Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Фенотипическое разнообразие и функциональный потенциал метано- и метилотрофных бактерий семейства Beijerinckiaceae Воробьев Алексей Викторович

Фенотипическое разнообразие и функциональный потенциал метано- и метилотрофных бактерий семейства Beijerinckiaceae
<
Фенотипическое разнообразие и функциональный потенциал метано- и метилотрофных бактерий семейства Beijerinckiaceae Фенотипическое разнообразие и функциональный потенциал метано- и метилотрофных бактерий семейства Beijerinckiaceae Фенотипическое разнообразие и функциональный потенциал метано- и метилотрофных бактерий семейства Beijerinckiaceae Фенотипическое разнообразие и функциональный потенциал метано- и метилотрофных бактерий семейства Beijerinckiaceae Фенотипическое разнообразие и функциональный потенциал метано- и метилотрофных бактерий семейства Beijerinckiaceae
>

Диссертация, - 480 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Воробьев Алексей Викторович. Фенотипическое разнообразие и функциональный потенциал метано- и метилотрофных бактерий семейства Beijerinckiaceae : диссертация ... кандидата биологических наук : 03.00.07 / Воробьев Алексей Викторович; [Место защиты: Ин-т микробиологии им. С.Н. Виноградского РАН].- Москва, 2009.- 129 с.: ил. РГБ ОД, 61 10-3/5

Введение к работе

Актуальность проблемы.

Аэробные метано- и метилотрофные бактерии - это уникальные группы прокариотных микроорганизмов, способных использовать метан и его одноуглеродные производные в качестве единственного источника углерода и энергии (Sohngen, 1906; Anthony, 1982; Whittenbury, Krieg, 1984; Hanson, Hanson, 1996; Bowman, 2000; Гальченко, 2001; Lidstrom, 2006). Ключевым ферментом метанотрофов является метанмонооксигеназа (ММО), катализирующая окисление СН4 до СН3ОН и существующая в двух формах - мембранной (мММО) и растворимой (рММО). Окисление метанола до формальдегида осуществляется другим ключевым ферментом - метанолдегидрогеназой (МДГ), которым обладают как метанотрофы, так и метилотрофные бактерии. Эти микроорганизмы формируют естественный бактериальный фильтр, регулирующий поступление метана в атмосферу, а также определяют баланс С і-соединений в природных экосистемах (Заварзин, 1979, 1984; Conrad, 1996).

Метилотрофия широко распространена среди представителей различных филогенетических групп домена Bacteria, тогда как способность к росту на метане на настоящий момент выявлена лишь у организмов двух групп, Proteobacteria и Verrucomicrobia (Hanson, Hanson, 1996; Op den Camp et al., 2009). Метанотрофные Verrucomicrobia открыты недавно, и сведения об их биологии пока ограничены. Гораздо лучше изучены метанотрофные представители Proteobacteria, формирующие филогенетически тесные кластеры в пределах Alpha- и Gammaproteobacteria и не обнаруживающие близкого родства с гетеротрофными бактериями. Единственным исключением является семейство Beijerinckiaceae класса Alphaproteobacteria, которое объединяет умеренно ацидофильные, аэробные бактерии с различными типами метаболизма - гетеротрофов, метано- и метилотрофов. С момента формирования (Alston, 1936; Starkey et al., 1939) и до недавнего времени все представители этого семейства считались гетеротрофными азотфиксаторами, использующими широкий спектр органических соединений. Эти представления изменились после описания умеренно ацидофильных метанотрофных бактерий родов Methylocella и Methylocapsa, которые оказались ближайшими филогенетическими родственниками гетеротрофов рода Beijerinckia (Dedysh et al., 2000, 2002). Единственный описанный представитель рода Methylocapsa, Methylocapsa acidiphila, является облигатным метанотрофом, обладающим мММО. Род Methylocella ныне насчитывает три вида, М. palustris, М. silvestris и М. tundrae (Dedysh et al., 2000, 2004, Dunfield et al., 2003), представители которых, в отличие от остальных ныне известных метанотрофов, обладают одной только рММО. Еще одной уникальной для метанотрофов особенностью бактерий рода Methylocella является их способность к росту не только на С і-соединениях, но и на ацетате, пирувате, сукцинате, малате и этаноле (Dedysh et al., 2005а; Theisen et al., 2005). Представления о метаболическом потенциале бактерий рода Beijerinckia также были пересмотрены после выявления у В. mobilis способности к автотрофной

метилотрофии (Dedysh et al., 20056). Итак, в настоящий момент семейство Beijerinckiaceae включает в себя истинных гетеротрофов, облигатных метанотрофов, а также организмы с различными типами "промежуточного" метаболизма -факультативных метано- и метилотрофов.

Применение молекулярных подходов для изучения экологии микроорганизмов выявило чрезвычайно широкое распространение представителей Beijerinckiaceae. Это объясняется тем, что большинство наземных экосистем Северного полушария характеризуются кислой реакцией среды, к которой хорошо адаптированы организмы этого семейства. Нуклеотидные последовательности генов 16S рРНК представителей Beijerinckiaceae были обнаружены в лесных почвах и почвах агроценозов, в болотах различных типов, а также в покрывающих почвах свалок (Radajewski et al., 2000, 2002; Morris et al., 2002; Knief et al., 2003; Raghoebarsing et al., 2005; Lau et al., 2007; Cebron et al., 2007; Chen et al., 2007, 2008). Анализ этих последовательностей, однако, не позволяет сделать однозначных заключений о метаболическом типе тех организмов, которым они принадлежат, из-за гетерогенности этой группы бактерий. Количество культивируемых метилотрофных представителей этого семейства также очень мало, что объясняется, в частности, сложностью работы по их выделению.

Таким образом, микробные агенты окисления Сі-соединений в кислых наземных экосистемах остаются изучены недостаточно. Устранению этого пробела было посвящено настоящее исследование, направленное на расширение спектра культивируемых метано- и метилотрофных представителей семейства Beijerinckiaceae и изучению их метаболического потенциала и особенностей биологии.

Цели и задачи исследования.

Цель работы - изучение фенотипического и филогенетического разнообразия метано- и метилотрофных бактерий семейства Beijerinckiaceae и выявление различий в метаболическом потенциале и экологических стратегиях бактерий этой группы. Для достижения этой цели нами были поставлены следующие задачи:

  1. Получение новых изолятов метано- и метилотрофных бактерий семейства Beijerinckiaceae, изучение их физиологии, спектра используемых субстратов, а также составление полной таксономической характеристики этих бактерий.

  2. Определение функционального потенциала и ростовых характеристик облигатно- и факультативно- метанотрофных представителей семейства Beijerinckiaceae для выявления различий экологических стратегий, используемых этими организмами.

  3. Оценка роли факультативных метанотрофов в общей структуре бактериального метанокисляющего фильтра болотных экосистем.

Научная новизна и значимость работы.

Значительно расширено разнообразие культивируемых представителей семейства Beijerinckiaceae с метано- и метилотрофными типами метаболизма.

Показано, что эти бактерии широко распространены в наземных экосистемах с кислой реакцией среды. Впервые выявлен существенный вклад факультативных метанотрофов в общую метанокисляющую активность торфа сфагновых болот.

Описан и узаконен новый род и вид облигатно ацидофильных метилотрофных бактерий семейства Beijerinckiaceae -Methylovirgula ligni gen. nov., sp. nov. Два новых таксона факультативно метанотрофных бактерий семейства Beijerinckiaceae -'Methyloferula sphagni' gen. nov., sp. nov. и 'Methylocapsa aurea' sp. nov. находятся в процессе узаконивания. Типовые штаммы этих бактерий депонированы в международных коллекциях микроорганизмов DSMZ, NCIMB, LMG и ВКМ.

Практическая значимость.

Показано широкое распространение факультативной метанотрофии в микробном мире, что вносит коррективы в ранее принятое представление о том, что доступность СН4 является единственным энергетическим фактором, регулирующим процессы его микробного окисления в природе.

Существенно дополнена база данных нуклеотидных последовательностей генов 16S рРНК, ртоА, ттоХ, mxaF и nifli метилотрофных бактерий, которая может быть использована для разработки молекулярных методов детекции этих микроорганизмов, основанных на использовании ПЦР или микрочипов.

Получены новые культуры ацидофильных метанотрофных микроорганизмов, обладающих растворимой формой ММО, имеющих хороший потенциал для применения в биотехнологии очистки кислых природных сред от загрязнения галогенированными алканами и ароматическими углеводородами.

Апробация работы.

Материалы диссертации доложены и обсуждены на международных и российских конференциях и симпозиумах:

  1. Международной молодежной школе-конференции «Актуальные аспекты современной микробиологии: III Международная молодежная школа-конференция», Москва, ИНМИ РАН, 2007.

  2. 12th International Symposium on Microbial Ecology, Cairns, Australia. August 17-22, 2008.

  3. XVI международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов», Москва, МГУ, 2009.

  4. 3th Congress of European microbiologists. Gothenburg, Sweden, June 28 - July 2, 2009.

Публикации.

Материалы диссертации содержатся в 7 печатных работах: 2 экспериментальных статьях и 5 тезисах.

Объем и структура диссертации.

Похожие диссертации на Фенотипическое разнообразие и функциональный потенциал метано- и метилотрофных бактерий семейства Beijerinckiaceae