Открытый доступ Открытый доступ  Доступ закрыт Доступ предоставлен  Доступ закрыт Только для подписчиков

Том 92, № 3 (2023)

Обложка

Весь выпуск

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СТАТЬИ

Гликозил-гидролазы облигатного метанотрофа Methyloferula stellata: необычная эволюционная стратегия без дальних горизонтальных переносов

Наумов Д.Г., Дедыш С.Н.

Аннотация

В геноме облигатно метанотрофной бактерии Methyloferula stellata AR4 закодировано три десятка гликозил-гидролаз. Подавляющее большинство из них в качестве ближайших гомологов имеет белки из других бактерий класса Alphaproteobacteria. Два исключения составляют гены белков семейств GH39 и GH65, которые появились предположительно за счет горизонтального переноса из неблизкородственных бактерий. Настоящая работа посвящена исследованию эволюционной истории этих двух генов. В случае с представителем семейства GH65 гликозил-гидролаз этот сценарий не подтвердился. Кодируемая этим геном фосфорилаза коджибиозы является типичной для альфапротеобактерий. Предполагавшийся горизонтальный перенос гена оказался направленным в противоположную сторону: в одну из эволюционных линий класса Betaproteobacteria. Потенциальная гликозил-гидролаза семейства GH39 является единственной, чей ген имеет непротеобактериальное происхождение. Обсуждается роль горизонтальных переносов в эволюции генов гликозил-гидролаз и их гомологов у метанотрофов и других бактерий.

Микробиология. 2023;92(3):243-249
pages 243-249 views

Анаэробные Thermodesulfovibrio и аэробные Meiothermus сосуществуют в глубинной термальной воде

Лукина А.П., Кадников В.В., Русанов И.И., Авакян М.Р., Белецкий А.В., Марданов А.В., Пименов Н.В., Равин Н.В., Карначук О.В.

Аннотация

Изучение микроорганизмов, обитающих в подземных водоносных горизонтах, основано на отборе проб воды, поступающих из глубинных скважин, и редко учитывает физико-химические процессы в системе вода‒порода. Остается неясным, как метаболизируют аэробные прокариоты, обнаруживаемые под землей молекулярными методами. Для прямого определения отношения прокариот к кислороду необходимо культивирование. В настоящем исследовании проведено целевое выделение аэробных и анаэробных бактерий, обнаруженных в термальных радоновых водах на курорте Белокуриха молекулярными методами. Профилирование по гену 16S рРНК выявило доминирование представителей группы DeionococcusThermus, относящихся к роду Meiothermus (17.6% чтений) и считающихся строгими аэробами. Одновременно в воде присутствовали анаэробные сульфатредуцирующие Thermodesulfovibrio. Вода характеризовалась восстановительными и щелочными условиями. Целевое культивирование позволило выделить растущий аэробно Meiothermus sp. 1165, являющийся близким родственником Meiothermus cerbereus. Одновременно выделен алкалофильный анаэробный сульфатредуктор Thermodesulfovibrio sp. 1176. Измерение в воде Белокурихи интенсивности сульфатредукции с \({\text{Na}}_{{\text{2}}}^{{\,\,{\text{35}}}}{\text{S}}{{{\text{O}}}_{{\text{4}}}}\) продемонстрировало активный процесс, протекающий со скоростью 41.4 ± 1.06 мкг Sвосст/л/сут (1.29 нмоль S/мл/сут). Анализ генома штамма 1176 выявил присутствие различных механизмов, обеспечивающих относительную устойчивость к кислороду и окислительному стрессу и включающих супероксид редуктазу, рубредоксин, супероксид дисмутазу Fe-Mn семейства, каталазу-пероксидазу KatG и цитохром bd убихинол оксидазу. Низкий окислительно-восстановительный потенциал и интенсивный процесс анаэробной сульфатредукции подтверждают, что, в целом, подземные горизонты в Белокурихе характеризуются восстановительными условиями. Можно предположить пространственное разобщение аэробов и анаэробов в системе вода‒порода, как это происходит в наземных микробных матах, а также протекание аэробных процессов в микрозонах.

Микробиология. 2023;92(3):250-260
pages 250-260 views

Поиск новых галофильных и галотолерантных продуцентов антимикробных соединений в различных экстремальных экосистемах

Гаврилов С.Н., Бонч-Осмоловская Е.А., Меркель А.Ю., Эртле Т., Никандрова А.А., Лукьянов Д.А., Тресвятский О.В., Прокофьева М.И., Чердынцева Т.А., Барашкова А.С., Рогожин Е.А.

Аннотация

Проблема роста антибиотикорезистентности патогенных микроорганизмов в последнее время побудила повышенный интерес к поиску новых антимикробных соединений и их продуцентов. Среди них галофильные микроорганизмы рассматриваются в числе наиболее перспективных, поскольку в этой физиологической группе широко представлены актиномицеты, являющиеся источником большинства известных клинически значимых классов антибиотиков. Мы описываем результаты применения трех различных подходов к поиску новых антимикробных соединений у галофильных и галотолерантных микроорганизмов, населяющих три различных типа экстремальных экосистем. В результате анализа метагеномов микробных сообществ подземных термальных минеральных вод нами выявлены кластеры биосинтеза потенциальных антимикробных соединений, принадлежащие археям и актинобактериям новых некультивируемых групп. Из холодных глубинных океанских осадков получены накопительные культуры с антимикробной активностью; анализ их филогенетического разнообразия позволил определить потенциальных продуцентов антимикробных соединений как представителей класса Desulfuromonadia. Наконец, нами охарактеризована антимикробная активность нового вида почвенных натронофильных стрептомицетов Streptomyces sp. ACA25, которая проявляется только против грамположительных бактерий. Геном этого организма секвенирован, и в нем идентифицированы пути биосинтеза полипептидных, поликетидных и β-лактамных антибиотиков, получены активные фракции культур ACA25, содержащие антимикробные соединения поликетидной и β-лактамной природы. Активный поликетид идентифицирован как антибиотик структурной группы макролидов розамицин. Однако отсутствие ингибирования бактериальной трансляции новым поликетидом указывает на его структурные отличия от розамицина.

Микробиология. 2023;92(3):261-278
pages 261-278 views

Адаптация ацидофильного гриба Sistotrema brinkmannii к рН фактору

Януцевич Е.А., Данилова О.А., Грум-Гржимайло О.А., Гроза Н.В., Терёшина В.М.

Аннотация

Исследование скорости роста гриба Sistotrema brinkmannii при различных значениях рН среды, температуры и концентрации NaCl показало, что он является мезофилом, предпочитает бессолевую среду и относится к облигатным ацидофилам, так как имеет выраженный оптимум роста при рН 3.0–4.0 и не растет при рН 7.0. Для изучения защитных механизмов, позволяющих грибу развиваться в кислых условиях среды, был исследован состав его осмолитов и липидов. Впервые показано, что в мицелии гриба в динамике роста в оптимальных условиях присутствует большое количество трегалозы (4.0–6.6% от сухой массы), что доказывает участие осмолитов в адаптации у ацидофилов. При этом на границах диапазона роста (рН 2.6 и 6.0) количество трегалозы в мицелии гриба снижалось в 2.5 раза, что соответствует узкому оптимуму роста гриба в природных условиях (рН 3.0–4.0). Отличительной чертой состава мембранных липидов гриба является высокая доля сфинголипидов (до 60% от суммы), которая в динамике роста в оптимальных условиях снижается вдвое. К основным мембранным липидам, кроме сфинголипидов, также относятся фосфатидные кислоты, фосфатидилэтаноламины и стерины, доля которых с возрастом увеличивается. Состав мембранных липидов гриба при рН 2.6 практически не отличается от оптимальных условий, тогда как в околонейтральной области наблюдается двукратное повышение доли сфинголипидов, что указывает на их адаптивное значение. Одновременное снижение доли сфинголипидов и рост уровня трегалозы в динамике роста позволяет предположить взаимосвязь этих соединений в защите мембран клетки.

Микробиология. 2023;92(3):279-288
pages 279-288 views

Влияние гена AZOBR_p60123, кодирующего белок WZT, на синтез липополисахаридов и формирование биопленок у бактерий Azospirillum baldaniorum Sp245

Петрова Л.П., Евстигнеева С.С., Филипьечева Ю.А., Волохина И.В., Бурыгин Г.Л., Матора Л.Ю., Шелудько А.В.

Аннотация

Инактивация одного из генов (CDS AZOBR_p60123) АТФ-связывающего белка Wzt ABC-транспортера у p60123::aphAI мутанта Azospirillum baldaniorum Sp245, введение в родительский или мутантный штаммы дополнительной копии этого гена оказывали влияние на гетерогенность длин цепей О‑специфических полисахаридов (ОПС) липополисахаридов (ЛПС), их иммунохимические характеристики, свойства штаммов, связанные с продукцией полисахаридов (строительство биопленок). Биопленки p60123::aphAI мутанта Sp245.4-1-1 накапливали в два раза меньше биомассы, чем Sp245. Введение pRK415-p60123 в клетки Sp245.4-1-1 или Sp245 приводило у полученных производных, соответственно, к повышению или снижению способности накапливать биомассу в биопленках, по сравнению с исходными штаммами.

Микробиология. 2023;92(3):289-299
pages 289-299 views

Микробные сообщества, ассоциированные с красными водорослями белого моря, как источник ксиланолитических микроорганизмов

Салова В.Д., Холдина А.М., Мельник А.Д., Заюлина К.С., Ельченинов А.Г., Клюкина А.А., Кубланов И.В.

Аннотация

Микроорганизмы, ассоциированные с водорослями и обладающие способностью к использованию сложных субстратов (например, растительных гетерополисахаридов), могут являться важными продуцентами гидролитических ферментов. С помощью высокопроизводительного секвенирования вариабельного участка V4 гена 16S рРНК был проведен анализ микробных сообществ красных водорослей Corallina sp. и Phyllophora sp., отобранных в акватории Кандалакшского залива Белого моря. В микробиомах обоих образцов преобладали бактерии филумов Pseudomonadota и Bacteroidota (классификация GTDB, https://gtdb.ecogenomic.org/). Для образца Corallina sp. было показано доминирование родов Vibrio, Agarivorans и Photobacterium, а для образца Phyllophora sp. ‒ Granulosicoccus и Aliivibrio. Исследуемые красные макроводоросли с ассоциированной с ними микробиотой были использованы в качестве посевного материала для получения накопительных культур, растущих на β-1,4-ксилане или β-1,3-глюкане (курдлан). Было показано, что во всех накопительных культурах также преобладали филумы Pseudomonadota и Bacteroidota, однако, в отличие от природных образцов, доминирующими родами в накопительных культурах были Marinomonas, Reinekea, Polaribacter и Pseudoalteromonas. Представители последних, наряду с бактериями рода Vibrio, были выделены в чистые культуры, для которых была показана ксиланолитическая активность.

Микробиология. 2023;92(3):300-309
pages 300-309 views

Биодеструкция эфиров фталевой кислоты грибом белой гнили Peniophora lycii

Савинова О.С., Шабаев А.В., Федорова Т.В.

Аннотация

Впервые изучена способность гриба белой гнили Peniophora lycii LE-BIN 2142 к деструкции эфиров фталевой кислоты (ЭФК), таких как диэтилфталат (ДЭФ), дибутилфталат (ДБФ), ди(2-этилгексил)фталат (ДЭГФ), диизобутилфталат (ДиБФ) и бутилбензилфталат (ББФ). Показано, что ДЭГФ наиболее эффективно подвергался биодеструкции грибом (более 98% на 6 сут культивирования). Остаточное содержание ДБФ и ДиБФ в культуральной жидкости на 10 сут составляло 17‒18%. ББФ оказался наиболее трудно деградируемым соединением – его остаточное содержание на 10 сут культивирования P. lycii составляло около 40%. ДЭФ был устойчив к биодеструкции и в концентрации 1.5 г/л оказывал токсическое действие: скорость радиального роста гриба на агаризованной среде снижалась в 3 раза по сравнению с контролем, а количество грибной биомассы при жидкофазном глубинном культивировании – примерно в 1.5 раза. В процессе культивирования P. lycii на средах с ЭФК было показано увеличение примерно в 2 раза эстеразной и значительное снижение (в 2‒4 раза) оксидазной активностей по сравнению с контрольной средой без фталатов.

Микробиология. 2023;92(3):310-317
pages 310-317 views

Биологическая активность и состав метаболитов штамма Streptomyces carpaticus К-11 RCAM04697 (SCPM-O-B-9993), перспективного для использования в растениеводстве

Батаева Ю.В., Григорян Л.Н., Богун А.Г., Кисличкина А.А., Платонов М.Е., Курашов Е.А., Крылова Ю.В., Федоренко А.Г., Андреева М.П.

Аннотация

Из бурой полупустынной почвы Астраханской области с очень сильной степенью засоления выделен штамм К-11, который на основании анализа последовательности гена 16S рРНК отнесен к виду Streptomyces carpaticus К-11 RCAM04697 (SCPM-O-B-9993). Проведено полногеномное секвенирование штамма. Изучена фитотоксичность, противовирусная, антиоксидантная, антифунгальная, инсектицидная активности штамма. Все экстракты и суспензия штамма S. carpaticus RCAM04697 обладали фитостимулирующей активностью. Противовирусные свойства проявлялись в сдерживании развития и распространения вирусных возбудителей в лабораторных условиях: вируса мозаики томата (ВМТо) (Tomato mosaic virus, ToMV) – 26.3%, вируса мозаики огурца (ВОМ) (Cucumber mosaic virus, CMV) – 33.8%, Y-вируса картофеля (YВК) (Potato Y potyvirus, PVY) – 51.3%, Х-вируса картофеля (ХВК) (Potato Х potyvirus, PVХ) – 41.3%. Наибольшую антиоксидантную активность проявили суспензия – 88.8% и водно-спиртовый экстракт (20 : 80) – 76.0% штамма S. carpaticus RCAM04697. Штамм в различной степени ингибировал рост фитопатогена Fusarium sporotrichioides. Инсектицидная активность в отношении Aphis fabae через 6 ч обработки составила 100% в вариантах с обработкой суспензией, водно-спиртовым (80 : 20, 50 : 50), метанольным и гексановым экстрактами. В составе метаболитов штамма S. carpaticus RCAM04697 обнаружены флавоноиды, алкалоиды, гликозиды, органические кислоты (изолимонная, уксусная, фумаровая, молочная, пировиноградная, яблочная), спирты, альдегиды, углеводороды, эфиры, серосодержащие соединения и другие группы низкомолекулярных органических соединений.

Микробиология. 2023;92(3):318-328
pages 318-328 views

КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ

Влияние мутаций в экстрацитозольном домене H+-атфазы плазматической мембраны дрожжей Saccharomyces cerevisiae на ее активность и регуляцию

Петров В.В.

Аннотация

H+-АТФаза плазматической мембраны (PMA1), ключевой фермент метаболизма дрожжей, подвергается множественному фосфорилированию во время биогенеза и функционирования. При этом происходит активация АТФазы – феномен, названный глюкозным эффектом. В работе использовали сайт-направленный мутагенез для определения функциональной роли потенциально фосфорилируемых аминокислотных остатков в экстрацитозольной петле L9-10 (846-SENWTD). Мутантные формы фермента были экспрессированы на уровне плазматической мембраны для определения АТФазной активности и влияния мутаций на биогенез фермента. Иммуноблоттинг показал, что экспрессия мутантных форм АТФазы не была существенно нарушена. Базовая активность (в отсутствие глюкозы) мутантных форм фермента незначительно отличалась от таковой дикого типа; в то же время регуляция ферментов Е847А, Т850А и D851A была нарушена и степень активации глюкозой снижалась в 2‒2.5 раза. Мутант S846A, напротив, обладал повышенной базовой активностью и сохранял способность активироваться. Данные указывают на то, что эти остатки (особенно Ser-846, Thr-850 и Asp-851) важны для нормального функционирования РМА1 и ее регулирования глюкозой.

Микробиология. 2023;92(3):329-334
pages 329-334 views

Кальцинирующие бактерии в экстремальных экосистемах Южного Приаралья

Кондрашева К.В., Умрузоков А.А., Калёнов С.В., Меркель А.Ю., Черных Н.А., Слободкин А.И., Гаврилов С.Н., Давранов К.Д.

Аннотация

Процессы микробно-индуцированного осаждения карбонатов кальция широко распространены в природных условиях и являются важной частью биогеохимического цикла углерода. Эти процессы легли в основу новых технологий “биоцементирования”, разработка которых активно ведется в последнее десятилетие по всему миру. Данные технологии направлены на создание новых “самозаживляющихся” строительных материалов, а также на поддержание прочности различных сооружений и строительных конструкций. Оптимальными условиями для образования кальцитов являются повышенная соленость и щелочность среды, что вызвало интерес к поиску кальцинирующих микроорганизмов в разнообразных экосистемах, включая экстремальные. В настоящее время выделено и протестировано в полупромышленных условиях уже немало штаммов галофильных и галотолерантных бактерий, индуцирующих кальцинирование. Большинство этих бактерий обладает уреазной активностью, которая вносит основной вклад в связывание ионов кальция в нерастворимый карбонат кальция. Широкое разнообразие природных экосистем с оптимальными условиями для развития кальцинирующих уробактерий, а также экономическая востребованность технологий биоцементирования побуждает интерес к поискам все новых штаммов этих микроорганизмов. Одним из перспективных ресурсов для поиска таких организмов является экосистема высыхающего Аральского моря и прилегающего к нему пустынного и полупустынного региона Приаралья. В нашей работе мы приводим результаты скрининга различных экстремальных экосистем Аральского региона на наличие кальцинирующих микроорганизмов. Из образцов растительных остатков и почв Приаралья нами получено 28 чистых культур гетеротрофных аэробных бактерий, 4 из которых обладают уреазной и кальцинирующей активностями, дана сравнительная оценка их активности со штаммами, уже использованными для создания биоцементирующих препаратов. Методами молекулярной экологии детектированы филотипы потенциальных кальцинирующих микроорганизмов в микробных сообществах пустынной почвы, термальных вод и донных отложений соленого озера, дано описание филогенетического разнообразия этих сообществ. Полученные результаты выявили широкое распространение кальцинирующих микроорганизмов в экосистемах Южного Приаралья и показали целесообразность поиска в них новых биотехнологически значимых штаммов этих организмов.

Микробиология. 2023;92(3):335-344
pages 335-344 views