Введение. 
Биологические основы адаптации бактерий к тяжёлой воде (d2o)

Тяжёлая вода по химическому составу представляет оксид дейтерия D2O с кислородом природного изотопного состава. Химическое строение молекулы D2O аналогично строению Н2O, с очень малым различием в значениях длин водородных связей и углов между ними; молекулярная масса D2O на 10% превышает массу Н2O. Разница молекулярных масс определяет изотопные эффекты, которые для пары H/D могут быть достаточно большими [1]. В результате тяжёлая вода по своим физико-химическим свойствам отличается от обычной воды. Тяжёлая вода кипит при 101,440С, замерзает при 3,820С, имеет плотность при 200С 1,105 г/см3, причём максимум плотности приходится не на 40С, как у обычной воды, а на 11,20С (1,106 г/см3).

Химические реакции в тяжелой воде протекают с медленной скоростью, чем в обычной воде, она слабее ионизирована, чем обычная вода, константа диссоциации тяжёлой воды меньше таковой для обычной воды, растворимость органических и неорганических веществ в D2O, как правило ниже чем в D2O, водородные связи с участием дейтерия несколько прочнее обычных, подвижность ионов D3O+ на 28,5% ниже Н3O+, а ОD- - на 39,8% ниже ОН- [2].

В природных водах соотношение между тяжёлой и обычной водой составляет 1:5500 (в предположении, что весь дейтерий находится в виде D2O) [3]. В смесях тяжёлой воды с обычной водой с большой скоростью происходит изотопный обмен с образованием «полутяжелой» воды: Н2O + D2O = HDO. Поэтому дейтерий при малом содержании присутствует в воде в форме НDO, а при высоком — в форме D2O.

Долгое время считалось, что тяжёлая вода несовместима с жизнью. Эксперименты по выращиванию клеток различных организмов в тяжелой воде показали токсическое действие D2О; высокие концентрации тяжёлой воды приводят к замедлению метаболизма, ингибированию митоза в стадии профазы и даже в некоторых случаях вызывать спонтанные мутации [4].

Систематическое изучение воздействия D2О на клетки животных и растений в нашей стране начато сравнительно недавно [5]. Эксперименты показали, что тяжелая вода действует отрицательно на жизненные функции организмов; это происходит даже при использовании обычной природной воды с повышенным содержанием тяжелой воды [6]. Несмотря на биостатический эффект, оказываемый тяжёлой водой на клетки, некоторые бактерии способны выдерживать 90% D2О [7], в то время как растительные клетки могут нормально развиваться при концентрациях 50−75% D2О [8], а клетки животных не более 35% D2О [9]. При этом понижение содержания дейтерия в воде на 25% ниже физиологического уровня стимулирует жизненные процессы [10].

С развитием новых биотехнологических подходов появилась возможность использовать для направленного синтеза дейтерированных природных соединений полученные в результате генной инженерии и мутагенеза различные штаммы-продуценты [11]. Традиционным методом при этом является выращивание бактерий на средах, содержащих максимальные концентрации тяжёлой воды и других дейтерированных субстратов, например, [D]метанол [12]. Однако данный метод редко применяется в биотехнологии, из-за трудностей роста и адаптации на средах с максимальными концентрациями D2О. Вследствие этого ряд вопросов принципиальной возможности использования различных штаммов-продуцентов для роста и биосинтеза на высокодейтерированных средах, остаются не изученными.

Целью настоящей работы было исследование физиологических параметров бактериальных штаммов продуцентов природных соединений, относящихся к различным таксономическим группам микроорганизмов, осуществляющим метилотрофный, хемогетеротрофный и фотоорганогетеротрофный способы ассимиляции углеродных субстратов, при росте на D2O-содержащих средах.