Опять о комбуче, или эссе микробиолога
В продолжении поста о комбуче, который многих заинтересовал:
Комбуча, SCOBY, или по нашему, чайный гриб
Я какое-то время занималась комбучей, но руки так и не дошли до публикации.
Пусть этот пост будет отчётом о той моей проделанной работе много лет назад :)
Я ранее рассказывала о биоплёнках бактерий (Как увидеть биоплёнку). Вкратце, бактерии живут в двух своих состояниях: в свободноживущей (это когда они со жгутиками плавают) и в прикреплённой – в форме биоплёнки. Замечу, что в форме биоплёнки находится до 99% всех бактерий Земли. Каждая отдельная бактерия живёт в виде планктона не более 5% своего жизненного пути, и всегда стремится осесть или присоседиться к чьей-то биоплёнке. Схематически это выглядит так (простите за английский, это из Moshynets O.V., Spiers A.J. Viewing biofilms within the larger context of bacterial aggregations. In “Biofilms”, p. 3-22, InTech Press, 2016. DOI: 10.5772/62912).
Что такое комбуча? Это симбиоз кучи разных бактерий и дрожжей (грибов), но главные игроки – грамм-отрицательная бактерия рода Глюконацетобактер и дрожжа рода Сахаромицеты. Что тут интересно, так то, что комбуча – это одомашненный вариант такого симбиотического сообщества, который часто встречается на опавших перезревших (сладких) фруктах, на кожице которых живут дрожжи. Основная масса комбучи – это бактериальная целлюлоза, выделяемая глюконацетобактером, в которую встраиваются клетки и самого глюконацетобактера, и дрожжей, и прочие другие нахлебники. Синие нити на этой конфокальной микрофотографии - нити целлюлозы, красные - клетки бактерий и дрожжей (мелкие - бактерии, крупные - дрожжи). Три среза "блина" 11-дневной комбучи сверху вниз.
Но самое потрясающее не это из чего состоит комбуча, а почему комбуча любит чай! Выяснилось, что не только люди любят чай и хорошо взбадриваются кофеином, но и комбуча. Кофеин чая ингибирует один сигнальный фермент, который участвует в регуляции производства целлюлозы, поэтому, растёт такой жирный целлюлозный блин.
Если подробнее, то в накоплении биомассы целлюлозы в комбуче и в выбросе адреналина у человека заложены похожие сигнальные пути - накопление вторичных мессенджеров (молекул сигналов). Эти молекулы, а именно у комбучи ц-ди-ГМФ и у человека - цАМФ, быстро синтезируются ферментом циклазой и быстро разрушаются ферментом фосфодиэстеразой. И вот баланс активности циклазы и диэстеразы и определяет метаболическую активность организма (по этому сигнальному каскаду) в данном конкретном случае. И вот если человек или комбуча получает ингибитор фосфодиэстеразы (кофеин), то неизбежно у него накапливается этот вторичный мессенджер, ведь циклаза продолжает синтезировать циклические моно-нуклеотиды, там нет обратной регуляции (нет снижения активности циклазы в ответ на снижение активности диэстеразы). И вот у человека рост концентрации цАМФ приводит к выбросу адреналина, а у комбучи - к усиленной продукции основного матрикса её биоплёнки - целлюлозы. Поэтому на чае она так славно растёт. Она как бы всё время под кайфом из-за блокировки диэстеразы, отвечающей за торможение продукции целлюлозы:) У многих грамм-отрицательных бактерий - у глюконацетобактера, синегнойки и прочих псевдомонад рост матрикса биоплёнки идет за счёт накопления ц-ди-ГМФ. Неисповедимы пути эволюции! На СЭМ фото внизу биоплёнке только 6 дней (слева), она очень плотная, много нитей целлюлозы, которые хорошо удерживают влагу и дают видимость сплошной массы.
Ниже- две фотографии, на которых биоплёнка намного старше, сама культура в банке стояла 6 месяцев. Почти вся целлюлоза разрушена, тонкие длинные нити, хорошо различимы отдельные клетки дрожжей и бактерий, которые встроены в матрикс биоплёнки.
В чем же сила симбиоза в комбуче? Сахар чая жрут и дрожжи, и глюконацетобактер. И, да, спирт бактерии доокисливают до ацетата. Ну, и, наверное, выделяют ещё пачку разных кислот. И вообще, любят кислую среду. Дрожжи, возможно, подъедают азот, который бактерии фиксируют и делают биодоступным для дрожжей. Целлюлоза глюконацетобактеру тут - экологическая стратегия выживания и доминирования :) Целлюлоза - это защита от разного стресса. Например, от высыхания (целлюлоза чудесно удерживает и насасывает влагу), от разных хищников и...поплавок! Обратите внимание, как сложно комбучу потопить. Это связано с тем, что в матриксе комбучи сохраняется много углекислых пузырьков, образованных при сбраживании глюкозы дрожжами. А эта поплавковость - её ключевая стратегия болтаться в районе кислорода! Глюконацетобактер - строжайший аэроб и не может выжить в условиях строго анаэробиоза, и при так себе анаэробиозе бактериям плохо. Поэтому, это брожение поднимает биоплёнку комбучи наверх, к границе раздела сред, что даёт бактериям кислород для дыхания и азот для синтеза белка, а дрожжи находятся под защитой от высыхания, разных других стрессов и, видимо, получают азот для своего строительства клеток.
Комбуча - пусть и одомашненное сообщество, но всё ещё плохо и мало изученное. Есть куда копать и что исследовать, дерзайте :)