научная статья по теме НОВАЯ АЛКАЛОФИЛЬНАЯ НЕСЕРНАЯ ПУРПУРНАЯ БАКТЕРИЯ RHODOBACULUM CLAVIFORME GEN. NOV., SP. NOV Биология

Текст научной статьи на тему «НОВАЯ АЛКАЛОФИЛЬНАЯ НЕСЕРНАЯ ПУРПУРНАЯ БАКТЕРИЯ RHODOBACULUM CLAVIFORME GEN. NOV., SP. NOV»

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СТАТЬИ

УДК 579.81.083.18(571-285.2)

НОВАЯ АЛКАЛОФИЛЬНАЯ НЕСЕРНАЯ ПУРПУРНАЯ БАКТЕРИЯ RHODOBACULUM CLAVIFORME GEN. NOV., SP. NOV. © 2015 г. И. A. Брянцева, В. А. Гайсин, В. М. Горленко

Институт микробиологии им. С.Н. Виноградского Российской академии наук, Москва

Поступила в редакцию 22.07.2014 г.

Два штамма (В7-4 и B8-2) алкалофильных несерных пурпурных бактерий (НПБ) выделены из умеренно соленых степных содовых озер Забайкалья с рН выше 9.0. Бактерии были подвижны, имели полиморфные клетки (от коротких палочек до длинных веретенообразных клеток) размером 2.0—3.2 х 9.6—20.0 мкм. Внутриклеточные мембраны везикулярного типа располагались преимущественно по периферии клеток. Микроорганизмы содержали бактериохлорофилл а и каро-тиноиды как сфероиденовой, так и спириллоксантиновой серий. Фотосинтетический аппарат был представлен светособирающими комплексами LH2 и LH1. Рост штаммов происходил в присутствии органических соединений в аэробных условиях в темноте или в анаэробных условиях на свету. Способность к фото- и хемоавтотрофному росту не выявлена. Ген cbbl, участвующий в синтезе РуБисКО, не обнаружен. Оптимальный рост обоих штаммов происходил при концентрации NaCl 2% (диапазон роста 0.5—4%), рН 8.0—8.8 (диапазон 7.5—9.7) и температуре 25—35°С. Содержание Г + Ц в ДНК новых штаммов было 67.6—69.8 мол. %. Парное сравнение последовательностей нуклеотидов гена 16S рРНК штаммов В7-4 и B8-2 выявило, что они принадлежали к одному виду (99.9% сходства) и были наиболее близки к алкалофильной аэробной бактериохлорофилл а содержащей аноксигенной фототрофной бактерии (АФБ) Roseibacula alcaliphilum De (95.2%), а также к штаммам НПБ Rhodobaca barguzinensis VKM B-2406T (94.2%) и Rbc. bogoriensis LBB1T (93.9%). Близкий уровень сходства новых штаммов установлен также с видом НПБ Rhodobacter veldkampii DSM 11550Т (94.8%) и аэробными бактериохлорофилл а содержащими бактериями Roseinatronobacter monicus ROS 35Т и Roseicitreum antarcticum ZS2-28T (93.5 и 93.9% соответственно). Новые штаммы описаны как новый род и новый вид НПБ Rhodobaculum claviforme gen. nov., sp. nov. с типовым штаммом B7-4T (ВКМ В-2708, LMG 28126) семейства Rhodobacteriaceae.

Ключевые слова: несерные пурпурные бактерии (НПБ), таксономия, экстремофилия, алкалофилия, содовые озера, Ё.койоЬасы1ыт с1ау1/огте.

Б01: 10.7868/80026365615020020

Несерные пурпурные бактерии (НПБ) являются весьма неоднородной группой микроорганизмов с точки зрения филогении и особенностей их физиологии [1]. Они принадлежат к а- и в-ProteoЬacteria, обладают разнообразной морфологией, размножаются делением или почкованием. Различные виды имеют фотосинтетические мембраны везикулярного или ламеллярного типа, содержат пигменты бактериохлорофилл а или Ь и каротиноиды спириллоксантиновой или сфероиденовой серий [2].

В настоящее время известно пять алкалофиль-ных видов НПБ, которые выделены из содовых озер с разной степенью минерализации. Все они принадлежат к а-Рго1еоЬас1епа семейства Ккойо-Ьа^епасеае: КкойоЬаса Ьogoriensis [3], ЯЬс. Ьаг£Ы£1п-

1 Автор для корреспонденции (е-шаП: vgorlenko@mail.ru).

ensis [4], ИыЬпЬа^епыт ро1утогркыт [5], Екойоуы-1ыт steppense и Яуы. tesqыicola [6, 7].

Большинство видов НПБ хорошо растут анаэробно фотогетеротрофно за счет использования различных источников органического углерода. Некоторые виды способны использовать сульфид в качестве донора электронов при аноксигенном фотосинтезе и в этом отношении сходны с пурпурными серобактериями. Показано, что большинство НПБ способно к фотоавтотрофному росту с использованием молекулярного водорода. Многие виды НПБ также способны к хемогетеро-трофному росту в темноте в микроаэробных или аэробных условиях за счет дыхания. Лишь некоторые виды, такие как ШойоЬаса 8рр., КыЬпЬа^е-гшт ро1утогркыт и СНагопот^гоЬшт атЫрко-ШгорЫсыт, предпочитают расти аэробно в темноте [8], не утратив способность к анаэробному фототрофному росту. У этих видов не обнаруже-

7

225

ны ферменты автотрофной фиксации углекислоты посредством цикла Кальвина. Эта физиологическая особенность сближает их с аэробными бактериохлорофилл-а содержащими бактериями.

В данной работе исследованы два новых штамма алкалофильных бактерий, содержащих бакте-риохлорофилл а. Оба штамма лучше росли на органических субстратах аэробно в темноте, но также были способны к анаэробному фотогетеротрофному росту. Оба изолята оказались близки между собой по фенотипическим и филогенетическим признакам и идентифицированы как два штамма нового рода и вида семейства Rhodobacteriaceae: Rhodobaculum claviforme gen. nov., sp. nov.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Выделение и культивирование. Два штамма НПБ были выделены из умеренно соленых степных содовых озер Доронинское и Зун Торей (Юго-Восточная Сибирь, Россия). Выделение и культивирование НПБ проводили на среде следующего состава (г/л): NH4Cl - 0.4; KH2PO4 - 0.5; MgCl2 - 0.2; Na2SO4 - 0.5; KCl - 0.5; NaCl - 20; NaHCO3 - 5; дрожжевой экстракт - 1; Na ацетат -1; Na пируват - 1; бакто пептон - 1; витамин В12 -20 мкг/л; 1 мл/л раствор микроэлементов [9]. Раствор микроэлементов имел следующий состав (г/л) трилон В - 5; FeSO4 ■ 6H2O - 2; ZnSO4 ■ 7H2O - 0.1 MnCl2 ■ 4H2O - 0.03; H3BO3 - 0.3; CoCl2 ■ 2H2O - 0.2 CuCl2 ■ 2H2O - 0.03; NiCl2 ■ 6H2O - 0.02; Na2MoO4 • • 2H2O - 0.03. pH 3.0-4.0. Растворы микроэлементов и NaHCO3 (10%) готовили и стерилизовали отдельно в 50-100-мл флаконах с завинчивающимися крышками при 0.5 атм и добавляли в основную среду перед внесением инокулята в необходимом количестве. Основную среду в 0.5-1 л колбах стерилизовали при 1 атм. рН готовой среды составлял 8.0.

Чистые культуры штаммов получали многократным последовательным пересевом отдельных колоний, выросших в столбиках агаризован-ной среды (0.8% агара) при освещенности 2000 лк и температуре 25-35°C. На жидких средах чистые культуры выращивали анаэробно на свету в стеклянных флаконах с завинчивающимися крышками. Также культуры выращивали на поверхности чашек Петри (2% агара) и в 50-100 мл флаконах аэробно в темноте.

Морфология и тонкое строение. Морфологию бактериальных клеток изучали в световом ("Olympus BX 41", Япония) и электронном ("Jeol JEM-100C", Япония) микроскопах. Целые клетки контрастировали 1% раствором фосфоволь-фрамовой кислоты. Ультратонкие срезы получали согласно описанной ранее процедуре [10].

Пигменты. Спектры поглощения пигментов записывали на спектрофотометре СФ-56 ("ЛО-

МО", Россия) как в целых клетках (клетки суспендировали в 50% растворе глицерина), так и в ацетон-метаноловых (7 : 2) экстрактах.

Анализ состава каротиноидов бактерий проводили методом высокоэффективной жидкостной хроматографии [4].

Изучение физиологии. Для определения фото-трофного роста штаммов в гетеротрофных условиях разных субстратов использовали минеральную среду c небольшим количеством дрожжевого экстракта (0.05 г/л) в качестве фактора роста. Тестируемые органические вещества (5% растворы) готовили и стерилизовали отдельно при 0.5 атм и вносили в концентрации 0.5 г/л. Потребность исследуемых микроорганизмов в неорганических донорах электронов, а также их рост при разных значениях рН и концентрациях NaCl изучали в основной среде, параметры которой варьировали в соответствии с задачами эксперимента [10]. Рост культур определяли на фотометре КФК-3 (Россия) в стационарной фазе роста по оптической плотности клеточной суспензии при длине волны 650 нм.

Содержание S2O3 , SO3 и H2S + HS- определяли раздельным йодометрическим титрованием [11].

Анализ состава жирных кислот. Состав клеточных жирных кислот анализировали методами хроматографии и хромато-масс-спектрометрии. 5 мг сухой биомассы клеток обрабатывали 0.4 мл раствора 1 N хлористого водорода в метаноле при 80°С в течение 3 ч (кислый метанолиз). Образовавшиеся при метанолизе метиловые эфиры жирных кислот и другие липидные компоненты экстрагировали гексаном и вводили в газовый хроматограф системы Шерлок ("Microbial identification system, MIDI Inc.", США) [12].

Молекулярно-генетические исследования. Клеточную ДНК полученных чистых культур штаммов выделяли методом Мармура [13]. Определение пар нуклеотидов Г + Ц в составе ДНК осуществляли методом оптической реассоциации [14].

Для проведения амплификации и секвенирова-ния гена 16S рРНК использовали универсальные бактериальные праймеры 27f и 1492r [15]. Для амплификации фрагмента гена cbbL использовали праймеры согласно работе Спиридоновой и соавт.

[16]. Секвенирование продуктов амплификации проводили по Сэнгеру с помощью набора Big Dye Terminator v. 3.1 на автоматическом секвенаторе ABI 3730 ("Applied Biosystems, Inc.", США) согласно инструкциям производителя. Последовательности редактировали с помощью программы BioEdit

[17]. Проверку последовательностей на наличие химерных ставок проверяли с помощью программы Pintail 1.0 [18]. Филогенетический анализ и построение дендрограмм по методу Maximum-Likelihood проводили с помощью программного пакета MEGA 5.1 [19].

Депонирование нуклеотидных последовательностей. Полученные в ходе работы нуклеотидные последовательности фрагментов генов 168 рРНК штаммов В8-2 и В7-4 были депонированы в базу данных GenBank под номерами КМ077018 и КМ077019 соответственно.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Характеристика мест выделения штаммов.

Штамм бактерий В7-4 был изолирован в чистую культуру в 2007 г. из пробы прибрежного мата, сформированного на поверхности ила стратифицированного содового озера Доронинское (51°25' N 112°28' Е) с минерализацией воды 32 г/л и рН 9.72. Культура бактерий штамма В8-2 получена из пробы грунта бессточного соленого озера Зун Торей (50°04' N , 115°48' Е), входящего в систему Торей-ских озер. Наибольшая глубина озера — 7 м. Минерализация озера 7 г/л, рН 9.5.

Морфология и тонкое строение. Клетки бактерий штаммов В7-4 и В8-2 имели полиморфную форму (веретеновидные клетки, короткие и вытянутые палочки) размером 2.0—3.2 х 9.6—20.0 мкм (рис. 1а, 1б). Клетки, выросшие в аэробных условиях, проявляли полиморфизм в большей степени (рис. 1б). Большинство клеток были неподвижны, однако в первичных посевах при

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