научная статья по теме ХАРАКТЕРИСТИКА НОВОГО ШТАММА НЕСЕРНОЙ ПУРПУРНОЙ БАКТЕРИИ ИЗ ТЕРМАЛЬНОГО ИСТОЧНИКА Биология

Текст научной статьи на тему «ХАРАКТЕРИСТИКА НОВОГО ШТАММА НЕСЕРНОЙ ПУРПУРНОЙ БАКТЕРИИ ИЗ ТЕРМАЛЬНОГО ИСТОЧНИКА»

МИКРОБИОЛОГИЯ, 2014, том 83, № 2, с. 170-179

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СТАТЬИ

УДК 579.81

ХАРАКТЕРИСТИКА НОВОГО ШТАММА НЕСЕРНОЙ ПУРПУРНОЙ БАКТЕРИИ ИЗ ТЕРМАЛЬНОГО ИСТОЧНИКА

© 2014 г. Е. Н. Нуянзина-Болдарева*, А. М. Калашников*, В. А. Гайсин**, М. В. Сухачева**, Б. Б. Кузнецов**, В. М. Горленко*

*Институт микробиологии им. С.Н. Виноградского Российской академии наук, Москва **Центр "Биоинженерия" Российской академии наук, Москва Поступила в редакцию 13.06.2013 г.

Из мата низкотемпературного термального источника Кучигер (Байкальская рифтовая зона, Бурятия, Россия) выделен новый штамм Ku-2 почкующейся несерной пурпурной бактерии (НПБ) рода Rhodobacter. Бактерии имеют ламеллярный тип фотосинтетических мембран, что характерно только для одного вида рода Rhodobacter, Rba. blasticus. Исследованные микроорганизмы содержат кароти-ноиды сфероиденового ряда и бактериохлорофилл а (Бхл а). Спектр поглощения клеток in vivo имеет основной максимум поглощения при длине волны 863 нм и дополнительный при 887 нм, что характерно для пигмент-белковых комплексов мембран, содержащих Бхл а. У описанных ранее штаммов Rba. blasticus в спектрах поглощения клеток максимум при 887 нм не выявляется. Новый изолят является фотогетеротрофом, его оптимальный рост происходит при температуре 35°С, концентрации NaCl 3 г/л и рН 7—8. Содержание Г + Ц в ДНК составляет 64.4 мол. %. Уровень сходства штамма Ku-2 с типовым штаммом вида Rba. blasticus по данным сравнительного анализа последовательностей генов, кодирующих 16S рРНК, составляет 98.7%. Сходство аминокислотных последовательностей PufM штамма Ku-2 и исследованного ранее штамма Rba. blasticus составляет 89.0%. Таким образом, бактерии штамма Ku-2 относятся к роду Rhodobacter и филогенетически близки к виду Rhodobacter blasticus.

Ключевые слова: аноксигенные фототрофы, протеобактерии, семейство Rhodobacteriaceae, Rhodobacter blasticus.

DOI: 10.7868/S0026365614020025

В группу несерных пурпурных бактерий (НПБ) входят фенотипически и филогенетически разнообразные виды. Большинство видов НПБ растут анаэробно на свету фотогетеротрофно за счет использования различных источников органического углерода. Лишь некоторые виды НПБ способны к хемогетеротрофному росту в темноте в микроаэробных или аэробных условиях.

НПБ принадлежат к а- и Р-протеобактериям. Rhodobacter blasticus относится к а-протеобакте-риям и отличается от других видов рода Rhodobacter способом размножения — почкованием, а также кольцевой ламеллярной структурой фото-синтезирующих мембран [1]. Rba. blasticus при анаэробном росте, благодаря наличию в клетках каротиноида сфероидена, имеет оранжево-коричневый цвет. В присутствии кислорода сфероиден превращается в сфероиденон, придающий клеткам пурпурный цвет. Спектр поглощения культуры клеток типового штамма Rba. blasticus in vivo имеет максимумы при 378, 418, 476, 506,

1 Автор для корреспонденции (e-mail: boldareva@gmail.com).

590, 795, 862 нм [1]. Описанный нами ранее штамм ЯЬа. blasticus ЯЪ5 имеет сходные с типовым штаммом максимумы спектров поглощения клеток [2]. Этот штамм, использованный в работе, филогенетически близок к типовому штамму ЯЬа. Ьlasticus АТСС 33485т. Уровень сходства последовательностей генов 168 рРНК ЯЪ5 и ЯЬа. Ьlasticus АТСС 33485 составляет 99.7%.

Из термального источника Кучигер (Бурятия, Россия) нами выделен новый штамм Ки-2 почкующейся несерной пурпурной бактерии близкий по фенотипическим и филогенетическим характеристикам виду КНоёоЬа&ег Ьlasticus. Клетки бактерий штамма Ки-2, выращенные в фототрофных условиях, имеют основной максимум поглощения бактериохлорофилла а при 863 нм, а также небольшой максимум (или плечо) при 887 нм. Подобные спектры поглощения характерны для некоторых других видов рода RhodoЬacter, но не для известных штаммов RhodoЬacter Ьlasticus [1].

Целью исследования стало изучение нового изолята, имеющего необычные спектральные характеристики.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Использованные штаммы и методы культивирования. Кроме вновь изолированного штамма НПБ Ku-2, для сравнительных исследований использовали штамм НПБ Rb5, выделенный из микробного мата гидротермы "Большая река" (Прибайкалье) [2].

Для культивирования НПБ использовали среду следующего состава (г/л): NH4Cl — 0.4; KH2PO4 — 0.5; MgCl2 - 0.2; Na2SO4 - 0.5; дрожжевой экстракт — 1; ацетат Na — 1; пируват Na — 1; NaCl — 1; Na2S2O3 • 5H2O — 1; KCl — 0.5; NaHCO3 — 1; витамин В12 — 10 мкг/л; раствор микроэлементов по Пфеннигу — 1 мл/л [3]. Растворы NaHCO3 (10%), дрожжевого экстракта (5%), ацетата Na (10%), пирувата Na (10%) и тиосульфата Na (10%) готовили и стерилизовали отдельно, а затем вносили в основную среду непосредственно перед посевом. В готовой среде рН доводили до 7.5—8.0. Бактерии культивировали анаэробно на свету в пени-циллиновых флаконах полностью заполненных жидкой средой и закрытых резиновыми пробками объемом 20 мл, а также аэробно в темноте в конических колбах объемом 500 мл. Очистку культур проводили на чашках Петри путем последовательных пересевов отдельно аэробно выросших колоний на поверхности плотной среды, содержащей 2% (w/v) агара. Чистоту выделенных культур контролировали микрокопированием.

Морфология, тонкое строение. Морфологические характеристики бактериальных клеток определяли в световом микроскопе Olimpus BX40 (Япония) с фазовым контрастом. Дополнительные морфологические и цитологические характеристики определяли с помощью электронного микроскопа JEM-100C ("Jeol", Япония) при ускоряющем напряжении 80 кВ на тотальных препаратах клеток, контрастированных 0.2% водным раствором уранилацетата и на ультратонких срезах. Для получения ультратонких срезов сконцентрированные центрифугированием клетки обрабатывали по методу Келленберга и после обезвоживания заключали в эпон. Срезы, изготовленные на ультрамикротоме, помещали на медные сеточки, покрытые формваровой пленкой. Для контрастирования клеток использовали реактив Рейнольдса [4].

Метод анализа жирных кислот. Пробу сухой биомассы клеток (5 мг) обрабатывали 0.4 мл 1 н хлористого водорода в метаноле при 80° С в течение одного часа (кислотный метанолиз). Образовавшиеся при метанолизе метиловые эфиры экстрагировали гексаном и вводили в газовый хрома-

тограф (Microbial identification system, "MIDI Inc.") [5].

Пигментный состав. Состав пигментов определяли по спектрам поглощения на спектрофотометре СФ-56А ("ЛОМО", Россия) в диапазоне длин волн 350—1020 нм. Для этого готовили суспензию целых клеток в 50% водном растворе глицерина или использовали фракцию клеточных мембран, полученную после разрушения клеток ультразвуком и удаления грубых фрагментов клеток центрифугированием. Кроме того, исследовали спектральные характеристики ацетон-мета-нольных (7 : 2) экстрактов клеток.

Физиологические свойства и условия роста. Для определения потребляемых органических субстратов использовали приведенную выше среду с витамином В12 (10 мкг/л) и дрожжевым экстрактом (0.1 г/л), в качестве витаминной добавки, и не содержащую других органических соединений. Испытуемые органические вещества вносили в концентрации 1 г/л. Конечное значение рН доводили до 8.0.

Толерантность бактерий к сульфиду натрия и способность к его использованию определяли, выращивая микроорганизмы анаэробно на свету при разных концентрациях Na2S • 9H2O: 0, 300, 500, 700 и 1000 мг/л. Выращивание бактерий при различных концентрациях NaCl и значениях рН проводили в анаэробных условиях на свету. Для определения способности бактерий к росту при разных значениях рН использовали фосфатный буфер в диапазоне рН 6.8-7.4. Для приготовления сред с щелочными значениями рН (8.0-9.5) применяли карбонатные буферные растворы. Для определения оптимальной температуры для роста изолята его культивировали в градиентном термостате в диапазоне температур от 10 до 50°C. Урожай клеток оценивали по величине оптической плотности, измеренной при длине волны 650 нм на фотометре КФК-3. Чувствительность к антибиотикам выявляли по размеру стерильного зоны вокруг дисков, содержащих исследуемый антибиотик, при аэробном росте клеток на чашках Петри.

Молекулярно-генетические исследования. Выделение ДНК из клеток выполняли по описанному ранее методу щелочного выделения ДНК Бирнбойма-Доли и Wizard-технологии фирмы "Promega" [6]. Измерение содержания ДНК в полученном растворе и оценку его чистоты проводили на спектрофотометре Smart Spec 3000 ("BioRad", США).

Амплификацию гена 16S рРНК и секвениро-вание полученных ПЦР-фрагментов проводили с универсальными бактериальными праймерами 27f и 1492r [7]. Амплификацию участка оперона pufLM и секвенирование полученных ПЦР-фраг-ментов осуществляли с помощью специфичной

для пурпурных бактерий праймерной системы, описанной ранее [8, 9]. Температурно-временной профиль ПЦР был следующим: первый цикл — 94°C х 2 мин, 56°C х 30 с, 72°C х 1 мин 30 с; последующие 42 цикла - 94°C х 30 с, 56°C х 30 с, 72°C х 1 мин 30 с; окончательная полимеризация — 72°C х 5 мин. Во всех вариантах ПЦР объем ам-плификационной смеси составлял 50 мкл и имел следующий состав: буфер ДНК полимеразы Bio-Taq (17 мМ (NH4)2SO4, 67 мМ трис-HCl, рН 8.8, 2 мМ MgCl2); по 12.5 нмоль каждого из dNTP, 50 нг ДНК-матрицы; по 5 пмоль соответствующих праймеров и 3 ед. ДНК полимеразы BioTaq ("Диалат ЛТД", Россия).

Продукты ПЦР анализировали при помощи электрофореза в 1.0% агарозном геле, окрашенном бромистым этидием при напряжении поля 6 В/см. Фиксирование результатов электрофореза проводили с помощью системы гель-документации Bio Doc Analyzer ("Biometra", Германия).

Для секвенирования продуктов амплификации использовали метод Сэнгера с помощью набора реактивов Big Dye Terminator v. 3.1 Cycle Sequencing Kit на автоматическом секвенаторе DNA Analyzer 3730 ("Applied Biosystems", США) согласно инструкции производителя. Полученные последовательности редактировали с помощью программы BioEdit [10]. Для первичного сравнительного анализа полученных de novo последовательностей с последовательностями базы данных GenBank использовали программы BLAST [http://www.nc-bi.nlm.nih.gov/blast]. Филогенетический анализ и постр

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком