Актинобактерии термального источника Еро (Монголия)
Таксономический анализ микробного сообщества воды, микробного мата и донных осадков с помощью метода высокопроизводительного секвенирования по гену 16S рРНК. Исследование популяционного разнообразия и экологической значимости микробных сообществ.
| Рубрика | Биология и естествознание |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 22.08.2022 |
| Размер файла | 331,3 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
АКТИНОБАКТЕРИИ ТЕРМАЛЬНОГО ИСТОЧНИКА ЕРО (МОНГОЛИЯ)
Ткачев Павел Алексеевич, Раднагуруева Арюна Арсалановна, Лаврентьева Елена Владимировна, Банзаракцаева Туяна Геннадьевна Бархутова Дарима Дондоковна, Дамбаев Вячеслав Борисович Бурюхаев Савелий Петрович, Гандбол Алтанцэцэг, Гантулга Орхонтуяа, Раднасед Юндонперенлей
Аннотация
Статья посвящена изучению актинобактерий в термальном источнике Монголии -- Еро. В горячем источнике Еро был проведен таксономический анализ микробного сообщества воды, микробного мата и донных осадков с помощью метода высокопроизводительного секвенирования по гену 16S рРНК. Показано, что наибольшая доля актинобактерий обнаружена в воде горячего источника (до 42%), наименьшее разнообразие актинобактерий обнаружено в образцах микробных матов (до 0,3%). Из донных осадков станции Еро-19-3 выделена культура актинобактерии Nocardia farcinica. Выделенный штамм актинобактерии является умеренным термофилом с оптимумом роста 45°С.
Ключевые слова: высокопроизводительное секвенирование по гену 16S рРНК, горячие источники, актинобактерии, термофилы.
Annotation
ACTINOBACTERIA OF THERMAL SPRING ERO (MONGOLIA)
P. A. Tkachyov, А. А. Radnagurueva, E. V. Lavrentyeva, T. G. Banzaraktsaeva, D. D. Barkhutova, V. B. Dambaev, S. P. Buryukhaev, G. Altantsetseg, G. Orkhontuya, R. Yundonperenley
The article is devoted to the study of actinobacteria in the thermal spring of Mongolia -- Ero. In the Ero hot spring, a taxonomic analysis of the microbial community of water, microbial mat and bottom sediments was carried out using the method of high-throughput sequencing for the 16S rRNA gene. It was shown that the largest share of actinobacteria was found in hot spring water (up to 42%), the smallest variety of actinobacteria was found in samples of microbial mats (up to 0.3%). A culture of actinobacteria Nocardia farcinica was isolated from bottom sediments of Ero-19-3 station. The isolated actinobacteria strain is a moderate thermophile with an optimum growth of 45 ° C.
Keywords: high-throughput 16S rRNA gene sequencing, hot springs, actinobacteria, thermophiles.
Введение
На территории Монголии широко распространены термальные источники, которые являются естественными местами обитания микроорганизмов. Актинобактерии, обитающие в горячих источниках, разработали уникальные биохимические метаболические и физиологические возможности, которые обеспечивают как выживание, так и потенциал для биосинтеза различных антибиотиков и новых метаболитов [Yang N. & Song].
Актинобактерии -- это грамположительные бактерии с высоким содержанием гуанина+цитозина и могут быть представлены как нитчатыми, так и формами, не образующими нити, некоторые могут продуцировать споры на различных этапах онтогенеза. По современной классификации филум Actinobacteria включает 6 классов, 6 отрядов, 14 подотрядов и 56 семейств [J.Wink, F. Mohammadipanah 2017]. Количество интродуцированных родов этого таксона и их физиологическое разнообразие предполагает, что таксономическая идентификация этой группы будет динамичным процессом в будущем. Актинобатерии могут быть представлены как сапрофитами, так и патогенными микроорганизмами. Благодаря большому разнообразию ферментных комплексов и антибактериальному потенциалу актино- бактерии используют в медицине, промышленности и энергетике и для решения проблем окружающей среды [J.Wink, F. Mohammadipanah 2017]. Экологическая роль актинобактерий в природных системах заключается в разложении сложных устойчивых субстратов, в то же время из-за медленного роста они неспособны конкурировать с немицелиальными бактериями за легкодоступные вещества. Представители рода Nocardia способны осуществлять процессы хемосинтеза, окисляя водород, метан и метанол. Среди актиномицетов широко распространена гетеротрофная фиксация CO2 [Ю.Н. Горелов и др, 2012].
Микробные сообщества в горячих источниках широко изучаются с использованием как культурально-зависимым, так и культурально-независимым подходом. Так использование методов высокопроизводительного секвенирования 16S рРНК оказалось многообещающим инструментом для исследования популяционного разнообразия и экологической значимости микробных сообществ, обитающих в различных горячих источниках. Использование культурально-зависимого подхода необходим для изоляции и идентификации бактерий с высоким биотехнологическим потенциалом. Исследование рассматриваемого горячего источника Еро с использованием культурально-независимого и культурально-зависимого подходов расширят данные по таксономическому разнообразию актинобактерий.
Материал и методика
микробный сообщество секвенирование экологический
Объектом исследования является горячий источник Байкальской рифтовой зоны -- Еро (Монголия) с диапазоном температур от 36,3 °С до 42,9 °С. Источник расположен на северо-западном склоне Хэнтэйского хребта, в 150 км к северу -- северо-востоку от г. Улан-Батор, в труднодоступной горно-таёжной местности, на левом берегу р. Ара-Ичильхэ, GPS: 49°01'122" c. ш., 107°32'727" в. д. [Оргиль- янов, 2021].
Накопительную культуру актинобактерий культивировали на среде состава (г/л): NH4Cl -- 0,3; KH2PO4 -- 0,3; MgCl2 -- 0,3; CaCl2 -- 0,3; дрожжевой экстракт -- 0,5. В качестве источника азота использовали триптон в конечной концентрации 1,5%. Оптимальные значения рН25С роста бактерий устанавливали карбонат-бикарбонатным буфером до рН 8,5-9,0. Посевы осуществляли методом предельных разведений (1:10), аэробно, в термостате Binder (Германия). Культуры инкубировались при 45°С в течение трех суток.
Таблица 1
Физико-химическая характеристика источника Еро (апрель, 2019)
|
Станция |
Т, 0С |
рН |
М, мг/л |
Eh, мВ |
СО32-,мг/л |
НСО3-, мг/л |
|
|
Еро-1 |
42.9 |
9.27 |
232 |
-241 |
30 |
30.5 |
|
|
Еро-2 |
41.2 |
9.34 |
232 |
-237 |
36 |
24.4 |
|
|
Еро-3 |
40.9 |
9.92 |
233 |
-119 |
30 |
36.6 |
|
|
Еро-4 |
36.3 |
9.48 |
236 |
-99 - -101 |
36 |
18.3 |
Для выделения чистой культуры из отдельной колонии накопительной культуры высевали поверхностным способом в стерильные чашки Петри с агаризованной средой. Изолированные колонии пересевали вновь. Чистоту выделенных культур проверяли микроскопированием по однородности клеток. Микроскопирование культур проводили с помощью микроскопа Axiostar plus (Carl Zeiss, Германия) при увеличении 1000 раз в фазовом контрасте на окрашенных препаратах по Граму.
Исследование таксономического состава микробного сообщества проводились с помощью высокопроизводительного секвенирования фрагментов генов 16S рРНК. Проведена качественная и количественная характеристика состава бактериальных сообществ донных осадков и микробных матов в горячем источнике Еро. Секвенирование продуктов амплификации выполняли в ЦКП «Персистенция микроорганизмов» (г. Оренбург).
ДНК выделяли с помощью набора PowerSoil DNA Isolation Kit (Mo-Bio). Регион V3-V4 гена 16S рРНК был амплифицирован с помощью праймеров 343F (5'-CTCCTACGGRRSGCAGCA-3') and 806R (5'-GGACTACNVGGGTWTCTAAT-3'), содержащих адаптерные последовательности (Illumina), линкер и баркод. Биоинформатическая обработка включала перекрывание парных ридов, фильтрацию по качеству и длине, учет одинаковых последовательностей, отбрасывание синглетонов, удаление химер и кластеризацию, и получение OTU. Таксономическая принадлежность последовательностей OTU определялось с помощью RDP classifier 2.11 [Wang et al., 2007].
Результаты и обсуждение
Для изучения состава микробного сообщества источника Еро было проведено высокопроизводительное секвенирование по гену 16S рРНК. По результатам секвенирования показано, что микробное сообщество донных осадков источника Еро характеризовалось значительным видовым разнообразием бактерий, в составе которых выявлено до 349 филотипов (OTU), принадлежащих 32 филумам. Определено от 37 132 до 55 196 последовательностей, бактерии составляют до 98,45% микроорганизмов в донных осадках станции Еро-19-3 и 98,73 % микроорганизмов в осадках станции Еро-19-2. В источнике Еро микробные сообщества донных осадков четырех станций сходны по наличию представителей основных филумов бактерий. От 50,5% до 93,68% всех последовательностей микробного сообщества донных осадков четырех станций составляют 5 филумов Proteobacteria, Cyanobacteria/Chloroplast, Chloroflexi, Nitrospitae и UndassifiedBacteria, доля последних составляет от 8,45 до 28,9% от всех последовательностей. В донных осадках обнаружены последовательности до 1,44%, относящиеся к Archae Наибольшее количество нуклеотидных последовательностей в сообществе микробных матов принадлежало представителям следующих таксонов: Pro- teobacteria, Cyanobacteria/Chloroplast, Chloroflexi, и UndassifiedBacteria. Чуть менее половины последовательностей (47,98%) в станции Еро-19-2 относится к UndassifiedBacteria.
Микробное сообщество воды источника Еро отличалось доминированием двух филумов Proteobacterrn и Actinobacteria. Эти филумы составляют более 92% состава микробного сообщества воды станцийЕро-19-1, Еро-19-2 и Еро- 19-4. Станция Еро-19-3 отличается наименьшим разнообразием актинобактерий. Доминируют Proteobactem (61,72%) остальные последовательности составляют филумы Bacteroidetes, Cyanobacteria/Chloroplast, Firmicutes, Ignavibacteriae, UndassifiedBacteria, Verrucomicrobia и Nitrospirae.
Рис. 1 Разнообразие филума Actinobacteria в воде термального источника Еро на уровне семейства
В микробных матах содержание актинобактерий, в зависимости от выходов, составляет от 1,1--1,3%. Разнообразие класса актинобактерий, составляют порядки A-idimicribiales, Gaiellaler, Conobacterides и undassified AcOmibtctooia. Acidimi- оаоИа1ерв2лючае то сеОя оом-йетро Lamiccea, Ad%imicrabinaeaeincortaa_sedis и unclasiffiedAcidimicrobinae. Gaiellales имеет только семейство Gaiellaceae, щоедогоябоноып одним рюдом -- Оліеїїа.Пощяог Сопо^оОтю/еесртдотсслсв йатаВством CnnooOacteoiaoeae, о единственным -Одом -- undap-ified Coaiobactc- riaceae. Семейство Lamiacea состоит только из рода -- Aquihabitans.
Таксономический анализ актинобактерий в донных осадках показал, что аидовой состав на уровне порядка существенно отличался от таксономического разнообразия воды и микробных матов (рис. 3).
Рис. 2 Раанообразие бкщм&АсйпоЬасІегіав микробныхматах термального источника Еро на уровне семейства
Рис. 3 Разнообразие филума Actinobacteria в донных осадках термального источника Еро на уровне семейства
В данных осадках филум актинобактерий представлен следующими порядками: Acidimicrobiales, Actinomycetales, Gaiellales и Coriobacteriales. Из всех последовательностей представленных Actinobacteria в донных осадках на долю неклассифицируемых приходится от 67,5 до 81,8% (от всех последовательностей, отнесенных к филуму Actinobacteria). Высокий процент неклассифицируемых актинобактерий в донных осадках горячего источника Еро представляет собой новый и неиспользованный ресурс видового разнообразия и требует дальнейшего изучения.
Из термального источника Еро (Монголия) была выделена одна монокультура бактерии. Штамм был выделен из накопительной культуры донных осадков станции Еро-19-3. Культура представлена тонкими, но длинными и извитыми бактериями, которые могут сцепляться друг с другом и образуют длинную цепь, размеры которой достигали около 0,8 мкм, также имеет клеточные образования -- жгутики. Структура клеточной стенки изолята имеет грамположительный тип. На агаризованной среде штамм образует округлые темно-оранжевые колонии диаметром 2-3 мм, с ровными краями и гладкой блестящей поверхностью. Данная бактерия довольно плохо культивируется, требует специальной техники пересева. В результате определения таксономической принадлежности бактерии на основании морфологических признаков и микроскопических методов культура отнесена к представителям рода Nocardia, класса Actinobacteria (рис. 4). При определении и описании культуры учитывали следующие характеристики: форма и окраска, наличие дополнительных образований, количество клеток в колониях, особенности ветвления и другие характеристики. Выделенный штамм бактерии является умеренным термофилом с оптимумом роста 45 °С.
Рис. 4 Актинобактерия, род Nocardia, предположительно Nocardia farcinica
Всего в мире насчитывается более 80 видов нокардий и около 33 видов, являются условно-патогенными организмами [Wink, 2012].
Таким образом, изучено таксономическое разнообразие актинобактерий в составе микробного сообщества в горячем источнике Еро (Монголия). Показано, что доля актинобактерии в сообществе варьировала, в зависимости от биотопа: вода, донные осадки и микробные маты. Следует отметить, что в микробном сообществе горячего источника Еро обнаружена высокая доля неклассифицируемых бактерий. Впервые в горячем источнике Монголии была выделена чистая культура филума Actinobacteria.
Литература
1. Оргильянов А. И. Минеральные воды Хэнтэй-Даурского свода: диссертация на соискание ученой степени кандидата геологических наук. Иркутск 2021. 152 с. Текст: непосредственный.
2. Энциклопедия Самарской области / Министерство образования и науки Самарской облости; редакционный совет: Ю. Н. Горелов [и др.]. Самара: СамЛюксПринт, 2011. Т 4: Н-Р. 316 с. Текст: непосредственный.
3. Wang Z., Gerstein M., Snyder M. RNA -- Seq: a revolutionary tool for transcriptomics // Nature Reviews Genetics. 2009. V 10. No. 1. P. 57-63.
4. Arjan P., Heijmans K., Harhangi Harry R., Tedesco Dario, Jetten Mike S. M., Op Den Camp Huub J. M. Methanotrophy below pH 1 by a new Verrucomicrobia species // Nature. 2007. V. 450. P. 874-878.
5. Wink J., Mohammadipanah F. and Hamedi J. Biology and biotechnology of Actinobacteria 2017. 1 с.
6. Wink J. Nocardiosis: updates and clinical overview. Mayo Clin. Proc. 2012. No. 87(4). P. 403-407.
7. Yang N. & Song F. Bioprospecting of Novel and Bioactive Compounds from Marine Actinomycetes Isolated from South China Sea Sediments // Curr. Microbiol. 2018. No. 75. P. 142-149. URL: https://doi.org/10.1007/s00284-017-1358-z
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Описание структуры воды пресных водоемов и донных иловых отложений. Характеристика почвы как среды обитания микроорганизмов. Исследование влияния вида и возраста растений на ризосферную микрофлору. Рассмотрение микробного населения почв разных типов.
курсовая работа [45,7 K], добавлен 01.04.2012История развития паразитизма как формы взаимоотношения между паразитами и их хозяевами. Рассмотрение видов факультативных и облигатных микроорганизмов. Описание процессов мутации и рекомбинации генов - основной силы эволюции микробного паразитизма
презентация [247,6 K], добавлен 28.12.2011Сравнительное исследование видового состава и геохимической деятельности микроорганизмов щелочных гидротерм с различной минерализацией и химическим составом. Характеристика участия хемотрофных микробных сообществ щелочных гидротерм в минералообразовании.
диссертация [535,4 K], добавлен 22.01.2015Количественная и качественная оценка микробных биоценозов слизистой зева у студентов-носителей S.aureus; закономерности формирования микрофлоры в норме и при патологии, разработка способов прогнозирования и санации стафилококкового бактерионосительства.
курсовая работа [43,3 K], добавлен 10.03.2012Педобионты - животные, обитающие в почве, их классификация. Исследование педобионтного состава различных положений катен, зависимость их таксономического разнообразия от характера местности: р. Зырянка, оз. Солдатское и сопка Лысая в Новосибирской обл.
дипломная работа [79,4 K], добавлен 17.02.2012Особенности характера внутривидовых взаимоотношений особей, структура сообщества животных и механизмы ее поддержания. Основные формы социальных структур особей. Понятие анонимного сообщества, агрегация и скопление. Индивидуализированный тип сообществ.
контрольная работа [23,1 K], добавлен 12.07.2011Особенности микрофлоры воздуха и почвы, кожи и респираторного тракта. Санитарная оценка воздуха. Эпифитные микроорганизмы растений. Определение микробного числа. Аспирационный метод (с помощью аппарата Кротова). Седиментационный (чашечный) метод Коха.
презентация [1,8 M], добавлен 03.06.2014Метод светорассеяния в изучении микробных популяций, использование установки для регистрации светорассеяния. Анализ зависимости светорассеяния популяций Staphilococcus aureus и Esherichia coli в питательном бульоне с добавками и физиологическом растворе.
лабораторная работа [38,5 K], добавлен 02.08.2013Исследование взаимодействия чистых молочнокислых бактерий и дрожжевых грибов Saccharomyces cerevisiae, входящих в состав микробиологического препарата "Эмбико", с корнями растений огурца (Cucumis sativus L.) сортов Конкурент и Феникс плюс in vitro.
реферат [1,8 M], добавлен 25.04.2014Этапы развития микробиологии как науки. Анатоксины: определение и практическое применение. Морфологические и культуральные свойства стрептококков. Работы Пастера, их значение в развитии и становлении микробиологии. Эволюция микробного паразитизма.
шпаргалка [813,1 K], добавлен 13.01.2012Физико-химические свойства биополиэстеров. Метаболические пути синтеза и его ключевые ферменты. Свойства и структура полигидроксиалканоат–синтазы, выделенной из R.eutropha. Организация генов биосинтеза полигидроксиалканоаты и проблемы их продукции.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 29.03.2012Многообразие рыб и птиц Иркутской области, их таксономический список. Характеристика отрядов и семейств. Изучение видового состава улова рыб, его биологический и морфологический анализ. Анализ плодовитости, питания и возраста, коллекционирование.
отчет по практике [1,0 M], добавлен 27.10.2017Первоначальные способы не автоматизированного секвенирования ДНК, его недостатки. Сущность и принцип автоматического секвенирования, механизм проведения, особенности и проблемы, синтез праймера для начала реакции, использование бактериофага М13.
реферат [24,3 K], добавлен 11.12.2009Исследование метода разделения хищников по таксономическому принципу, связи хищника и жертвы, размера популяции. Описания особенностей охоты, обитания и размножения хищных птиц. Анализ разновидностей и мест обитания растений, которые питаются насекомыми.
презентация [9,8 M], добавлен 16.10.2011Врожденный неспецифический (естественный) иммунитет и приобретенный специфический адаптивный иммунитет - составляющие общей иммунной системы. Клеточный и гуморальный врожденный иммунитет. Внедрение микробного патогена: бактерицидная активность фагоцитов.
реферат [1,6 M], добавлен 23.11.2010Характер роста периодической культуры. Эффективность использования субстрата для достижения конечной емкости. Хемостат как модель роста микроорганизмов в природных системах. Способность микроорганизмов выживать в условиях голодания и при стрессе.
курсовая работа [936,8 K], добавлен 29.01.2013Адаптация бактерий к неблагоприятным условиям среды. Влияние хлорида натрия на рост пропионовокислых бактерий. Механизмы, гарантирующие стабильность микробного консорциума. Сбраживание соков на дикой микрофлоре и изменение тируемой кислотности.
реферат [3,3 M], добавлен 19.08.2013Производство продуктов микробного синтеза первой и второй фазы, аминокислот, органических кислот, витаминов. Крупномасштабное производство антибиотиков. Производство спиртов и полиолов. Основные типы биопроцессов. Метаболическая инженерия растений.
курсовая работа [233,2 K], добавлен 22.12.2013Седиментационный метод изучения микрофлоры воздуха. Определение микробного числа патогенных микроорганизмов. Результаты визуального обследования тестируемых помещений. Культуральные особенности микроорганизмов. Непатогенные бактерии, определение.
курсовая работа [771,7 K], добавлен 28.09.2017- Современное состояние авифауны населенного пункта Аксубаево (Республика Татарстан) в 2014-2017 годах
Изучение видового и количественного состава птиц населенного пункта Аксубаево. Экологическая характеристика сообщества птиц в 2014-2017 годах. Определение структурного разнообразия местности и степени антропогенного влияния на структуру сообщества птиц.
курсовая работа [3,8 M], добавлен 10.04.2017
