A.D. Physiological and emission characteristics of the luminescent bacterium Photobacterium phosphoreum from the White Sea. // Microbiol. - 2009. - V.78(5). -P.554-558.

64. Lee B., Lee J., Shin D., Kim E. Statistical optimization of bioluminescence Photobacterium phosphoreum KCTC 2852. 11 Environ. Int. - 2006. - V.32(2). -P.265-268.

65. Lee J.H., Mitchell R.J., Kim B.C., Cullen D.C., Gu M.B. A cell array biosensor for environmental toxicity analysis. // Biosens. Bioelectron. - 2005. -V.21(3) - P. 500-507.

66. Lee J.H., Gu M.B. An integrated mini biosensor system for continuous water toxicity monitoring. // Biosensors and bioelectronics. - 2005. V. 20 - P. 17441749.

67. Lee J.H., Murphy C.L. Bacterial bioluminescence. Equilibrium association measurements. Quantum Yields, reaction kinetics and overall reaction scheme. // Biochemistry. - 1975. - V.14 (10). - P. 2259-2268.

68. Lee J.H., Murphy C.L. Comparsion of the interaction of produced and oxidized flavins with the «acidic» sites of bacterial luciferases and montmorillonite. // Biophys. J. - 1973. - V.13.

69. Lee J.H. The mechanism of bacterial bioluminescence. // Chemiluminescence and bioluminescence. J.G.Burr (ed.). Marcell Deccer Inc. N.Y. - 1985. -P.401-437.

70. Lei Y., Chen W., Mulchandani A. Microbial biosensors. // Analytica chimica acta. - 2006. - V. 568. - P. 200-210

71. Leitgib L., Kalman J., Gruiz K. Comparison of bioassays by testing whole soil and their water extract contaminated sites. // Chemosphere. - 2007. V.66(3). -P.428-434.

72. Lozinsky V.I., Zubov A.L., Kulakova V.K., Vainerman E.S., and Rogozhin, S.V. Application of poly(vinyl alcohol) cryogels in biotechnology. II. Variation of Theological properties of gel matrix as a result of yeast cells entrapment. // Biotekhnologiya. - 1990. - V.5. - P.32-35.

73. Lozinsky V. I. and Plieva F. M. Poly(vinyl-alcohol) cryogels employed as matrices for cell immobilization. // Overview of recent research and developments. // Enzyme and Microbial Technology. - 1998. - V.23. - P.227-242.

74. Lozinsky V.I., Zubov A.L., and Titova E.F. Swelling behaviour of poly(vinyl alcohol) cryogels employed as matrices for cell immobilization.// Enzyme Microb. Technol. - 1996. - V.18(6). - P.561-569.

75. Lundin A. Use of firefly luciferase in atp-related assays of biomass, enzymes, and metabolites. // Methods in Enzymology. Academic Press. - 2000. -P. 346-370.

76. Makiguchi N., Arita M., Asai Y. Immobilization of a luminous bacterium and light intensity of luminous material. // J. Ferment. Technol. - 1980. - V.58(l). - P.17-21.

77. Makiguchi N., Arita M. and Asai Y. Optimum cultural conditions for strong light production by Photobacterium phosphoreum II J. Gen. Appl. Microbiol. -1980.-V.26. -P.75-83.

78. Makiguchi N., Arita M., Asai Y. Optimal conditions for frozen storage of immobilized luminous bacteria. // J. Ferment. Technol. - 1980. - V.58(4). - P.333-337.

79. Marks R., Polyak B., Novodvorets A., Belkin Sh. Bacterial biosensors for environmental analysis. // G.I.T.Laboratory J. - 2001. - V. 3. - P. 122-123.

80. McCapra F., Hysert D.W. Bacterial bioluminescence: identification of fatty acid as product, it's quantum yield and a suggested mechanism. // Biochem. Biophys. Res. Commun. - 1973. -V. 52(1). - P.298-304.

81. Meighen E.A. Biosynthesis of aliphatic aldehydes for the bacterial bioluminescent reaction stimulation by ATP and NADPH. // Biochem. Biophys. Res.Commun. - 1979. V. 87(4). - P. 1080-1086.

82. Meighen E.A. Genetics of bacterial bioluminescence. // Annu. Rev. Genes. -1994. - V.28. -P.117-139.

83. Meighen E.A. Molecular biology of bacterial bioluminescence. // Microbiol. Rev. - 1991.-V.55.-P.123-142.

84. Michelini E., Cevenini L., Mezzanotte L., Coppa A., Roda A. Bioluminescent whole-cell biosensors for on field analysis. // Luminescence. -2010.-V. 25(2).-P. 183-184

85. Mitchell R.J., Gu M.B. Characterization and optimization of two method in the immobilization of 12 bioluminescent strains. // Biosensors and Bioelectronic. -2006. - V.22 (2). - P. 192-199.

86. Miyamoto C.M., Lin Y.H., Meighen E.A. Control of bioluminescence in Vibrio fischeri by the LuxO signal response regulator. // Mol. Microbiol. — 2000. -V.36 (3). - P.594- 607

87. Miyamoto C.M., Dunlap P.V., Ruby E.G., Meighen E.A. LuxO controls luxR expression in Vibrio harveyi: evidence for a common regulatory mechanism in Vibrio.//Mol. Microbiol. - 2003. - V. 48. - P.537-548.

88. Miyamoto C.M., Graham A.F., Meighen E.A. Nucleotide sequence of the LuxC gene and the upstream DNA from the bioluminescent system of Vibrio harveyi//Hud. Acids Res. - 1988. - V. 16.-P. 1551-1562.

89. Nealson K.H. and Hastings J.W. Bacterial bioluminescence: Its control and ecological significance // Microbiol. Rev. - 1979. - V. 43(4). - P. 406-518.

90. Nealson K.H. Isolation, identification and manipulation of luminous bacteria. // Meth. Enzymol. - 1978. - V.57. - P. 153-166.

91. Nealson K.H., Piatt T., Hastings J.W. The cellular control of the synthes and activity of the bacterial luminescent system. // J. Bacteriol. - 1970. - V. 104(3). -P.313-322.

92. Nogi Y., Masui N., Kato C. Photobacterium profundum sp. Nov., a new, moderately barophilic bacterial species isolated from a deep-sea sediment. // Extremophiles. - 1998. - V. 2. - P. 1-7.

93. Okamoto K., Ishiura M., Torii T., Aoki S. A compact multi-channel apparatus for automated real-time monitoring of bioluminescence. // J. Biochem Biophys. Methods. - 2007. - V. 70(4). - P.535-538.

94. Park K.S., Baumstark-Khan Ch., Rettberg P., Horneck G., Rabbow E., Gu M.B. Immobilisation as a technical possibility for long-term storage of bacterial biosensors. // Radiat. Environ. Biophys. - 2005 - V.44. - P.69-71.

95. Parvez S., Venkataraman C., Mukherji S. A review on advantages of implementing luminescence inhibition test (Vibrio fischeri) for acute toxicity prediction of chemicals. // Environ Int. - 2006. - V. 32(2). - P.265-8.

96. Philp J.C., S.Balmand, Hajto E., Bailey M.J., Wiles S., Whiteley A.S., Lilley A.K., Hajto J., Dunbar S.A. Toxicity assay using PVA-immobilized luminescent bacteria. // Patent W0/2001/032911. - 2001.

97. Philp J.C., Balmand S., Hajto E., Bailey M.J., Wiles S., Whiteley A.S., Lilley A.K., Hajto J., Dunbar S.A.. Whole cell immobilization biosensors for toxicity assessment of wastewater treatment plant treating phenolics-containing waste. // Anal. Chim. Acta. - 2003. - V.487. - P.61-74.

98. Poinar G.O., Thomas G., Haygood M.G., Nealson K.H. Grouth and luminescence of the symbiotic bacteria associated the terrestrial nematode Heterorhabditis bacteriophora. // Soil. Biol. Biochem. - 1980. - V. 12. - P. 5 -10.

99. Polyak B., Bassis E., Novodvorets A., Belkin Sh. and Marks R.S. Bioluminescent whole cell optical fiber sensor to genotoxicants: system optimization. // Sensors and Actuators B: Chemical. - 2001. - V. 74(1-3). - P. 1826.

100. Premkumar J.R., Ovadia L., Marks R.S., Polyak B., Rosen R. and Belkin Sh. Antibody-based immobilization of bioluminescent bacterial sensor cells. // Talanta. - 2001. - V. 55(5). - P. 1029-1038.

101. Prosser J.I., Killham K., Glover L.A., Rattray E.A. Luminescence-based system for detection of bacteria in the environment. // Crit Rev. Biotechnol. -1996.-V. 16(2).-P. 157-183.

102. Ptitsyn L.R., Horneck G., Komova O., Kozubek S., Krasavin E.A., Bonev M., Rettberg P. A biosensor for environmental genotoxin screening based on an SOS lux assay in recombinant Escherichia coli cells. // Appl. Environ. Microbiol. - 1997. - V. 63(11). - P.4377-84.

103. Puget K., Michelson A.M. Studies on bio luminescence. VII. Bacterial NADH:flavin mononucleotide oxidoreductase. // Biochemie. - 1972. - V. 54(9). -P. 1197-1204.

104. Rauschel F.M., Baldwin T.O. Proposed mechanism for the bacterial bioluminescence reaction involving a dioxirane intermediate. // Biochem. Biophys.Res. Commun. - 1989. - V. 164(3). - P. 1137-1142.

105. Rees J.F., Thompson E. M., Baguet F., Tsuji F.I. Detecion of coelenterazine and related luciferase activity in the tissues of the luminous fish, Vinciguerria

attenuate. II Comp. Biochem. Physiol. - 1990. - V.96A. - P. 425-430.

106. Rees J.F., Thompson E. M., Baguet F., Tsuji F.I. Evidence for the utilization of coelenterazine as the luminescent substrate in Argyropelecus photophores. // Mol. Mar. Biol. Biotechnol. - 1992. - V.l. - P. 219-225.

107. Rees J.F., Wergifosse B., Noiset O., Dubuisson V., Jassens B., Thompson E.M. The origins of marine bioluminescence: turning oxygen defense mechanisms into deep-see communication tools // Journal Exp. Biol. - 1998. - V.201. - P. 1211-1221.

108. Reichelt J.L., Baumann P., Baumann L. Study of genetic relationships among marine species of the genera Beneckea and Photobacterium by means of in vitro DNA/DNA hybridization.// Arch. Microbiol. - 1976. - V. 110. - P. 101-120.

109. Rogers P., McErloy W.D.Biochemical characteristics of aldehyde and luciferase mutants of luminous bacterial. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. - 1955. -V. 41(2).-P. 67-70.

110. Riether K.B., Dollard M.A., Billard P. Assessment of heavy metal bioavailability using Escherichia coli zntAp::lux and copAp::lux-based biosensors. // Applied Microbiology Biotechnology. - 2001. - V. 57(5-6). -P. 712-716

111. Ripp S., Daumer K.A., McKnight T., Levine L.H., Garland J.L., Simpson M.L., Sayler G.S Bioluminescent bioreporter integrated - circuit sensing of microbial volatile organic compounds. // J. Industrial microbiology biotechnology. - 2003. - V. 30(11). - P. 636-642.

112. Ruby E.G., Greenberg E.P., Hastings J.W. Planktonic marine luminous bacteria: species distribution in the water colump // Appl. and Environm. Microbiol. - 1980. - V. 39(2). - P.302-306.

113. Sakaguchi T, Morioka Y, Yamasaki M, Iwanaga J, Beppu K, Maeda H, Morita Y, Tamiya E. Rapid and onsite BOD sensing system using luminous bacterial cells-immobilized chip. // Biosens. Bioelectron. - 2007. V. 22(7). -P.1345-50.

114. Sasek V., Bhatt M., Cajthaml T., Malachova K., Lednicka D. Compost-mediated removal of polycyclic aromatic hydrocarbons from contaminated soil. // Arch. Environ. Contam. Toxicol. - 2003. - V. 44(3).- P.336-42.

115. Scheller F., Schubert F. Biosensors. Techniques and instrumentation in analytical chemistry. // Elsevier. Amsterdam. - 1992. - V.l 1. - P.359.

116. Scheper T. Biosensors for process monitoring. // J. Ind. Microbiol. - 1992.-V.9. - P.163-172

117. Selifonova O., Burlage R., Barkay T. Bioluminescent sensors for detection of bioavailable Hg(II) in the environment. // Applied and Environmental Microbiology. - 1993. - V.59. - P.3083-3090.

118. Seo H.J., Bae S.S., Yang S.H. Photobacterium aplysiae sp., a lipolytic marine bacterium isolated from eggs of the sea hare Aplysia kurodai // Ibid. 2005. -V. 55.-P. 2293-2296

119. Shaw J. J., Dane F., Geiger D., and Kloepper J.W. Use of bioluminescence for detection of genetically engineered microorganisms released into the environment. // Appl. Environ. Microbiol. - 1992. - V.58. - P.267-273.

120. Shilo M., Yetinson T. Physiological characteristics underlying the distribution patterns of luminous bacteria in the Mediterranean sea and the gulf of Elate // Appl. Envirom. Microbiol. - 1979. - V.38(4). - P.577-584.

121. Shimomura O. Bioluminescence: Chemical principles and methods. // New Jersey.: World Sci. Pub. - 2008. - P. 470.

122. Shimomura O., Johnson F.H., Morise H. The aldehyde content of luminous bacteria and of an "aldehydeless" dark mutant // Proc. Natl. Acad. Sci.USA. -1974. - V.71(12). - P. 4666-4668.

123. Sun T.S., Stahr H.M. Evaluation and application of a bioluminescent bacterial genotoxicity test // J. AOAC Int. -1993. - V.76(4). - P. 893-898.

124. Tamminen M.V., Virta M.P. Quantification of ecotoxicological tests based on bioluminescence using Polaroid film. // Chemosphere. - 2007. - V. 66(7). -P.1329-35.

125. Terpstra W. On the role of long-chain aldehydes in the light reaction in Photobacterium phosphoreum enzyme preparations. // BBA. - 1960. - V. 41(1). -P. 55-67.

126. Thouand G., Affi M., Jouanneau S., Charrier T. An optical biosensor for on line heavy metals detection with an array of fi ve bioluminescent bacteria: decision trees for heavy metals identifi cation, technological design and computational fl uid dynamics modelling inside the macroarray. // Luminescence. - 2010. - V. 25(2). - P. 94-96.

127. Toba FA, Hay AG. A simple solid phase assay for the detection of 2,4-D in soil. // J. Microbiol. Methods. - 2005. -V.62(2). - P. 135-43.

128. Ulitzur S., Reinhertz A., Hastings J.W. Factor affecting the cellular expression of bacterial luciferase. // Arch. Microbiol. - 1981. - V. 129(1). - P. 6771.

129. Ulitzur S., Hastings J.M. Growth, luminescence respiration and the adenosintriphosphate pool in Beneckea harveyi. II Journal of Bacteriol. -1978. — V.133. -P.1307-1313.

130. Ulitzur S. The regulatory control of the bacterial luminescence system-a new view. // Jour. Biolumin. Chemilumin. - 1989. - V.4. - P.317-325.

131. Urakawa H., Kita-Tsukamoto K., Ohada K. Reassessment of the taxonomic position of Vibrio iliopiscarius and proposal for Photobacterium iliopiscarium // Intern. J. Syst. Bacteriol. - 1999. - V. 49. - P. 257 - 260

132. Van Dyk T. K., Majarian W. R., Konstantinov K. B., Young R. M., Dhurjati P. S., and Larossa R. A. Rapid and Sensitive Pollutant Detection by Induction of Heat Shock Gene-Bioluminescence Gene Fusions. // Appl. Environ. Microbiol. -1994. - V.60(5). - P.1414-1420.

133. Varfolomeev S.D., Rainina E.I., Lozinsky V.I, Kalyuzhnyi S.B., Sinitsyn A.P., Makhlis T.A., Bachurina G.P., Bokova I.G., Sklyankina O.A., Agafonov E.V. Application of poly(vinyl alcohol) cryogel for immobilization of mesophilic and thermophilic microorganisms. // In: Physiology of Immobilized Cells (de Bont,

J.A.M, Visser, J., Mattiasson, B. and Tramper, J., Eds.). //Elsevier, Wageningen. -1989.-P. 325-330.

134. Verschaeve L, Van Gompel J, Thilemans L, Regniers L, Vanparys P, van der Lelie D. VITOTOX bacterial genotoxicity and toxicity test for the rapid screening of chemicals. // Environ. Mol. Mutagen. - 1999 - V.33(3). - P.240-248.

135. Virta M., Lampinen J. and Karp M. A luminescence-based mercury biosensor. // Anal. Chem. - 1995. - V.67. - P.667-669.

136. Watanabe T., Nacamura T. Bioluminescence and cell growth of Photobacteriumphosphoreum. II Jour. Biochem. - 1980. - V.88(3). - P.815-817.

137. Watanabe H., Hastings J.W. Expression of bacterial luminescence is stimulated by nalidixic acid in a nalidixic acid resistant mutant // Arch. Microbiol. - 1990.-V.154.-P. 239-243.

138. Watanabe H., Mimura M., Takimoto A., Nakamura T. Luminescence and respiratory activities of Photobacterium phosphoreum. II Jour. Biochem. -1975. -V.77(6).-P.l 147-1155.

139. Waters P. and Lloyd D. Salt, pH and temperature dependencies of growth and bioluminescence of three species of luminous bacteria analyzed on gradient plates. // J. Gen. Microbiol. - 1985. - V.l 1. - P. 2865-2869.

140. Wilson T., Hastings J.W. Bioluminescence. // Annu. Rev. Cell Dev. Biol. -1998.-V. 14.-P. 197 -230.

141. Yin J., Li X., Zhou C., Zhang Y. Luminescent bacterial sensors made from immobilized films of Photobacterium phosphoreum II Chem. Res. Chinese U. -2005. - V.21(l). -P.44-47.

142. Yoo S.K., Lee J.H., Yun S.S., Gu M.B., Lee J.H. Fabrication of a bio-MEMS based cell-chip for toxicity monitoring. // Biosens. Bioelectron. - 2007. -V. 22(8).-P. 1586-92.

143. Yoon J.H., Lee J.K., Kim Y.O., Oh T.K. Photobacterium lipolyticum sp. nov., a bacterium with lipolytic activity isolated from the Yellow Sea in Korea. // Intern. J. Syst. Evol. Microbiol. - 2005. - V. 55. - P. 335-339.

(jl92 ^

144. Zurita J.L., Jos A., del Peso A., Salguero M., Lopez-Artiguez M., Repetto G. Ecotoxicologieal assessment of bromobenzene using a test battery with five model systems. // Food Chem. Toxicol. - 2007. - V.45(4). P.575-584.