Внутрішньоцитоплазматичні мембрани. Розвинуті системи внутрішньоклітинних мембран мають фототрофні, хемотрофні та деякі інші бактерії. Виділяють кілька видів цих мембран. У фотосинтезуючих бактерій внутрішньоцитоплазматичні мембрани можуть мати форму трубочок, пласких дисків (тилакоїдів), пухирців (везикул, хроматофорів) тощо. Оскільки в цих мембранних структурах локалізовано фотосинтетичний апарат клітини (фотосинтезуючі пігменти та системи фосфорилювання), вони дістали загальну назву фотосинтетичних мембран. Всі фотосинтетичні мембрани є похідними цитоплазматичної мембрани, які виникли внаслідок її розростання та інвагінації в цитоплазму.

У зелених фототрофних бактерій та ціанобактерій внутрішньоклітинні фотосинтетичні мембрани відсутні. Основні компоненти фотосинтетичного апарату в них локалізовано на цитоплазматичній мембрані, а світловловлюючі пігменти містяться в органелах, які прилягають до мембрани — хлоросомах і фікобілісомах. У різних груп прокаріотів цитоплазматична мембрана утворює локальні впинання, які дістали назву мезосом. Ці мембранні утворення добре розвинуті у грампозитивних еубактерій. У грамнегативних вони трапляються рідше і менш розвинуті. За формою, розмірами і розміщенням розрізняють три основні типи мезосом: ламе-лярні (пластинчасті), тубулярні (трубчасті) і везикулярні, що нагадують пухирці. Є мезосоми й змішаного типу. Мезосоми найчастіше містяться в зоні формування клітинної перетинки і поділу бактеріального ядра.

Немає єдиної думки щодо функцій мезосом у прокаріотній клітині. Згідно з однією гіпотезою, мезосоми відіграють важливу роль у реплікації і сегрегації ДНК, поділі клітин і утворенні клітинної оболонки. За іншою гіпотезою, мезосоми не є обов'язковими структурами бактеріальної клітини. Вони тільки підсилюють певні клітинні функції. Нарешті, припускають, що мезосоми не беруть активної участі в процесах клітинного метаболізму, а виконують суто структурну функцію, що забезпечує компартменталізацію клітини, створює більш сприятливі умови для перебігу різних ферментативних реакцій [18].

Цитоплазма. Вміст клітини, оточений цитоплазматичною мембраною, називається цитоплазмою. За фізико-хімічною природою цитоплазма — складна колоїдна система. її складають: вода, білки, ліпіди, вуглеводи, мінеральні сполуки та інші речовини, співвідношення яких залежить від виду, віку, живлення бактерій та інших чинників. Фракція цитоплазми, яка має гомогенну консистенцію і містить макромолекули розчинних РНК, ферментних білків, продуктів і субстратів різних метаболічних реакцій тощо, дістала назву цитозоля.

Друга фракція цитоплазми містить різноманітні структурні утворення: внутрішньоцитоплазматичні мембрани, генетичний апарат (нуклеоїд і плазміди), рибосоми, інші внутрішньоклітинні структури і включення різної хімічної природи та функціонального призначення.

Рибосоми — округлі рибонуклепротеїнові тільця діаметром 15-20 нм, що розташовані довільно в цитоплазмі бактерій і складаються на 40 % із білка і на 60 % із РНК. їх кількість у клітині залежить від інтенсивності синтезу білка і може коливатися від 5000 до 90 000. Рибосоми прокаріотів мають константу седиментації 70 S , від чого і дістали назву 70 S-частинок. Вони побудовані з двох рибонуклеопротеї-нових субодиниць: малої 30 S і великої 50 S . Мала субодиниця побудована з однієї молекули 16 S РНК і переважно з однієї молекули кожного з білків 21 виду. Велика субодиниця містить дві молекули РНК (23 S і 5 S ) та по одній копії білків 34 видів. Більша частина рибосомальних білків виконує структурну функцію.

За коефіцієнтом седиментації* та деякими іншими властивостями, до бактеріальних рибосом подібні рибосоми мітохондрій і хлоропластів еукаріотних клітин. Рибосоми є центрами синтезу білка в клітині. Під час синтезу білка вони набувають форми агрегатів, які називаються полірибосомами. Ці полісоми містяться у цитоплазмі або зв'язані з мембранними структурами.

Генетичний апарат. Тривалий час точилася дискусія про наявність у бактеріальній клітині ядра, подібного до ядра, що міститься в еукаріотних клітинах. Тепер ні в кого не виникає сумніву щодо наявності генетичного апарату в клітинах прокаріотів. Як і в еукаріотів він представлений молекулами ДНК, але між ними існують істотні відмінності у структурній організації. У прокаріотній клітині, на відміну від еукаріотної, ядерний апарат не відмежований від цитоплазми мембраною та займає певну ділянку в цитоплазмі. Враховуючи цю відмінність, ядерний апарат у прокаріотів запропоновано називати нуклеоїдом. Він міститься всередині цитоплазми і складається з гігантської молекули ДНК у формі замкненої в кільце подвійної спіралі, довжина якої у ціанобактерій може сягати 3 мм. Нуклеоїд у прокаріотів ще називають бактеріальною хромосомою.

Встановлено, що вміст пар нуклеотидних основ у молекулі ДНК бактеріальної хромосоми А+Т і Г+Ц є постійним для даного виду організму. Це відкриття стало важливою діагностичною ознакою бактерій. У молекулі ДНК нуклеоїда зосереджена майже вся генетична інформація прокаріотної клітини. Реплікація ДНК генетичного апарату бактерій відбувається за напівконсервативним механізмом і в нормі завжди передує поділу клітини. Отже, нуклеоїд прокаріотів є основним носієм спадкових властивостей клітини і основним фактором у передачі цих властивостей потомству [1].

У клітинах багатьох прокаріотів поряд з бактеріальною хромосомою містяться і позахромосомні кільцеві молекули ДНК, що дістали назву плазмідів. Вони здатні до автономної реплікації і зумовлюють деякі спадкові властивості бактерій, наприклад, здатність до кон'югації, резистентність до антибіотиків тощо.

Внутрішньоцитоплазматичні включення. В цитоплазмі прокаріотів різних видів містяться також включення, що оточені білковою мембраною і функціонують як структури. До них належать хлоросоми, фікобілісоми, аеросоми, магнітосоми і карбоксисоми. Серед включень, у яких відсутня мембрана, трапляються ті, що є місцем запасання поживних речовин та концентрування продуктів клітинного обміну, які відкладаються всередині прокаріотних клітин. За консистенцією вони бувають рідкі, тверді та газоподібні.

Хлоросоми — внутрішньоцитоплазматичні включення, які беруть певну участь у процесі фотосинтезу зелених бактерій. Вони мають форму пухирців, завдовжки 100-150 і завширшки 25—70 нм, оточені одношаровою щільною білковою мембраною, завтовшки 2—3 нм. У хлоросомах містяться бактеріохлорофіли. Хлоросоми розташовані біля цитоплазматичної мембрани.

Фікобілісоми характерні для ціанобактерій. Як і хлоросоми, вони беруть участь у процесі фотосинтезу. Ці включення мають напівсферичну форму і розташовуються правильними рядами на зовнішній поверхні фотосинтетичної мембрани. У фікобілісомах містяться водорозчинні пігменти білкової природи — фікобіліпротеїни.

Карбоксисоми — структури, що мають вигляд багатокутників, виявлені в клітинах фототрофних і хемолітотрофних еубакте-рій. Вони оточені одношаровою мембраною білкової природи і містять рибулозодифосфаткарбоксилазу — фермент, який бере участь у процесі фіксації СО₂ у відновному пентозофосфатному циклі [1].

До включень, які мають пристосувальне значення належать магнітосоми і аеросоми. Магнітосоми виявлені в клітинах бактерій, яким притаманний магнітотаксис, тобто здатність плавати вздовж ліній магнітного поля, наприклад Aquaspirillummagneto-tacticum. Магнітосоми являють собою частинки Fe₃ O₄ , оточені мембраною. У різних видів прокаріотів магнітосоми можуть мати різну форму і різне розміщення в їхніх клітинах.

Аеросоми або газові вакуолі виявлено у представників 15 таксономічних груп (ціанобактерії, пурпурні, галобактерії, клостридіїта ін.). Вони оточені білковими мембранами завтовшки до 2 нм і за формою нагадують бджолині соти. Пухирці аеросом заповнені газом, подібним до газу довкілля. Вважають, що вони виконують функцію регуляторів плавучості цих організмів. Завдяки аеросомам бактерії можуть займати в товщі води найбільш вигідне положення щодо вмісту в ній поживних речовин, кисню, освітлення тощо.

До включень, які виконують роль запасних поживних речовин, належать полісахариди, ліпіди, поліпептиди, поліфосфати тощо. Із включень полісахаридної природи в клітинах найчастіше відкладаються глікоген, крохмаль і гранульоза (крохмалеподібна речовина). У випадку несприятливих умов ці сполуки використовуються прокаріотами як джерело вуглецю і енергії.

Ліпіди нагромаджуються в клітинах у вигляді гранул і крапельок жиру, зокрема таким включенням часто є полімер (3-оксимасляної кислоти. Накопичення ліпідів у клітинах надзвичайно інтенсивно відбувається тоді, коли середовище багате на вуглеводи та бідне на азот. Як і полісахариди, ліпіди є для бактерій добрим джерелом вуглецю і енергії.

Дуже поширеними запасними речовинами у багатьох прокаріотів є поліфосфати, які дістали назву волютину (метахроматинові гранули). Волютин нагромаджується в оцтовокислих, молочнокислих, азотфіксуючих та інших видах бактерій. Гранули волютину складаються переважно із поліфосфатів, а тому його найчастіше розглядають як внутрішньоклітинний резерв фосфору. Він використовується клітиною як джерело фосфору і енергії.

У ціанобактерій виявлено специфічні ціанофіцинові запасні речовини поліпептидної природи, які містять аспарагінову кислоту і аргінін. Поява цих включень під час культивування ціанобактерій з азотом і зникнення їх за виснаження середовища на азот дає підстави вважати, що вони є резервом азоту в разі браку його в середовищі. До включень, що їх відносять до продуктів клітинного метаболізму, належать виявлені в цитоплазмі деяких бактерій кристалоподібні включення білкової природи ромбоподібної, кубічної та інших форм. Ці утворення виявились дуже токсичними для гусениць шкідливих комах [5].

Для багатьох сіркобактерій характерне відкладання в клітинах молекулярної сірки як продукту клітинного обміну. Для аеробних тіонових бактерій, які окислюють H₂ S, сірка є джерелом енергії, а для анаеробних фотосинтезуючих сіркобактерій вона є донором електронів. У сіркобактерій із роду Achromatium виявлено включення у вигляді гранул карбонату кальцію, фізіологічне значення якого досі ще не з'ясовано.

У бактерій родів Caedobacterі Pseudomonasвиявлено включення білкової природи, округлої форми, які заломлюють світло. Вони дістали назву R-тілець. Формування їх визначається вірусними або плазмідними генами. Функції R-тілець досі ще не вивчені.

РОЗДІЛ 2. МОЖЛИВОСТІ ВИКОРИСТАННЯ МІКРОБІОЛОГІЧНИХ ПРЕПАРАТІВ ДЛЯ БОРОТЬБИ ІЗ ШКІДНИКАМИ

2.1 Мікробіологічні інсектициди

Мікробіологічні інсектициди забезпечили новий летальний фактор для боротьби з деякими рослиноїдними шкідниками сільськогосподарських культур або лісу. Рівень чисельності популяції шкідника не впливає на ефективність цих препаратів. Для боротьби з комахами, що мають значення в медицині і ветеринарії, мікробіологічні інсектициди ще не розроблені, за винятком екзотоксину Bacіllus thurіngіensіs, що активно діє проти мух і вший (у даний час ще не використовується у виробничих масштабах).Число мікробіологічних інсектицидів дуже не велике в порівнянні з числом хімічних препаратів. Однак в обмеженому числі випадків, коли вони можуть використовуватися, вони настільки ж ефективні, як найкращі хімічні препарати, хоча вони часто коштують набагато дорожче. Препарати, що містять Bacіllus thurіngіensіs (ВТ), дозволені і використовуються у виробничих масштабах для боротьби з деякими шкідливими лускокрилими. Методи виробництва і складання препаратів добре розроблені. Число видів сприйнятливих метеликів велике й усі зростає і на щастя включає лише далеко не всі корисні види. Віруси поліедрозу і гранульозу численні, але вони більш специфічні, хоча в сукупності мають дуже широке коло хазяїнів і настільки ж перспективні в боротьбі зі шкідниками, як і ВТ. Велика перевага мікробіологічних інсектицидів полягає не тільки в їхній нешкідливості для людини і домашній тварин, але також у їхній специфічності, оскільки корисною комахою вони, видимо, заподіюють не більше шкоди, чим хижаки. Однак така специфічність, часто тільки для одного виду, може виявитися і недоліком, коли необхідно вести боротьбу одночасно з декількома шкідниками. Іншими недоліками, крім високої вартості порівняно з хімічними препаратами, є звичайно відсутність контактної дії, а іноді і здатність заражати тільки одну стадію розвитку шкідника.

Хімічні інсектициди порівняно мало діють на патогени комах, хоча окремі фунгіциди можуть ушкоджувати них; у той же час хімікати можуть підсилювати дія деяких патогенів. У СРСР біля Києва побудований завод для виробництва гриба Beauverіa bassіana.

Оскільки токсини діють на багатьох комахах як кишкові отрути, їхній можна використовувати в чистому вигляді, хоча в даний час використовуються тільки суміші спор із кристалами, тому що немає ніяких підстав для видалення спор. На більшість комах спори спричиняють специфічну дію, особливо в низьких дозуваннях, а в патогенезі деяких видів вони відіграють головну роль. Спорові препарати небажано застосовувати в сховищах запасів, але в препаратах для боротьби зі шкідниками запасів можна знищити не менш 99% суперечка ультрафіолетовим опроміненням без шкоди для кристалів або ж можна шляхом екстракції одержати звільнений від спор кристалічний білок, щоправда, менш стабільний і не в первісній кристалічній формі. В даний час вартість очищення препаратів від опор була б занадто висока. Досить чистий екзотоксин можна і зараз одержувати в промисловому масштабі, але це поки нерентабельне. Якщо екзотоксин у чистому виді виявиться досить нешкідливим, його можна буде застосовувати проти деяких мух, метеликів і інших груп комах.

2.2 Інтродукція мікроорганізмів та мікробіологічний метод боротьби

Патогени, що зустрічаються в природі, також відіграють значну роль у скороченні популяцій шкідників, причому масштаби придушення знов-таки коливалися ,у залежності від часу і району. Гарною ілюстрацією може бути чудове екологічне дослідження Entomophthora florіdana на Eutetranychus banksі в цитрусових насадженнях Флориди.

Дотепер описано близько 1000 видів мікроорганізмів, патогенних для комах і кліщів [20], і маються .надійні методи визначення багатьох видів і штамів, але лише деякі з них були інтродуковані навмисно. Частка успішних інтродукцій як мікро-, так і макробіологічних агентів.

Навмисна інтродукція патогенів і використання їх як мікробіологічні інсектициди є цінним методом боротьби, застосовуваним в наш час у відносно невеликому масштабі, і що патогени являють собою важливий фактор у природному обмеженні чисельності комах. Далі, ми можемо констатувати, що з нових методів боротьби зі шкідниками успіхи мікробіологічної боротьби значно скромніші успіхи, досягнуті у результаті кращого застосування хімікатів або макробіологічних агентів, але більше успіхів від використання стійких сортів рослин. Аналогічні думки були висловлені на симпозіумі в Римі в 1968 р. на тему "Нові перспективи в боротьбі зі шкідливими комахами" [20]. Наші досягнення включають також експертизу при застосуванні мікробіологічного методу і створення організацій для практичного використання і розширення цих знань. Ми здобуваємо більш детальне знання екології, необхідного помічника, тому що мікробіологічна боротьба часто йде повільніше і більш потай, чим хімічна. Так, найбільший ефект інтродукції патогену шкідливої комахи може проявитися через рік після обробки, як це було після інтродукції гриба Entomophthora проти яблонной мідяниці в Канаді і вірусу поліедроза соснового пилильщика в Шотландії. Оскільки мікробіологічний інсектицид може діяти повільно, його не можна використовувати на деяких культурах. Так, застосування вірусу поліедрозу Helіothіs zea дуже перспективно використовується на бавовнику, зерновому сорго і кукурудзі, де можна не зважати на деякі ушкодження, але неприйнятно на томатах, де навіть слабке ушкодження може знизити вартість врожаю [18]. Там, де припустимі невеликі ушкодження, мікробіологічну боротьбу можна вести тільки за допомогою швидко діючого і надійного мікробіологічного інсектициду, наприклад, що містить ВТ. Точно так само приймати як критерій негайну і масову загибель шкідника, яка досягається за допомогою летальних інсектицидів, можна лише в тих випадках, коли потрібно високий ступінь загибелі. Менш масова негайна загибель шкідника, не пригнітюча мікробіального агента, нерідко більш цінна для довгострокової боротьби.

2.3 Нешкідливість мікробіологічних агентів

Оскільки було відоме, що мікробіологічні агенти можуть містити токсини, були проведені токсикологічні дослідження на додаток до досліджень більш явної патогенності. Сучасні тенденції - це вимога підвищеної обережності. Урядові органи й установи, що регулюють використання пестицидів, несуть відповідальність за розробку і підтримку стандартів, але це не може служити підставою для бездіяльності або нерозумної затримки використання придатних патогенів. В останні роки США лідирували як у використанні патогенів, так і в розробці законодавства, що регулює їх застосування.Необхідно мати на увазі три аспекти безпеки - нешкідливість для здоров'я робочих, які виробляють або застосовують патоген, для здоров'я споживача, що користується продуктами, обробленими препаратом, нешкідливість для здоров'я диких тварин.