научный журнал по биологии Микробиология ISSN: 0026-3656

ГОЛЯСНАЯ Н.В., МАГДАНОВА Л.А. — 2013 г.

Обзор посвящен гетерогенности популяции – надорганизменному свойству бактерий, способствующему их адаптации к условиям окружающей среды на популяционно-коммуникативном уровне. Внимание к этому явлению возрастает в рамках изучения коллективных форм поведения микроорганизмов и механизмов выживания клеток в сообществе. Гетерогенность бактериальных популяций может быть дискретной и непрерывной, может возникать в результате как фенотипических, так и генотипических изменений. Неоднородность клеток микроорганизмов возникает в результате взаимодействия внешней и внутренней среды, а также за счет случайных колебаний биохимических и физиологических признаков. Гетерогенность клеток повышает выживаемость бактериальной популяции в неоднородных либо изменяющихся условиях среды, а также при воздействии стрессовых факторов. Учет данного явления необходим как при разработке стратегий культивирования биотехнологически важных микроорганизмов, так и при рациональной терапии инфекций.

ВОРОБЬЕВА Л.И., ГАЛЬЧЕНКО В.Ф., КОЗЛОВА А.Н., ЛОЙКО Н.Г., ХОДЖАЕВ Е.Ю., ЭЛЬ-РЕГИСТАН Г.И. — 2013 г.

Изучено действие внеклеточного пептидного реактивирующего фактора (РФ), синтезируемого Luteococcus casei, на стрессовый ответ клеток Escherichia coli, подвергаемых УФ-облучению. В исследованиях использовали сконструированный тестерный штамм, несущий оперон umuD-lacZ, уровень экспрессии которого отражает степень активации SOS-ответа. Защитный эффект РФ, определяемый по численности клеток, сохраняющих колониеобразующую способность (КОЕ) после УФ-облучения (49–1166 Дж/м2), был дозозависим, видонеспецифичен и возрастал с увеличением стрессовой нагрузки. Было показано, что РФ обладает функциями прямого адаптогена: 15-минутная предынкубация с ним клеток обусловливала снижение в 1.5–6 раз экспрессии гена umuD SOS-ответа у УФ-облученных клеток параллельно с увеличением в 1.2–7.5 раз численности оставшихся жизнеспособными (сохранивших колониеобразующую способность) клеток. Возможные механизмы защитного действия РФ обсуждаются.

БЕЛОУСОВА Е.В., ГРАБОВИЧ М.Ю., ДУБИНИНА Г.А., ТУРОВА Т.П., ЧЕРНОУСОВА Е.Ю. — 2013 г.

Способность к литотрофии у представителей Betaproteobacteria – Sphaerotilus natans subsp. sulfidivorans, была подтверждена на генетическом уровне: обнаружены функциональные гены ферментов серного метаболизма, такие как aprBА, soxB и sqr, кодирующие АФС-редуктазу, тиосульфатрасщепляющий комплекс и сульфид-хинон оксидоредуктазу; показана экспрессия генов aprА и soxB. На основании сравнительного анализа частоты использования кодонов, топологии филогенетических деревьев и нуклеотидного состава ДНК (Г + Ц состав) предложен сценарий эволюции генов soxB у представителей рода Sphaerotilus. Предковая бактерия группы Sphaerotilus–Leptothrix, обладала способностью к литотрофному росту в присутствии восстановленных соединений серы, но в процессе дальнейшей эволюции, гены серного метаболизма, и в частности ген soxB, были утеряны у некоторых штаммов Sphaerotilus. В результате литотрофная группа Sphaerotilus–Leptothrix разделилась на две физиологические линии – литотрофные и органотрофные бактерии.

АКИМОВ В.Н., ГАЛЬЧЕНКО В.Ф., ПОДОСОКОРСКАЯ О.А., ШЛЯПНИКОВ М.Г. — 2013 г.

Методом клоновых библиотек проведен in situ анализ генов 16S рРНК бактериальных матов из 5 гидротермальных источников с температурой излива 36–58°C кальдеры вулкана Узон, Камчатка. В составе 8 клоновых библиотек обнаружено 18 доминантных филотипов, представленных в количестве более 4–5%. Филотип, представляющий зеленую серную бактерию Chlorobaculum sp., был среди доминантных филотипов в большинстве клоновых библиотек. Кроме того, доминантными были филотипы, представляющие зеленые несерные бактерии родов Chloroflexus и Roseiflexus, и пурпурные несерные бактерии родов Rhodoblastus, Rhodopseudomonas и Rhodoferax. Цианобактерии были представлены всего одним доминантным филотипом и только в одном из изученных источников. Среди нефототрофных бактерий доминантными филотипами были представители Sulfurihydrogenibium sp., Geothrix sp., Acidobacterium sp., Meiothermus sp., Thiomonas sp., Thiofaba sp., Spirochaeta sp. Три филотипa до рода идентифицировать не удалось. Большинство родов фототрофных и нефототрофных организмов, филотипы которых обнаружены в гидротермах Узона, ранее выявлялись в гидротермах вулканически активных регионов Америки, Азии и Европы. Полученные данные позволяют предполагать, что в гидротермах кальдеры вулкана Узон преобладают бактериальные маты, осуществляющие анаэробный тип фотосинтеза.

ГАЛАТЕНКО О.А., ГАЛЬЧЕНКО В.Ф., ЕРМАКОВА Е.В., ЗАБЕЛИН А.В., КИСЕЛЕВ М.А., СИНЕВА О.Н., СУРГУЧЕВА Н.А., ТЕРЕХОВА Л.П., ФИЛИППОВА С.Н. — 2013 г.

Методом дифракции рентгеновских лучей получена информация о фазово-структурной организации фосфолипидных фракций клеточных мембран актинобактерий Streptomyces hygroscopicus RIA 1433, Nonomuraea roseoviolacea subsp. carminata INA 4281, Nonomurea sp. INA 34-06 и стабильности их основных параметров в зависимости от хранения и уровня гидратации. Показано, что фосфолипиды S. hygroscopicus образовывали мультиламеллярные слои достаточно плотной упаковки. Фосфолипидная фракция этого микроорганизма по своей структурной организации отличалась однородностью и стабильностью при хранении в течение 10 мес. при 4°С. Напротив, липиды фосфолипидных фракций N. roseoviolacea subsp. carminata INA 4281 и Nonomurea sp. INA 34-06 формировали ламеллярную и инвертированную гексагональную (HII) фазы. При этом их фазовое состояние зависело от уровня гидратации и изменялось в процессе хранения. Предполагается, что выявленные различия в фазово-структурной организации фосфолипидных фракций актинобактерий могут служить показателем стабильности и устойчивости их мембранных структур к условиям длительного хранения.

ВОЕЙКОВА Т.А., ДЕБАБОВ В.Г., ЕМЕЛЬЯНОВА Л.К., ИЛЬИН В.К., НОВИКОВА Л.М., СИДОРУК К.В., СМИРНОВ И.А., СМОЛЕНСКАЯ Т.С., СОЛДАТОВ П.Е., ТЮРИН-КУЗЬМИН А.Ю., ШАКУЛОВ Р.С. — 2013 г.

Анализ уровня электрогенности мутантов FRS1 и FRB1 штамма Shewanella oneidensis MR-1 c повышенной на 30–40% редуцирующей активностью по сравнению с исходным штаммом проводили в микробных топливных элементах (МТЭ) различных конструкций, разработанных в ходе исследований. Показано, что в МТЭ напряжение и плотность электрического тока, создаваемого мутантами, возрастали в 1.7 раза по сравнению со штаммом S. oneidensis MR-1. Таким образом, установлена корреляция между уровнем редуцирующей активности клеток и уровнем напряжения и плотностью электрического тока, создаваемого в МТЭ мутантными штаммами. В работе впервые продемонстрирована возможность интенсификации получения биоэлектричества в МТЭ путем генетического изменения бактерий S. oneidensis MR-1.

КОЛОТИЛОВА Н.Н. — 2013 г.

ГУЛИЙ О.И., ЗАЙЦЕВ Б.Д., ИГНАТОВ О.В., КУЗНЕЦОВА И.Е., МАКАРИХИНА С.С., МАТОРА Л.Ю., ШИХАБУДИНОВ А.М. — 2013 г.

Изучено взаимодействие поликлональных антител с микробными клетками Azospirillum brasilense Sp7 с помощью резонатора с поперечным электрическим полем. Для этого получены специфические поликлональные кроличьи антитела на эпитопы О-антигенов штамма A. brasilense Sp7 и показана возможность их применения для детекции микробных клеток с помощью пьезоэлектрического резонатора с поперечным электрическим полем. Установлено, что частотные зависимости реальной и мнимой частей электрического импеданса такого резонатора, нагруженного суспензией клеток A. brasilense Sp7 с антителами, значительно отличаются от зависимостей резонатора с контрольной суспензией клеток без антител. Показано, что полученные антитела взаимодействуют с клетками азоспириллы, причем скопление маркера происходит по всей поверхности клетки. Найден предел возможного определения микробных клеток при их взаимодействии с антителами, который составляет 104 кл/мл. Установлено, что детекция клеток A. brasilense Sp7 с помощью антител возможна в присутствии посторонних бактерий. Представленные результаты демонстрируют возможность регистрации взаимодействия микробных клеток с антителами и разработки биологического датчика для количественной детекции микроорганизмов.

БЕЛОВА С.Э., ГЛАГОЛЕВ М.В., ДЕДЫШ С.Н., ЛАПШИНА Е.Д., МАКСЮТОВ Ш.Ш., ОШКИН И.Ю. — 2013 г.

Одним из потенциально значимых, но малоизученных источников поступления метана в атмосферу являются грязевые “микровулканы” или холодные сипы, широко распространенные в поймах северных рек. Полевые исследования грязевых микровулканов в пойме реки Мухриной Ханты-Мансийского АО показали, что потоки метана из этих природных объектов на порядки превосходят его эмиссию c эквивалентных по площади участков болот зоны средней тайги. Микробные сообщества, развивающиеся вокруг таких сипов, формируются в условиях высоких концентраций доступного метана, низких температур (3–5°С) и около-нейтральных величин рН. Молекулярная идентификация метанокисляющих бактерий в составе такого сообщества с помощью анализа гена pmoA, кодирующего мембранную метанмонооксигеназу, показала присутствие метанотрофов как I, так и II типов (классы Gammaproteobacteria и Alphaproteobacteria соответственно) с преобладанием метанотрофов I типа. В числе последних выявлены организмы, близкие к Methylobacter psychrophilus и Methylobacter tundripaludum, обитателю застойных вод Crenothrix polyspora, а также ряд метанотрофов, принадлежащих к неизвестным таксонам. Сравнение ростовых характеристик двух выделенных из ила сипа метанотрофов показало более активный рост Methylobacter sp. CMS7 в диапазоне температур 4–10°С, а Methylocystis sp. SB12 – при 20°С. Полученные результаты подтверждают ведущую роль метанотрофных представителей Gammaproteobacteria в контроле эмиссии метана из холодных речных сипов.

КЛИМИШИН Д.А., РАБЫК М.В., ФЕДОРЕНКО В.А. — 2013 г.

Streptomyces nogalater Lv65 продуцирует поликетидный антрациклиновый антибиотик ногаламицин, гликозилированный остатками ногалозы и ногаламина. В настоящей работе получены данные биоинформационного анализа генов snogM, snogL и snogY, указывающие, что продукты трансляции этих генов участвуют в метилировании остатка ногалозы антибиотика. В хромосоме S. nogalater Lv65 проведена инсерционная инактивация генов snogM, snogL и snogY, в результате которой получены штаммы S. nogalater snogM, snogL и snogY. Инактивация генов О-метилтрансфераз не влияет на антибиотическую активность рекомбинантных штаммов S. nogalater и морфологические характеристики бактерий. Сконструированные штаммы могут использоваться в экспериментах по гетерологической экспрессии генов О-метилтрансфераз антрациклиновых антибиотиков.

ГОЛУБЕВ В.И. — 2013 г.

Обнаружен штамм Kluyveromyces lactis, секретирующий фунгицидный микоцин, действующий в диапазоне значений рН среды от 6 до 9 и наиболее активный при рН около 7. К микоцину чувствительны отдельные виды дрожжей семейств Saccharomycetaceae и Wickerhamomycetaceae. Ряд таксонов в этом отношении гетерогенен. Антифунгальная активность штамма элиминируется после облучения УФ. Хотя прокариоты к микоцину не чувствительны, найденный штамм подавляет рост отдельных бактерий.

АРИСКИНА Е.В., ГИЛИЧИНСКИЙ Д.А., КУДРЯШОВА Е.Б., СУЗИНА Н.Е., ЧЕРНОУСОВА Е.Ю. — 2013 г.

Метагеномное исследование образцов многолетнемерзлых пород Колымской низменности, возраст которых составляет 20–35 тыс. лет, проведенное с использованием набора “Geneclean for Ancient DNA kit” (“Bio101”, США), выявило 8 филотипов, относящихся к филумам Actinobacteria и Proteobacteria. Анализ клоновой библиотеки генов 16S рРНК показал, что наибольшее количество клонов (48 и 29%) представлено родами Arthrobacter и Bradyrhizobium соответственно. Впервые обнаружены микроорганизмы родов Williamsia, Bradyrhizobium, Filomicrobium и Hansschlegelia в составе древних микробных сообществ данных экосистем. Анализ генов 16S рРНК изолятов выявил наличие среди них организмов - представителей филумов Firmicutes и Actinobacteria, как филогенетически близких к известным видам, так и явных представителей новых таксонов. Электронно-микроскопический анализ in situ тотальных препаратов изучаемых образцов показал наличие неповрежденных бактериальных клеток различных морфотипов.

АРТЕМОВ Ю.Г., ЕГОРОВ В.Н., КАНАПАЦКИЙ Т.А., МАЛАХОВА Л.В., МАЛАХОВА Т.В., ПИМЕНОВ Н.В., СИГАЛЕВИЧ П.А. — 2013 г.

Дана количественная оценка активности микробных процессов круговорота метана и сульфатредукции в донных отложениях акватории Севастополя, где ранее были зафиксированы выходы газообразного метана. Выявлена типичная для морских водоемов ведущая роль процесса сульфатредукции в терминальной фазе разложения органического вещества (ОВ) в восстановленных осадках этого района, интенсивность которого зависела от количества доступного ОВ. Скорость метаногенеза увеличивалась с углублением в осадочную толщу и достигала максимальных значений в подповерхностных горизонтах, где происходило снижение концентрации сульфат-иона в поровых водах. Максимальные интенсивности сульфат-зависимого анаэробного окисления метана наблюдались вблизи зоны перехода от сульфатных к метановым илам, что также характерно для большинства исследованных восстановленных морских осадков. Сопоставление данных изотопного состава углерода пузырькового метана струйных газовыделений и растворенного СН4 донных отложений, а также интенсивностей процессов микробного образования и окисления метана позволяет предполагать, что функционирование метановых сипов связано с накоплением этого газа микробного происхождения в полостях подстилающих геологических структур с последующим периодическим выбросом метана в водную толщу в виде пузырьковых высачиваний.

БАБИЧ Т.Л., БЕЛЯЕВ С.С., ИБАТУЛЛИН Р.Р., ИВАНОВ М.В., ИВОЙЛОВ В.С., НАЗИНА Т.Н., ПАВЛОВА Н.К., СОКОЛОВА Д.Ш., ТАТАРКИН Ю.В., ТУРОВА Т.П., ХИСАМЕТДИНОВ М.Р., ШЕСТАКОВА Н.М. — 2013 г.

В статье приведены результаты изучения разнообразия, геохимической деятельности и биотехнологического потенциала микроорганизмов нефтяной залежи 302 в карбонатных отложениях Ромашкинского месторождения (Татарстан). Показано, что микробное сообщество залежи 302 практически лишено аэробных микроорганизмов. В пласте преобладали сульфатредуцирующие (103 106 кл/мл) и бродильные бактерии (102 105 кл/мл). Сульфатредукция являлась доминирующим процессом, ее скорость в исследованных пробах пластовой воды достигала 26.6 мкг S2/(л · сут). Численность метаногенов и скорость метаногенеза в пластовой воде не превышали 104 кл/мл и 8.19 мкг CH4/(л · сут) соответственно. Методом анализа библиотеки клонов генов 16S рРНК в пластовой воде выявлены денитрифицирующие бактерии родов Sulfurimonas и Thauera. Для разработки залежи 302 предложен метод повышения нефтеизвлечения, сочетающий стимуляцию роста бродильных бактерий и подавление роста сульфидогенов в нефтяном пласте. Жизнедеятельность бродильных бактерий нефтяного пласта активизируется традиционным методом посредством нагнетания в пласт через нагнетательные скважины раствора мелассы и минеральных солей азота и фосфора. Внесение нитратов в высокой концентрации будет способствовать активации роста денитрифицирующих бактерий, а также подавлению роста сульфидогенов и снижению содержания сероводорода в пластовой воде. Предлагаемая биотехнология является технологически простой и безопасной для окружающей среды.

НАУМОВ Д.Г. — 2013 г.

-L-Рамнозидазы – важная группа гликозил-гидролаз, представленная у многих организмов из самых разнообразных таксонов прокариот. На основании гомологии каталитических доменов все эти ферменты отнесены к семействам GH78 и GH106 гликозил-гидролаз. Однако геномы большинства прокариот не содержат гены, кодирующие белки этих двух семейств. Нами обнаружен и исследован уникальный геном Clostridium methylpentosum DSM5476, содержащий 83 гена белков этих двух семейств. Отсутствие гомологичных генов в секвенированных геномах большинства штаммов рода Clostridium указывает на важную экологическую роль этих генов, в частности, у C. methylpentosum. Проведенный филогенетический анализ продемонстрировал многочисленные горизонтальные переносы и дупликации соответствующих генов.

ДМИТРУК К.В., КШАНОВСКАЯ Б.В., НАУМОВ Г.И., НАУМОВА Е.С., СИБИРНЫЙ А.А. — 2013 г.

В процессе изучения пекарских дрожжей Saccharomyces cerevisiae был изолирован термоустойчивый штамм 1-IR как посторонняя микрофлора промышленного штамма “Red” (Голландия). С помощью секвенирования домена D1/D2 26S рДНК штамм был отнесен к виду Ogataea parapolymorpha. Установлено, что штамм 1-IR способен к эффективной ферментации глюкозы и ксилозы при повышенной температуре 45°С. По этим показателям штамм 1-IR превосходит термоустойчивые дрожжи O. polymorpha CBS 4732, NCYC 495 и O. parapolymorpha DL1. Обсуждается перспектива использования дрожжей O. parapolymorpha в качестве продуцентов топливного биоэтанола из лигноцеллюлозных отходов сельского хозяйства и деревообрабатывающей промышленности.

БРЮХАНОВ А.Л., КОРНЕЕВА В.А., ПИМЕНОВ Н.В. — 2013 г.

DOI: 10.7868/S0026365613040058 Список литературы

МАРТЫНЕНКО Н.Н., НАУМОВ Г.И., НАУМОВА Е.С., САДЫКОВА А.Ж. — 2013 г.

С помощью ПЦР-ПДРФ-анализа 5.8S-ITS участков рДНК, молекулярного кариотипирования и Саузерн-гибридизации изучены особенности геномов 36 спиртовых штаммов Saccharomyces, в основном отечественного происхождения. Молекулярным анализом установлено, что все штаммы относятся к виду S. cerevisiae. Согласно кариотипическому анализу многие штаммы являются анеуплоидными. Обнаружено накопление полимерных генов SUC и MAL у отечественных спиртовых штаммов S. cerevisiae. Накопление полимерных генов ферментации сахаров может иметь адаптивное значение и приводить к увеличению ферментационной активности штаммов. Показано, что большинство штаммов, сбраживающих мальтозу через 1 сутки, обладают несколькими генами MAL. Отобраны термоустойчивые штаммы, обладающие хорошей ферментационной активностью.

ГЕРАСИМЕНКО Л.М., ЗАЙЦЕВА Л.В., ОРЛЕАНСКИЙ В.К. — 2013 г.

Показано, что цианобактерия Oscillatoria terebriformis устойчива к высоким концентрациям марганца и сохраняет жизнеспособность при содержании в среде 2.5 мМ MnCl2. Клетки цианобактерии способны к значительному потреблению марганца из среды. При этом, независимо от концентрации, динамика поглощения Mn клетками была одинаковой во всех вариантах опыта. Максимальная концентрация марганца в биомассе накапливалась в течение 2–3 сут и зависела от содержания марганца в растворе и количества вносимой биомассы. Весь извлеченный из среды марганец для Os. terebriformis можно разделить на Mn, поглощенный клеткой, Mn, связанный с клеточной стенкой, Mn, сорбированный гликокаликсом и Mn, осажденный химическим путем. Из общего количества потребленного марганца 21.25 ± 1.0 мг на долю биологического поглощения приходится 11.78 ± 0.98 мг, а на химическое осаждение 9.2 ± 0.8 мг. Выведение марганца из среды в 2.28 раза выше в присутствии цианобактерий, чем без них, и в большей мере этот процесс зависит от сорбции Mn экзоплисахаридами. При концентрации марганца 1.3 мМ образовывался слоистый мат с прослоями карбоната марганца.

АНТОНЮК Л.П., ВАРШАЛОМИДЗЕ О.Э., ИЛЬЧУКОВА А.В., КАЦЫ Е.И., ТУГАРОВА А.В., ШЕЛУДЬКО А.В., ЭЛЬ-РЕГИСТАН Г.И. — 2013 г.

Подвижность ризобактерий Azospirillum brasilense в жидких средах обеспечивается полярным жгутиком, в полужидких – наряду с полярным, и дополнительно синтезируемыми латеральными жгутиками. В присутствии 0.04–0.10 мМ 4-н-гексилрезорцина скорость плавания клеток штамма A. brasilense Sp245 существенно снижается, а при концентрациях данного алкилрезорцина, превышающих 0.10 мМ, бактерии полностью утрачивают подвижность. Наличие 4-н-гексилрезорцина в полужидкой среде также отрицательно сказывается на подвижности клеток штамма Sp245 и других штаммов A. brasilense (Sp7, Cd и SR75). Концентрации 5-метилрезорцина, негативно влияющие на скорость распространения бактерий в полужидких средах, на порядок выше концентраций 4-н-гексилрезорцина, необходимых для достижения аналогичного эффекта. Высказано предположение о том, что алкилрезорцины, относящиеся к группе ауторегуляторов-алкилоксибензолов, действуют на клеточные механизмы (системы), обеспечивающие вращение жгутиков азоспирилл.