Введение к работе
Актуальность темы. Сульфатредуцирующие бактерии (СРВ) -группа анаэробных бактерий, способная к окислению субстратов при восстановлении окисленных соединений серы до сульфида. Благодаря повсеместному распределению сульфатов в природе и достаточно низкой у представителей СРВ инициирующей сульфатредукцига концентрации сульфатов, они встречаются в различных экотопах и являются широко распространенной группой микроорганизмов. С момента открытия в 1895 году Бейеринком первой СРВ на сегодня известен 21 род, включающий 73 вида этих бактерий. На рисунке 1 показан рост темпа исследования СРВ.
Рисунок 1. Описание новых видов СРВ. годы
С возникновением интереса к биоразнообразию СРВ увеличивалось и число видов, выделенных из необычных мест обитания, в их числе термо-, гало- и алкалофильные виды. К началу наших исследований картина среди СРВ в рамках рН/соленость выглядела следующим образом (рис.2). Как видно из диаграммы большая часть СРВ представлена пресноводными и морскими нейтрофилами, область развития и оптимумы рН у них лежат в пределах 6.5-8.0, а по солености 0-4% (NaCI). Заметно выделяются представители СРВ, принадлежащие к
Archea: их олтимумы рН значительно ниже 6.0. СРВ, развивающиеся при рН выше 8.Q до последнего времени не были известны.
твидов ^-,
(NaCI%)
Рис. 2. Сульфатредуцирующие бактерии в матрице рН/соленость.
Несмотря на то, что активная деятельность СРБ в содовых озерах отмечалась исследователями сравнительно давно (Исаченко,1951; Abd-el-Malek and Rizk,1963; Grant and Tindal,1986), получить чистую или, хотя бы, накопительную культуру СРБ долгое время не удавалось. В соответствии с выдвинутой рабочей гипотезой (Заварзин,1993) о том, что микробные сообщества эпиконтинентальных содовых водоемов могут рассматриваться как реликтовые и, возможно, могли являться центрами микробного биоразнообразия, в лаборатории Микробных сообществ ИНМИ РАН было впервые исследовано алкалофильное анаэробное сообщество, как целостная система, на примере самосадочного содового озера Магади (Кения). В результате была предложена схема трофического взаимодействия в алкалофильном сообществе и был выделен ряд первичных и вторичных анаэробов, участвующих в деструкции органического вещества, в числе которых и первый представитель алкалофильных сульфатвосстанавливающих бактерий -штамм Z-7935, способный развиваться при рН 10 и использующий исключительно Нг и формиат в качестве доноров электронов (Zhilina, Zavarzin,1994). Таким образом, среди СРБ был обнаружен реальный агент, отвечающий за сульфидогенез в содовых озерах, и доказана принципиальная возможность их деятельности при высоких значениях рН и щелочности. В связи с этим открытием, представилась возможность для изучения ранее неисследовавшихся алкалофильных сульфатредующих бактерий (АСРБ), что важно как для понимания биологии СРБ, так и для расширения наших представлений об их экологической значимости в экстремальных щелочных экосистемах.
Целью работы было: изучение физиолого-биохимических свойств,
определение таксономического положения алкалофильных
сульфатвосстанавливающих бактерий из эпиконтинентальных содовых водоемов и выяснение трофического взаимодействия этих бактерий с другими членами алкалофильного сообщества.
В задачи исследования входило: 1. Описание первой облигатно алкалофильной водородиспользующей сульфатвосстанавливающей бактерии Z-7935, выделенной ранее из
щелочного озера Магади (Кения);
-
Исследование распространения АСРБ в содовых озерах Тувы (Центральная Азия);
-
Выделение чистых культур и описание новых штаммов АСРБ из содовых озер Тувы.
-
Выяснение возможности участия СРБ в стоке Нг в алкалофильном сообществе.
Научная новизна: впервые проведено исследование АСРБ.
Исследована и описана первая алкалофильная сульфатвос-станавливающая бактерия из оз. Магади, составившая новый род и вид Desulfonatronovibrio hydrogenovorans, способная использовать исключительно Нг и формиат в качестве доноров электронов. Этот род занимает самостоятельную ветвь дельта-подкласса Proteobacteria.
Из содовых озер Тувы (Центральная Азия) выделены в чистые культуры новые штаммы облигатно алкалофильных сульфатвос-станавливающих бактерий, в том числе и Desulfonatronovibrio hydrogenovorans. Таким образом установлено широкое географическое распространение Desulfonatronovibrio hydrogenovorans и подтвержден таксономический статус нового рода. В то же время, из озера Хадын (Тува) выделена новая алкалофильная сульфатвос-станавливающая бактерия штамм Z-7951, отличающаяся от D. hydrogenovorans морфологически и способностью использовать кроме Иг и формиата еще и этанол. Штамм Z-7951 по результатам ДНК-ДНК гомологии имеет низкий процент сходства с D.hydrogenovorans и представляет самостоятельный таксон.
При изучении СРБ из содовых озер Тувы с разным гидрохимическим составом было установлено, что доминирующими формами в них являются Нг - использующие алкалофильные сульфатвосстанавли-вающие бактерии, развивающиеся в диапазоне рН 8-Ю и солености 0-15% NaCI. Показано, что в этих условиях алкалофильные сульфатвос-станавливающие бактерии являются главными агентами, отвечающими за сток Нг в системе.
Научно-практическая значимость. Полученные результаты расширяют представление о разнообразии и экологическом значении СРБ в природе. Выделенные бактерии представляют интерес для биотехнологических исследований, связанных с применением солеустойчивых и устойчивых к высоким рН ферментам.
Апробация работы. Материалы диссертации доложены на заседании Отдела Микробных Сообществ (ИНМИ РАН), конференции "Автотрофные микроорганизмы" (МГУ, 1996) и на IV международном симпозиуме по программе "Эксперимент Убсу-Нур" г.Кызыл, 15-18 августа 1995.
Публикации. По материалам диссертации опубликованы 4 работы, 1- в печати, 1- представлена в печать.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, экспериментальной части, заключения, выводов и списка литературы. Материалы изложены на 120 страницах, включая 9 таблиц и 22 рисунков. Список литературы содержит 50 отечественных и 150 иностранных наименований.
Автор выражает особую признательность м.н.с. Л.Е.Дулову, к.б.н. А.М.Лысенко, д.б.н. М.А.Пушевой, к.б.н. В.В.Кевбрину, д.б.н. Е.А.Бонч-Осмоловской, м.н.с. Е.Н.Детковой, н.с. Н.А.Кострикиной за помощь на определенных этапах работы, а также глубокую благодарность научному руководителю д.б.н. Т.Н. Жилиной и зав. лаб. Реликтовых Сообществ проф. Г.А. Заварзину за предложенную тему и общее научное руководство.