научный журнал по биологии Микробиология ISSN: 0026-3656

ГРАЧЕВ В.А., ДОРОФЕЕВ А.Г., КАЗАКОВА Е.А., КЕВБРИНА М.В., КОЗЛОВ М.Н., КУЗНЕЦОВ Б.Б., НИКОЛАЕВ Ю.А., ПОЛЯКОВ Д.Ю., ХРАМЕНКОВ С.В. — 2013 г.

В работе представлено описание нового вида и рода бактерий, способных к окислению аммония в анаэробных условиях с использованием нитрита. Накопительная культура бактерий получена из ила реки Москвы путем его последовательного культивирования в реакторах с элективными условиями для анаэробного окисления аммония. Клетки бактерий коккоидной формы 0.4 ? 0.7 мкм имеют внутриклеточные мембранные структуры, характерные для бактерий, способных к анаэробному окислению аммония – анаммоксосому, парифоплазму. Клетки объединены в агрегаты диаметром 5–25 мкм (в среднем – 10). Легко адгезируют к твердым поверхностям. Клетки морфологически лабильны – легко теряют содержимое, изменяют морфологию при фиксации для электронной микроскопии. Организм способен к окислению аммония нитритом. Константы полунасыщения Ks для нитрита и аммония составляют 0.38 мг N NO2/л и 0.41 мг N NH4/л соответственно. Предельная концентрация нитрита для роста – однократно 90 мг N NO2/л, постоянно – 75 мг N-NO2/л; время удвоения – 32 сут; = 0.022 сут-1; температурный оптимум роста 20°C, оптимум рН 7.8–8.3. На основании анализа 16S рРНК бактерия отнесена к новому роду и виду, входящим в группу Planctomycetes. Для новой бактерии предложено название Сandidatus Аnammoxomicrobium moscowii gen. nov., sp. nov. (микроб, осуществляющий процесс анаэробного окисления аммония, выделенный в московском регионе).

КОТЛОВА Е.Р., МЕМОРСКАЯ А.С., ТЕРЁШИНА В.М. — 2013 г.

В pulse-chase эксперименте с использованием (14)-ацетата натрия были изучены особенности синтеза и распада липидов A. niger в условиях теплового шока (ТШ). По сравнению с контрольным вариантом ТШ в течение часа приводил к интенсификации синтеза фосфолипидов и сфинголипидов у Aspergillus niger, о чем судили по включению меченого субстрата. Такая же закономерность наблюдалась и для нейтральных липидов, особенно для триацилглицеринов, тогда как уровень включения метки в стерины практически не изменялся. Исключение из среды меченого субстрата и продолжение культивирования в течение трех часов приводили к существенному снижению количества метки в мембранных липидах как в контроле, так и в опыте, но в условиях ТШ эта величина значительно больше, особенно в фосфатидилхолинах и фосфатидилэтаноламинах. При этом только в условиях ТШ наблюдалось трехкратное увеличение метки в фосфатидных кислотах. Полученные данные свидетельствуют о более интенсивном обмене мембранных липидов при тепловом шоке и дают основания полагать, что причиной повышения уровня фосфатидных кислот в мицелии A. niger является деградация основных фосфолипидов клетки.

КУЛИКОВ Н.И., ЛИТТИ Ю.В., НЕКРАСОВА В.К., НОЖЕВНИКОВА А.Н., СИМАНЬКОВА М.В. — 2013 г.

Проведены исследования прикрепленного активного ила из станции очистки сточных вод в поселке Красная поляна (Сочи), реконструированной путем увеличения интенсивности аэрации и степени рецикла воды, а также установкой ершового носителя для иммобилизации активного ила. В биопленках активного ила, развившегося в условиях интенсивной аэрации, показано присутствие как аэробных, так и анаэробных микроорганизмов. Выявлено функционирование строго анаэробного метаногенного микробного сообщества, способного разлагать органические соединения с образованием метана, который далее окисляется аэробными метанотрофами. Летучие жирные кислоты, промежуточные продукты анаэробной деградации сложных органических соединений, используются аэробными и анаэробными микроорганизмами. В биопленках прикрепленного ила обнаружено анаэробное окисление аммония нитритом (анаммокс-процесс) и присутствие облигатно анаэробных анаммокс-бактерий. Одновременное осуществление аэробной и анаэробной деградации органических загрязнений прикрепленным активным илом позволяет достигать высоких скоростей очистки воды, устойчивости активного ила к меняющимся условиям внешней среды, а также уменьшает прирост избыточного ила.

БЕЛОУСОВА Е.В., ГРАБОВИЧ М.Ю., ДУБИНИНА Г.А., ЛАВРИНЕНКО К.С., ФРОЛОВ Е.Н. — 2013 г.

Для представителя рода Azospirillum – A. thiophilum BV-ST, выделенного из умеренно термального сульфидного источника, показана способность к литотрофному росту за счет окисления восстановленных соединений серы. Основным фактором, определяющим тип энергетического метаболизма (органотрофный или литотрофный) в присутствии тиосульфата, является концентрация кислорода в среде. В аэробных условиях клетки A. thiophilum BV-ST осуществляют органогетеротрофный тип метаболизма, а наблюдаемое окисление тиосульфата до тетратионата обусловлено взаимодействием с активными формами кислорода, главным образом, Н2О2. Образование Н2О2 происходит в электрон-транспортной цепи (ЭТЦ) при окислении органических доноров электронов. В микроаэробных условиях при концентрации около 2 мг/л О2 в жидкой среде A. thiophilum BV-ST осуществляет литогетеротрофный (миксотрофный) тип метаболизма, а окисление тиосульфата до тетратионата и сульфата происходит с участием ферментов серного метаболизма диссимиляционного типа. В клетках обнаружены две ферментные системы: тиосульфатдегидрогеназа, катализирующая неполное окисление тиосульфата до тетратионата, и тиосульфатокисляющий ферментный Sox-комплекс, с участием которого происходит полное окисление тиосульфата до сульфата. У A. thiophilum BV-ST выявлена генетическая детерминированнность компонента Sox-комплекса: обнаружен ген soxB и показано, что в микроаэробных условиях культивирования по сравнению с аэробными экспрессия генов soxB увеличивается в 32 раза.

АКИМОВ В.Н., АНДЕРСЕН Д., БЕЙДЖ А.К., ГАЛЬЧЕНКО В.Ф., КУЛИКОВ Е.Е., МАККЕЙ К., СОРОКИН В.В., СУРГУЧЕВА Н.А., ФИЛИППОВА С.Н. — 2013 г.

DOI: 10.7868/S0026365613030051 Список литературы

ЕВДОКИМОВ И.В., ЛАРИОНОВА А.А., СТУЛИН А.Ф. — 2013 г.

Определяли вклад “нового” углерода, поступающего из растений с С4 типом фотосинтеза (кукурузы), и “старого” углерода из почвенного органического вещества (ПОВ), сформировавшегося под С3 растительностью, как источников углерода для микроорганизмов. Почвенные образцы были отобраны с площадок полевых экспериментов на агрочерноземе и агросерой почве. Величины 13C определяли в выделяющемся CO2, ПОВ, общей микробной биомассе (Cмик) и жирных кислотах фосфолипидов (ЖКФ), предполагая, что чем более обогащены ЖКФ-маркеры для определенных таксономических групп микроорганизмов углеродом С4, тем значительнее роль этих микроорганизмов в трансформации корневых выделений и растительных остатков. По обогащению “новым” С углеродные пулы располагались в следующем порядке: ПОВ < Cмик < CO2. Следовательно, “новый” углерод оказался более предпочтительным субстратом для микробного роста, чем “старый”. Доля C4 в составе маркеров варьировала от 18 до 60% (среднее 38%) в агросерой почве и от 17 до 44% в агрочерноземе (среднее 28%). По степени обогащения “новым” углеродом группы микроорганизмов в агросерой почве выстроились в следующий ряд: простейшие < сапротрофные грибы < актиномицеты < грамположительные бактерии < грамотрицательные бактерии < микоризные грибы. В агрочерноземе вклад С4 в состав углерода ЖКФ значимо не отличался для разных групп организмов. Содержание С4 в составе ЖКФ-маркеров грамотрицательных бактерий и грибов не продемонстрировало решающего вклада данных групп организмов в трансформацию “нового” С. Вероятно, долговременный С3–C4 переход приводит к образованию широкого ряда углеродных пулов, близких по содержанию C4, но различающихся по устойчивости к минерализации; поэтому грамположительные бактерии получали возможность ассимилировать C4 из устойчивых пулов С. Низкое содержание нового “углерода” в ЖКФ-маркерах грибов может быть объяснено значительной долей покоящихся форм.

БЕЛЯЕВ С.С., ИВАНОВА А.Е., КАНАТЬЕВА А.Ю., КИЗИЛОВА А.К., КРАВЧЕНКО И.К., КУРГАНОВ А.А. — 2013 г.

Из образца элементной комовой серы с рН 2.2 с серной карты Астраханского газоперерабатывающего комплекса (АГК) выделена стабильная бактериальная ассоциация, способная использовать н-алканы в качестве единственного источника углерода и энергии при низких значениях рН. Рост за счет окисления углеводородов наблюдался в диапазоне рН 1.6–5.5 (оптимум 2.5) и температуры 20–50°С (оптимум 30–35°С). Анализ фрагментов рибосомных (16S рРНК) генов, полученных из тотальной ДНК этой накопительной культуры методами ПЦР-ДГГЭ, выявил нуклеотидные последовательности, наиболее близкие к последовательностям экстремально ацидофильных хемолитотрофных бактерий Acidithiobacillus thiooxidans и Sulfobacillus sp. (98–99% сходства), и последовательности, имеющие высокую степень сходства с медленно растущими актинобактериями, Mycobacterium europaeum и M. parascrofulaceum (98%). О способности какого-либо из этих организмов окислять углеводороды ранее не сообщалось. Таксономическая принадлежность последовательностей фрагментов гена 16S рРНК микроорганизмов, обнаруженных в накопительной культуре, позволяет предположить, что исследованная бактериальная ассоциация представляет уникальное сообщество взаимозависимых микроорганизмов, в котором существование ацидофильных углеводородокисляющих микобактерий опосредовано микрозональным снижением рН в серных картах в результате окисления элементной серы в условиях массового развития хемолитотрофных сероокисляющих бактерий.

ЖИЛИНА Т.Н., ЗАВАРЗИНА Д.Г., КЕВБРИН В.В., КОЛГАНОВА Т.В. — 2013 г.

Из придонных осадков коллектора вблизи содового озера Танатар II (Алтай), выделена мезофильная гидрогенотрофная метанобразующая архея штамм Z-7105T. Клетки штамма представляют подвижные угловатые кокки диаметром 0.2–1.2 мкм. Облигатный алкалофил, развивается в области рН 8.0–10.2 с оптимумом роста рН 9.0–9.5. Облигатно зависит от карбонатов, развиваясь в пределах 0.5–1.6 М суммарных карбонатов с оптимумом 0.7–0.9 М. При облигатной зависимости от ионов натрия 0.9–3.3 М Na+ (оптимум 1.4–1.9 М) и карбонат-ионов, не нуждается в Cl- ионе, но галотолерантен. Использует водород и формиат как доноры электронов. Ацетат необходим для анаболизма. Содержание Г + Ц в ДНК 50.2 мол. %. По данным анализа 16S рРНК гена новый изолят принадлежит к роду Methanocalculus и является в нем первым алкалофильным представителем. Он имеет с нейтрофильными и галотолерантными видами этого рода – M. halotolerans, M. taiwanensis, M. pumilus, M. chunghsingensis – уровень сходства в пределах 98.2–97.1% значений межвидового уровня для представителей этого рода. Уровень ДНК-ДНК гибридизации между штаммом Z-7105Т и типовым видом рода Methanocalculus – M. halotolerans DSM 14092Т составил 32%. Pод Methanocalculus с новым изолятом и описанными до него видами значительно удален от других родов метаногенов (уровень сходства по гену 16S рРНК <90%). На основании физиологических свойств, а также данных филогенетического анализа и ДНК-ДНК гибридизации предлагается отнести штамм Z-7105T (=DSM 25006, =ВКМ В-2765) к новому виду Methanocalculus natronophilus sp. nov., а сам род включить в состав нового семейства Methanocalculaceae fam. nov.

КОЛОТИЛОВА Н.Н. — 2013 г.

ДОКШУКИНА А.А., КОФИАДИ И.А., ЛЕВЕНЕЦ О.О., МУРАДОВ С.В., РОГАТЫХ С.В. — 2013 г.

Исследован видовой и количественный состав культивируемых ацидофильных микроорганизмов из накопительных культур проб месторождения Шануч (п-ов Камчатка), выращенных на универсальной среде. Анализировали библиотеку клонов (N = 93), содержащих вставки гена 16S рРНК эубактерий и архей. Все последовательности были разделены на 5 риботипов, классифицируемых как 4 описанных рода и 1 семейство. Установлено, что подавляющее большинство микроорганизмов (92%) относится к роду Acidithiobacillus. Еще одна группа бактерий была определена до уровня семейства Acetobacteriaceae (3%) и, в единственном случае, рода Acidiphilium. Помимо эубактерий, были обнаружены последовательности, специфичные для архей родов Thermococcus (3%) и Ferroplasma (2%), не позволяющие с достаточной степенью достоверности отнести их ни к одному из описанных видов. Количественное соотношение микроорганизмов, представленных в пробах накопительных культур, определяли методом ПЦР в реальном времени. С помощью видоспецифичных тест-систем установлено, что последовательности A. ferrooxidans, A. thiooxidans и Ferroplasma acidiphilum представлены в пробах в соотношении 62, 4 и 0.14% соответственно.

БУБНОВ И.А., ДАНИЛОВ В.С., СОРОКИНА Е.В., ЮДИНА Т.П. — 2013 г.

Исследовано токсическое действие ионов железа Fe2+ и Fe3+ на люминесцентном рекомбинантном штамме Escherichia coli с опероном luxCDABE в краткосрочном и длительном экспериментах. При 30 мин экспозиции ионов железа с бактериями эффективная концентрация для острой токсичности (ЕС50) для Fe2+ составляла 8.5 мг/л и для Fe3+ 1.3 мг/л. В долгосрочном (24 ч) опыте при активном росте бактерий максимальная величина индекса токсичности для Fe2+ достигала величины 65.5 и 62.8 для Fe3+. При этом внесение ионов железа в среду культивирования, несмотря на ингибирование биолюминесценции, не приводило к снижению роста бактерий. Сравнительный анализ результатов длительного и краткосрочного экспериментов позволил оценить характер токсичности ионов железа в исследованном нами диапазоне концентраций от 0.5 до 20 мг/л рассчитанных по ионам Fe2+ и Fe3+. Обнаружено, что ионы железа оказывают влияние только на второстепенные для жизнедеятельности клетки реакции и не действуют негативно на генный аппарат и процессы биосинтеза белка, указывая на неспецифическую токсичность и Fe2+ и Fe3+.

СУЗИНА Н.Е., ТРОЦЕНКО Ю.А., ХМЕЛЕНИНА В.Н. — 2013 г.

В обзоре проанализированы структурно-функциональные особенности регулярных гликопротеиновых слоев у прокариот с акцентом на аэробные метанотрофные бактерии. S-слои присутствуют на клеточной поверхности представителей родов Methylococcus, Methylothermus и Methylomicrobium. Различные виды рода Methylomicrobium синтезируют S-слои плоскостной (р2, р4) симметрии или формируют чашевидные либо конусовидные структуры гексагональной (р6) симметрии. У Methylomicrobium album BG8, Methylomicrobium alcaliphilum 20Z и Methylococcus capsulatus Bath выявлен уникальный, ассоциированный с S-слоями, медь-связывающий полипептид ‘CorA/MopE (27/45 кДа), который коэкспрессируется с периплазматической дигемовой цитохром с пероксидазой ‘CorB/Mca (80 кДа). Данный тандем поверхностных белков функционально аналогичен новому сидерофору – метанобактину. Примечательно, что у метанотрофов, не образующих S-слои, гомолог ‘CorA/MopE отсутствует. Обсуждается участие поверхностных белков метанотрофов в метаболизме меди и первичном окислении метана.

ЛИМАНСКАЯ O.Ю., ЛИМАНСКИЙ А.П., МУРТАЗАЕВА Л.А. — 2013 г.

В настоящее время известен ряд структурно и функционально отличающихся температурно-чувствительных элементов – РНК-термометров, которые контролируют разнообразие биологических процессов бактерий, включая вирулентность. На основе компьютерного и термодинамического анализа полностью секвенированных геномов 25 изолятов Salmonella enterica установлены алгоритм и критерии поиска потенциальных РНК-термометров, что позволит в дальнейшем провести поиск потенциальных РНК-термометров в геноме других социально значимых патогенов. Для S. enterica, в дополнение к известному 4U РНК-термометру, определены 4 шпилечные структуры, которые могут быть новыми РНК-термометрами. Они соответствуют необходимым и достаточным условиям образования РНК-термометров и являются высококонсервативными неканоническими структурами, поскольку присутствуют в геноме всех исследованных 25 изолятов S. enterica. Шпильки, образующие крестообразную структуру в суперспиральной ДНК pUC8, визуализированы посредством атомно-силовой микроскопии.

ДАНИЛЕВИЧ В.Н., МУЛЮКИН А.Л., СУЗИНА Н.Е., ЭЛЬ-РЕГИСТАН Г.И. — 2013 г.

Впервые для бактериальных клеток различного физиологического статуса (вегетативных, покоящихся форм разных типов и нежизнеспособных микромумий) был апробирован единый метод получения матриц для ПЦР в виде ДНК-содержащих клеточных чехлов с пермеабилизованными клеточными оболочками. Процедура получения ДНК-содержащих чехлов включала одностадийную (кипячение в буфере с солями-хаотропами) или двустадийную (кипячение в буфере с хаотропами с последующей обработкой протеиназой К) пробоподготовку клеток. Предложенный метод оказался эффективным для детекции не только вегетативных клеток, но и спор бацилл и цистоподобных покоящихся клеток (ЦПК) неспорообразующих бактерий. Например, при двустадийной пробоподготовке спор Bacillus cereus чувствительность ПЦР повышалась до уровня обнаружения 3–30 спор в пробе, а при одностадийной пробоподготовке – оказалась на три порядка меньше и составила 104 спор в пробе. Повышение чувствительности ПЦР-детекции (в 4–10 раз) за счет применения двустадийной проподготовки было показано для ЦПК бацилл, стафилококков и микобактерий. Аналогичным образом была продемонстрирована возможность ПЦР-детекции микромумий стафилококков, необратимо утративших жизнеспособность и потому не выявляемых методами посевов. Применение единого метода пробоподготовки, обеспечивающего эффективную детекцию в ПЦР бактериальных клеток, вне зависимости от их физиологического состояния, представляется перспективным для более полного выявления микробного разнообразия и общей обсемененности природных субстратов.

МАРЕНОВА И.О., МУХАМЕТЗЯНОВА А.Д., ШАРИПОВА М.Р. — 2013 г.

Получен штамм Bacillus subtilis dphy с инактивированным геном фитазы. Установлена высокая гомология генов фитаз у бацилл, соответствующие им ферменты относятся к классу -пропеллерных фосфатаз. Определены физиолого-морфологические особенности рекомбинантного штамма, изучен характер его спорообразования. Охарактеризован уровень накопления биомассы в различных условиях роста бактерий: при различных pH, температуре и солености среды. Сделано заключение, что фитазы могут участвовать в формировании ответов на стресс.

БУТ С.Ю., МУСТАХИМОВ И.И., ТРОЦЕНКО Ю.А., ХМЕЛЕНИНА В.Н. — 2013 г.

DOI: 10.7868/S002636561302002X Список литературы

АНОХИНА Т.О., БАСКУНОВ Б.П., БОРОНИН А.М., ЗАХАРЧЕНКО В.Н., ЗЯКУН А.М., КОЧЕТКОВ В.В., ЛАУРИНАВИЧЮС К.С., ПЕШЕНКО В.П., СИЗОВА О.И., СИУНОВА Т.В. — 2013 г.

На примере потребления глюкозы почвенными бактериями Pseudomonas aureofaciens BS1393(pBS216) и Rhodococcus sp. 3-30, иммобилизованными на твердофазной поверхности (кварцевый песок), определены их ростовые показатели: скорость роста бактерий (время удвоения клеток), суммарная продукция СО2 и продукция из расчета на бактериальную клетку, лаг-период относительно потребления субстрата, дыхательный коэффициент. При росте бактерий P. aureofaciens и Rhodococcus sp. на глюкозе выявлены различия штаммов по параметрам: (1) лаг-периодов относительно внесенного субстрата (лаг-период около 4 ч для P. aureofaciens и около 26 ч для Rhodococcus sp.); (2) максимальной скорости продукции СО2 (около 50 мкг СО2 г-1 песка ч-1 для P. aureofaciens и около 8.5 мкг СО2 г-1 песка ч-1 для Rhodococcus sp.); (3) продукции СО2 из расчета на одну клетку (около 1.94 ? 10-9 мкмоль СО2 для P. aureofaciens и около 3.4 ? 10-9 мкмоль СО2 для Rhodococcus sp.). Показано, что кинетика изотопного состава метаболической СО2 определяется различием в изотопных характеристиках углерода продуктов в клетке: после внесения глюкозы в среду (подготовительная стадия метаболизма) отмечено использование внутриклеточных обедненных 13 продуктов (липидов), на стадии максимальной скорости роста клеток метаболизируется, главным образом, внесенная глюкоза, и на завершающей стадии после исчерпания субстрата в обмен включаются “запасенные” продукты – липидная фракция. При максимальной скорости потребления глюкозы определен коэффициент фракционирования изотопов углерода СО2 относительно органических продуктов микробного биосинтеза, который составляет величину = 1.009 ± 0.002.

БАРДАН С.И. — 2013 г.

Для Печорского моря, по данным микробиологических съемок в зимние сезоны 2002–2005 гг., проводится анализ условий формирования микробных сообществ (МС) в составе микропланктона. По выделенным типам вод, обсуждаются закономерности распределения разных групп МС. Установлено закономерное изменение показателей обилия в градиенте физико-химических переменных. Для подледных условий средняя численность бактерий оценивается в 234 тыс. кл/мл, объем – 0.58 мкм3/кл при общей площади клеток – 550 мм2/л. Суммарная биомасса МС в слое 0–25 м на акватории Печорского моря оценивается в 187 ? 109 Г (сырая).

АНАНЬИНА Л.Н., БАЧУРИН Б.А., КОРСАКОВА Е.С., НАЗАРОВ А.В., ПЛОТНИКОВА Е.Г. — 2013 г.

DOI: 10.7868/S0026365613020079 Список литературы

ЗЕМСКАЯ Т.И., МОЛОДИН В.И., ПАРЦИНГЕР Г., ПИЛИПЕНКО А.С., СУСЛОВА М.Ю., ХАНАЕВА Т.А. — 2013 г.

Проведен анализ прокариот в образцах льда и почв, отобранных в 2006 г. совместной Российско-Германско-Монгольской экспедицией в районе археологических раскопок двух курганов пазырыкской культуры в верхнем течении р. Олон-Курин-Гол на южных склонах Сайлюгемского хребта в Монгольском Алтае. Филогенетический анализ фрагмента гена 16S рРНК культивируемых бактерий показал наличие трех основных групп, широко распространенных в мерзлотных почвах: Firmicutes, Actinobacteria, Gammaproteobacteria. Анализ суммарной ДНК образцов показал наличие некультивируемых бактерий, входящих в состав Alphaproteobacteria, Gammaproteobacteria, Deltaproteobacteria, Actinobacteria, Chloroflexi, Gemmatoidetes, Firmicutes, CFB (Сytophaga-Flavobacteria-Bacteroidetes) и выделенных из образцов многолетнемерзлых почв (арктических, тундровых, высокогорных районов Тибета), образцов грунтовых вод и ледовых кернов Арктики и Антарктики.