Том 93, № 2 (2024)

Термокарстовые (аласные) озера Центральной Якутии имеют важное климатическое и хозяйственное значение, но сведения о микробных сообществах и микробных процессах в этих озерах в настоящее время практически отсутствуют. В данной работе охарактеризованы гидрохимические особенности и представлен первичный анализ разнообразия планктонных микробных сообществ трех аласных озер Центральной Якутии — Тюнгюлю, Табы и Харыялах. Показано, что по физико-химическому составу вод исследованные озера являются довольно типичными для этого региона, имеют повышенную щелочность и трофность, но по микробиологическим параметрам различаются между собой. В исследованных планктонных сообществах преобладали хемогетеротрофные прокариоты, однако значительная доля последовательностей гена 16S рРНК принадлежала некультивируемым микроорганизмам, функциональный потенциал которых пока неизвестен.

Конститутивная гетерологичная экспрессия в штаммах Mycolicibacterium neoaurum, продуцентах ценных С₁₉-стероидов, генов, кодирующих грибную 17β-гидроксистероиддегидрогеназу (17β-ГСД), ответственную за восстановление кислородного заместителя в стероидном ядре по положению С-17, и микобактериальную глюкозо-6-фосфатдегидрогеназу (Г6ФД), способствующую синтезу кофермента НАД(Ф)Н, необходимого для активности 17β-ГСД, позволило существенно повысить выход С-17 гидроксистероидов: тестостерона (Т) и 1(2)-дегидротестостерона (дТ). При этом рекомбинантные штаммы, созданные на основе M. neoaurum ВКМ Ас-1815D и M. neoaurum NRRL B-3805 Δ kstD, накапливали преимущественно Т, а M. neoaurum ВКМ Ас-1816D ‒ одновременно Т и дТ.

С применением молекулярно-биологических методов и биоинформационного анализа исследовано филогенетическое и функциональное разнообразие прокариотного комплекса почвенных микрокосмов. Доминанты гидролитического сообщества различались между образцами разных климатических зон. Наряду с сокращением разнообразия и численности прокариот в почвах, подверженных антропогенным или абиогенным нагрузкам, установлено возрастание количества генов, маркирующих способность сообщества к биодеградации ксенобиотиков, генов, кодирующих превращения азота и уровень метаболизма кофакторов и витаминов. Бактериальный комплекс способен к нитрификации при высоком загрязнении почвы нефтью, а также его роль возрастает в нижних слоях почвенного профиля. Выявленные закономерности указывают на высокий метаболический потенциал прокариотной компоненты рассматриваемых почв.

Проведено конструирование новых векторов для редактирования генома дрожжей с помощью CRISPR/Cas9. Разработана и успешно применена система, позволяющая осуществлять клонирование новых мишеней с помощью стандартных методов: ПЦР ‒ рестрикция ‒ лигирование. Благодаря сконструированным векторам получены мутанты sup35-25, делеция гена PSH1 и дизрупция гена NAM7 (UPF1). Протестирован удобный способ идентификации плазмид с новой мишенью и приведено подробное описание использованной методики клонирования и отбора плазмид с новыми мишенями.

Выделенный новый галоалкалофильный представитель рода Salisediminibacterium семейства Bacillaceae обладает высокой хромат-восстанавливающей активностью в широком диапазоне условий. Эффективность восстановления достигает более 99% при начальной концентрации 15 мг Cr(VI)/л на минеральных средах и в органических средах при начальной концентрации 100 мг Cr(VI)/л за 3 сут. Показано влияние органического вещества на скорость восстановления хромата. Выделенный штамм MB1000 отличается по физиологическим особенностям от описанных ранее представителей рода Salisediminibacterium.

Бактериопланктон оз. Хубсугул имеет существенные различия с таковым крупных древних и олиготрофных водоемов. При этом наибольшая близость отмечена между микробиомами Хубсугула и Байкала — озер, расположенных в одной рифтовой зоне и связанных общей речной системой, что подчеркивает сходство микробиомов на региональном уровне. В глобальном аспекте наибольшую достоверную значимость при биогеографическом распределении микробных сообществ имела географическая зональность, наименьшую — глубинная. Трофический статус водоемов, как и древность происхождения, не влияли на кластеризацию микробиомов, на локальном и региональном уровнях большую роль играет фактор сезонности.

В работе получены первые сведения о микробных сообществах, ассоциированных с пресноводным моллюском Kamtschaticana kamtschatica, населяющим разнотипные водоемы Восточной Сибири и Дальнего Востока России. С использованием данных метабаркодирования на основе фрагментов генов 16S рРНК проведено таксономическое профилирование бактериальных сообществ, ассоциированных с моллюсками, из трех водоемов Магаданской области. Показано, что преобладающими филумами в изучаемых бактериальных сообществах являются: Pseudomonadota, Bacillota, Cyanobacteriota, Actinomycetota, Verrucomicrobiota, Planctomycetota и Bacteroidota. Максимальное α-разнообразие бактерий по индексу Chao1 характерно для моллюсков из Оротуканского водохранилища. Относительная численность бактерий родов Snowella, Leptolyngbya, Nodosilinea, Arenimonas и Polaromonas существенно отличает моллюска данного местообитания от двух других. Наибольшие сходства в составе микробиоты у K. kamtschatica проявляются по роду Pseudomonas, присутствующего в большинстве образцов в количестве более 1% и не обнаруженного в образцах грунта. Полученные данные о разнообразии и составе бактериальных сообществ, ассоциированных с прудовиками, имеют фундаментальное значение для экологии пресноводных моллюсков.

В аминокислотных последовательностях флагеллинов представителей фитопатогенной ассоциативной и клубеньковой микрофлоры идентифицированы консервативные мотивы (пептидные паттерны), определяющие элиситорные свойства фитопатогеных бактерий. У PGPR выявлены аналоги одного (flg22) из двух (flg22 и flgII-28) специфических пептидов, характерных для патогенов. Вместо глицина G18, являющегося признаком элиситора, в аналогах flg22 у большинства PGPR идентифицирован тирозин Y18, что препятствует растению задействовать для PGPR механизм фитоиммунитета. Молекулярный докинг с применением программного комплекса AlphaFold продемонстрировал достоверность взаимодействий растительного рецептора FLS2 с каноническим пептидом flg22 и его аналогами из фитопатогена и азоспириллы. Однако в случае растительного рецептора FLS3 достоверными оказались только его взаимодействия с каноническим пептидом flgII-28 и его аналогом из фитопатогена.

В бактериях PII-подобные белки являются глобальными регуляторами азотного и энергетического обмена, которые в ответ на доступность питания связывают белки-партнеры, модулируя их активность. Белок PotN из Lentilactobacillus hilgardii, представитель нового семейства PII-подобных белков, способен конкурентно связывать АТФ и АДФ, тем самым регулируя метаболизм в ответ на энергетический статус клетки. Так, при избытке АДФ, PotN связывает этот нуклеотид и преимущественно взаимодействует с субъединицей PotA АВС-транспортера полиаминов, подавляя ее АТФазную активность. При этом PotN также диссоциирует от фактора транскрипции GlnR, что восстанавливает способность последнего связывать ДНК и модулировать транскрипцию генов GlnR-регулона. Наоборот, в АТФ-состоянии PotN диссоциирует от PotA и связывается с фактором Gln R.

В работе исследовано влияние очистных сооружений г. Пущино на содержание в воде и седиментах реки Ока антибиотикорезистентных микроорганизмов и детерминант множественной лекарственной устойчивости. Обнаружен вклад сточных вод, прошедших очистку, в загрязнение поверхностных вод реки Ока штаммами, устойчивыми к аминогликозидам. Продемонстрирована роль очистных сооружений г. Пущино в распространении в водной среде мультирезистентных штаммов, а также плазмид группы несовместимости А/С (IncA/C). Показано, что стоки очистных сооружений влияют как на общее содержание эубактерий в донных отложениях, так и увеличивают процентное содержание псевдомонад в них, изменяя, тем самым, состав микробного сообщества.

На основе анализа маркерного гена изучено разнообразие и биогеография Т4-подобных цианофагов из мелководного залива Посольский сор оз. Байкал. Выявлено высокое разнообразие нуклеотидных последовательностей фрагмента гена g20, установлена их уникальность. Наибольшее сходство последовательностей вирусов отмечено с таковыми из оз. Байкал, полученными ранее, и пресноводных озер, таких как олиготрофные Грин, Раунд, олигомезотрофное Анси и мезотрофное Бурже. С точки зрения биогеографии, определено, что последовательности фагов из разных экотопов оз. Байкал более сходны между собой, чем с соответствующими последовательностями из других экосистем.

Фосфор — один из важнейших биогенных элементов, поступление которого способствует процессу эвтрофикации вод озера. Основная часть его запасов в водных экосистемах находится в органической форме. Способность водных микроорганизмов усваивать фосфор из фосфорорганических соединений обусловлена действием щелочных фосфатаз, активность которых дает возможность судить о состоянии экосистемы, нагрузке фосфатами и качестве воды. В настоящей работе исследованы активность щелочной фосфатазы (АЩФ) и численность фосфатаза-активных бактерий (ФАБ) в пелагиали озера Байкал и в приустьевых участках основных притоков. Выявлено, что в пелагической части значения АЩФ и численности ФАБ с глубиной снижаются, что говорит об основных процессах генерации фосфатов в трофическом слое озера. Показано, что в основных притоках озера значение АЩФ и численности ФАБ значительно выше, чем в пелагиали. Полученные данные свидетельствуют о том, что в приустьевых участках рек проходят активные биохимические процессы трансформации органических соединений фосфора. Процессы деструкции обеспечивают регенерацию фосфатов, которые полностью вовлекаются в биологический круговорот, тем самым обеспечивая развитие фитопланктона.

Устойчивость полимерных композиционных материалов к биоповреждениям является на сегодня одной из актуальных задач. Включение оксида меди в полимерный композит на основе эпоксидной смолы ЭД-20 улучшает его биоцидные свойства. Установлено, что в условиях минерального и органического загрязнения площадь поражения образцов полимерных композитов микромицетами уменьшалась с увеличением концентрации дисперсных частиц Сu₂О в композите. Площадь поражения образцов, наполненных капсулированными полилактидом частицами, была в 1.5 раза меньше, чем у композитов, наполненных некапсулированными частицами. Сu₂О оказывал токсическое действие на доминирующий штамм Aspergillus niger, снижая среднюю радиальную скорость роста на агаризованной среде Чапека‒Докса и концентрацию биомассы при росте микромицета в жидкой среде по сравнению с вариантом без Сu₂О.

Проведено генотипирование 397 штаммов Mycobacterium tuberculosis, выделенных от впервые выявленных больных туберкулезом легких в Омской области в 2019‒2020 гг. Установлено превалирование штаммов генотипа Beijing (70.8%), в частности, двух кластеров современной сублинии — Central Asian/Russian (46.1%) и B0/W148 (19.1%). Штаммы древней сублинии генотипа Beijing были представлены кластерами 1071-32 и 14717-15, суммарно составляя 4.8%. В сравнении с другими генотипами, штаммы B0/W148-кластера и древней сублинии Beijing чаще характеризовались множественной лекарственной устойчивостью (МЛУ): 93.4 и 94.7%, соответственно, (P < 0.0001). Среди представителей других генетических семейств (LAM, Ural, T, Haarlem) преобладали лекарственно-чувствительные штаммы (75.0%). Циркуляция МЛУ-штаммов Beijing требует молекулярно-эпидемиологического надзора за их возможным более широким распространением.