МИКРОБИОЛОГИЯ, 2004, том 73, № 4, с. 574-576
КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ
УДК 579.841.4.[0.44+017.6]
ИНГИБИРОВАНИЕ МИНЕРАЛЬНЫМИ СОЛЯМИ РОСТА И ПОТРЕБЛЕНИЯ МЕТАНА МЕТИУЬОСАРЗА АСЮ1РИ1ЬА
© 2004 г. О. М. Колесников*, С. Н. Дедыш*, Н. С. Паников**
*Институт микробиологии РАН, Москва **Технологический институт Стивенса, Нъю Джерси, США Поступила в редакцию 10.02.03 г.; после доработки 11.03.04 г.
Метанотрофы - уникальная и повсеместно распространенная группа бактерий, использующих метан в качестве источника углерода и энергии [1]. Одним из крупнейших поставщиков атмосферного метана являются кислые северные сфагновые болота, в которых процесс окисления CH4 осуществляется ацидофильными метанотро-фами [2]. Эти бактерии отнесены к двум новым родам и видам - Methylocella palustris и Methylocapsa acidiphila [3, 4], они предпочитают пониженные концентрации солей в растворе (100-500 мг/л) и не растут на традиционно используемых средах с содержанием солей 1.5-3 г/л [1]. Примечательно, что изоляты Methylocella были получены на среде с нитратом, тогда как Methylocapsa acidiphila была выделена на безазотистой среде. В последнем случае рост культуры не зависел от присутствия связанного азота, что, в сочетании с ацидофилией, позволяет M. acidiphila успешно существовать в кислых, холодных и бедных азотом биотопах, включающих не только болота, но и кислые почвы бореальной зоны.
Изучая влияние нитратов, нитритов, аммонийных и других минеральных солей на метанокисля-ющую активность образцов торфа, мы обнаружили максимальный ингибирующий эффект нитратов и хлоридов, в то время как фосфаты и сульфаты почти не оказывали ингибирующего воздействия, независимо от природы тестированных катионов [5]. Механизм подавляющего действия ряда минеральных солей на метанокисляю-щую активность торфов и почв не вполне ясен.
Известно, что NH+ ингибирует ключевой фермент метаболизма метанотрофов - метанмоноок-сигеназу (ММО), катализирующую окисление метана в метанол [6]. Однако в наших опытах с образцами торфа не было установлено более сильного ингибирования потребления метана аммонием по сравнению с другими катионами, в частности, К+ [5]. Пытаясь объяснить механизм ингибирования, мы предприняли исследование воздействия различных солей на рост ацидофильного метанотрофа Methylocapsa acidiphila B2.
Культуру M. acidiphila B2 (DSM 13967T = NCIMB 13765T) выращивали на минимальной безазотистой среде [4] в герметично закрытых сывороточных флаконах объемом 500 мл, содержащих 100 мл среды, на качалке (120 об/мин) при 25°C. Чистоту культуры контролировали с использованием фазово-контрастной микроскопии и сред, провоцирующих рост гетеротрофов [4]. Метан вводили шприцем через бактериальный фильтр с размером пор 0.22 мкм до концентрации 55 мг С-СН4/л. Минеральные соли (KNO3, KCl, KBr, KI, LiCl, SrCl2, BaCl2, AlCl3, K2SO4) вносили в среду в концентрациях 1-10 мМ. Контролем служил рост M. acidiphila B2 на исходной среде без указанных выше солей. Рост культуры оценивали по оптической плотности периодически отбираемых образцов бактериальной суспензии на приборе SPE-KOL 10 (Германия) при 410 нм, с последующим пересчетом на биомассу по данным углеродного баланса [7]. Потребление CH4 и образование СО2 измеряли на иК-газоанализаторе INFRALYT-4 (Германия). Удельную скорость роста бактерий (ц) рассчитывали по динамике плотности культуры в экспоненциальной фазе роста. Выход биомассы (Y = dx/ds) оценивали по балансу, исходя из данных потребления метана и образования СО2 [7].
В таблице приведены результаты опытов по изучению влияния ряда минеральных солей на потребление метана, удельную скорость роста (ц) и выход биомассы (Y). Наиболее сильными ингибиторами оказались AlCl3 и KI, подавлявшие рост культуры уже при концентрации 1 мМ. Внесение KNO3 в низкой концентрации (1 мМ) стимулировало потребление метана и повышало удельную скорость роста M. acidiphila, однако при более высоких концентрациях нитрата (3, 5 и 10 мМ) роста бактерий практически не происходило в течение первых четырех суток (рисунок). Длительность лаг-фазы увеличивалась с повышением концентрации соли. Внесение 1 мМ BaCl2 вызывало задержку роста культуры до 4 сут, а 3 мМ BaCl2 полностью подавлял рост. SrCl2 и LiCl2 снижали величину ц, но почти не влияли на выход биомассы. Ингибирование роста культуры усиливалось с увеличением концентрации KCl, а выход
ИНГИБИРОВАНИЕ МИНЕРАЛЬНЫМИ СОЛЯМИ 575
Влияние минеральных солей на потребление метана, удельную скорость роста и выход биомассы М. ас1й1рНПа В2
Добавленное соединение Концентрация добавленной соли, мМ Ингибирование потребления CH4, % Удельная скорость роста бактерий, ц, ч-1 Выход биомассы, Y, г С/г C-CH4
Контроль 0 0.0 0.03 0.58
KN03 1 -62.9* 0.04 0.61
3 28.0 0.03 0.39
5 30.8 0.03 0.44
10 20.9 0.02 0.60
LiCl 1 23.1 0.04 0.63
3 61.9 0.01 0.52
KCl 1 8.2 0.04 0.63
3 22.8 0.03 0.64
10 38.9 0.02 0.41
KBr 1 11.7 0.04 0.62
3 46.5 0.02 0.63
KI 1 64.1 0.01 0.40
3 100 0 0
K2S04 10 22.9 0.01 0.56
SrCl2 1 24.2 0.02 0.61
BaCl2 1 19.0 0.02 0.57
3 100 0 0
AlCl3 1 100 0 0
* Стимуляция процесса.
биомассы резко снижался только при концентра- галогенидов калия ингибирование усиливалось в
ции KCl 10 мМ. KBr оказывал ингибирующее дей- ряду: Cl- < Br- < I-.
ствие промежуточной силы по сравнению с KCl и настоящее исследование показало, что мета-
KI. K2S04 заметно влиял на потребление метана и нотрофные бактерии подвержены сильному ин-
рост М. acidiphila только в концентрации 10 мМ. гибированию не только и не столько солями ам-
Таким образом, ингибирующий эффект хло- мония, как считалось ранее, а широким кругом
ридов возрастал с увеличением заряда и атомной солей. Кинетический анализ ингибирования, про-
массы катионов: K+ < Li+ < Sr2+ < Ba2+ < Al3+. Среди веденный применительно к сообществу торфов
Динамика образования СО2 (а) и прирост биомассы (б) М. ас1й1ркИа В2 в зависимости от количества добавленного нитрата калия: 1 - 0; 2 - 3; 3 - 5; 4 - 10 мМ.
МИКРОБИОЛОГИЯ том 73 < 4 2004
576
КОЛЕСНИКОВ и др.
[5], позволяет объяснить наблюдаемое явление возможным закислением цитоплазмы бактерий анионами сильных кислот. Полученные результаты могут оказаться полезными в оптимизации сред для культивирования метанотрофов в лабораторных и биотехнологических исследованиях. Повышенная чувствительность ацидофильных метанотрофов к солям позволяет лучше понять механизмы регуляции их метаболической активности in situ, что, в конечном счете, определяет величину эмиссии метана в атмосферу.
Работа частично поддержана грантами EC "CONGAS", НСФ № 994055.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Галъченко В.Ф. Метанотрофные бактерии. М.: ГЕОС, 2001. 500 с.
2. Дедыш С.Н. Метанотрофные бактерии кислых сфагновых болот // Микробиология. 2002. Т. 71. № 6. С. 741-754.
3. Dedysh S.N., Liesack W., Khmelenina V.N., SuzinaN.E., Trotsenko Y.A., Semrau J.D, Bares A.M., Panikov N.S.,
Tiedje J.M. Methylocella palustris gen. nov., sp. nov., a new methane-oxidizing acidophilic bacterium from peat bogs, representing a novel subtype of serine pathway methanotrophs // Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 2000. V. 50. № 3. P. 955-969.
4. Dedysh S.N., Khmelenina V.N., Suzina N.E., Trotsenko Y.A., Semrau J.D, Liesack W., Tiedje J.M. Methylo-capsa acidiphila gen. nov., sp. nov., a novel methane-oxidizing and dinitrogen-fixing acidophilic bacterium from Sphagnum bog // Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 2002. V. 52. P. 251-261.
5. Panikov N.S., Dedysh S.N., Kolesnikov O.M., Mardi-ni A.I., Sizova M.V. Metabolic and environmental control of methane emission from soils: mechanistic studies of mesotrophic fen in west Siberia // Water, Air, Soil Pollution. 2001. Focus 1. P. 415-428.
6. Dalton H, Prior S.D., Leak D.J., Stanley S.H. Regulation and control of methane monooxygenase // Eds. Crawford R.L., Hanson R.S. Microbial growth on C1 compounds / Washington: Amer. Soc. Microbiol., 1984. P. 75-82.
7. Panikov N.S. Microbial growth kinetics. London: Chapman and Hall, 1995. P. 187-236.
МИКРОБИОЛОГИЯ том 73 < 4 2004
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.