ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 06.04.2021
Просмотров: 581
Скачиваний: 1
19
Совокупность
физиологических
и
молекулярно
-
биологических
характеристик
штаммов
Pr1
и
Pr2
T
,
позволяет
штамм
Pr2
Т
отнести
к
новому
виду
«
Methanosarcina
porcellina
Pr2
T
» sp. nov.,
а
штамм
Pr1
является
референтным
штаммом
вида
«
Methanosarcina porcellina
Pr1».
Сравнительные
характеристики
штаммов
Pr1, Pr2
Т
и
Methanosarcina lacustris
ZS
Т
приведены
в
таблице
4.
На
сегодняшний
день
из
природных
мест
обитания
выделены
и
описаны
10
видов
психрофильных
и
психроактивных
метаногенов
.
Из
них
3
психроактивных
вида
,
принадлежащих
к
роду
Methanosarcin
а
: Methanosarcina baltica
,
Methanosarcina lacustris
и
Methanosarcina
soligelidi.
Нами
был
выделен
из
антропогенного
места
обитания
и
описан
новый
психроактивный
вид
этого
рода
«
Methanosarcina
porcellina
Pr2
T
» sp. nov.
и
его
референтный
штамм
«
Methanosarcina
porcellina
Pr1».
6.2.
Выделение
и
определение
филогенетического
положения
Sphaerochaeta
sp.
штамм
PS
Спутником
обоих
штаммов
метаносарцин
(Pr1
и
Pr2
T
)
была
кокковидная
бактерия
с
полиморфной
морфологией
(
рис
. 12
а
),
которая
росла
на
гликокаликсе
метаносарцин
(
рис
. 12
б
).
а
б
Рис
. 12.
Микрофотография
Sphaerochaeta
sp.
штамм
PS
в
чистой
культуре
(
а
)
и
в
культуре
Methanosarcina
sp.
штамм
Pr1 (
б
).
Шкала
10
мкм
.
Методом
серийных
разведений
накопительных
культур
метаносарцин
на
среде
с
мальтозой
и
дрожжевым
экстрактом
была
выделена
чистая
культура
этой
бактерии
-
спутника
.
Сравнение
нуклеотидных
последовательностей
гена
16S
рРНК
бактерии
-
спутника
с
базой
данных
показало
,
что
она
принадлежит
к
новому
виду
рода
Sphaerochaeta
и
20
имеет
96%
сходства
с
геном
16S
рРНК
S. pleomorpha -
ближайшим
родственным
микроорганизмом
(
рис
. 13).
Род
Sphaerochaeta
включает
в
себя
три
вида
:
S
.
globosa
,
S. pleomorpha
и
S.
с
occoides
(
перенесенную
недавно
из
рода
Spirochaeta
,
бывший
вид
Spirochaeta
с
occoides
).
Штамм
Sphaerochaeta
sp. PS
был
депонирован
в
международных
коллекциях
под
номерами
DSM 26296
и
VKM B-2809.
Рис
. 13.
Филогенетическое
положение
Sphaerochaeta
sp.
штамма
PS
на
основании
сравнения
нуклеотидных
последовательностей
гена
16S
рРНК
.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В
связи
с
постоянно
ухудшающейся
экологической
обстановкой
на
планете
и
возрастающей
необходимостью
утилизации
отходов
,
необходимо
изучение
функционирования
микробных
сообществ
антропогенных
мест
обитания
для
уменьшения
негативного
влияния
промышленных
и
бытовых
загрязнений
и
регулирования
работы
очистных
сооружений
.
Для
изучения
была
использована
21
микробная
биомасса
из
двух
антропогенных
мест
обитания
,
функционировавших
при
пониженных
температурах
–
анаэробного
низкотемпературного
EGSB
биореактора
,
разлагавшего
ЛЖК
(
ацетат
,
пропионат
,
бутират
)
при
температуре
3-12°
С
и
навозохранилища
свинофермы
,
на
дне
которого
среднегодовая
температура
не
превышала
10°
С
.
Способность
микробного
сообщества
адаптироваться
к
изменениям
окружающей
среды
зависит
от
физиологических
свойств
каждого
члена
сообщества
в
отдельности
и
от
сбалансированности
работы
сообщества
в
целом
.
Исследование
метаболической
устойчивости
биомассы
анаэробного
EGSB
биореактора
показало
,
что
в
сообществе
,
несмотря
на
длительную
адаптацию
к
низким
температурам
,
присутствуют
как
психроактивные
,
так
и
мезофильные
микроорганизмы
.
При
длительном
культивировании
в
мезофильных
условиях
психроактивные
свойства
биомассы
утрачиваются
,
однако
кратковременное
культивирование
(1.5-2
месяца
)
при
температуре
30°
С
даже
улучшает
последующее
функционирование
психроактивной
микробной
биомассы
при
температуре
10°
С
.
Для
определения
микробного
состава
и
физиологических
свойств
микроорганизмов
,
участвующих
в
окислении
пропионата
и
бутирата
при
низкой
температуре
,
из
исходной
биомассы
EGSB
биореактора
,
содержавшей
от
нескольких
десятков
до
нескольких
сотен
видов
микроорганизмов
,
были
получены
консорциумы
отдельно
на
пропионате
и
бутирате
,
содержавшие
5-7
микроорганизмов
,
непосредственно
участвовавших
в
окислении
конкретной
ЛЖК
.
Следует
отметить
,
что
подавляющее
число
синтрофных
бактерий
способны
окислять
либо
пропионат
,
либо
бутират
.
В
результате
исследования
температурных
диапазонов
роста
консорциумов
было
выявлено
,
что
пропионат
-
окисляющий
консорциум
обладал
более
низкой
оптимальной
температурой
по
сравнению
с
бутират
-
окисляющим
.
По
-
видимому
,
пропионат
-
окисляющая
синтрофная
бактерия
имела
более
низкие
пределы
температуры
роста
,
чем
бутират
-
окисляющая
.
Микроскопирование
показало
,
что
в
пропионат
-
окисляющем
консорциуме
было
больше
клеток
гидрогенотрофного
метаногена
Methanospirillum
,
а
в
бутират
-
окисляющем
–
ацетокластического
метаногена
Methanosaeta.
Такое
соотношение
соответствует
стехиометрии
реакций
окисления
пропионата
и
бутирата
.
В
первом
случае
образуется
больше
водорода
и
меньше
ацетата
,
а
во
втором
–
наоборот
.
Очевидно
,
что
для
функционирования
при
температуре
10°
С
члены
консорциума
должны
быть
психроактивными
.
Анализ
архейной
составляющей
консорциумов
методом
ДГГЭ
показал
присутствие
трех
видов
метаногенов
с
98-100%
сходства
последовательностей
генов
16S
рРНК
с
Methanosaeta
,
Methanomethylovorans
и
97.5%
сходства
с
геном
Methanospirillum
.
Выделенный
нами
штамм
Methanospirillum
sp.
22
оказался
психроактивным
(
способен
расти
при
температуре
5-10°
С
).
Он
был
описан
нами
как
новый
вид
Methanospirillum stamsii
Pt1
Т
.
При
анализе
бактериальной
составляющей
консорциумов
методом
ДГГЭ
,
нами
были
обнаружены
последовательности
генов
16S
рРНК
представителей
типов
Firmicutes
,
Proteobacteria
,
Bacteroidetes
,
Spirochaetes
,
что
характерно
для
биомассы
анаэробных
биореакторов
,
в
том
числе
низкотемпературных
(Grabowsky et al., 2005;
McKeon et al., 2009).
Полученные
последовательности
генов
16S
рРНК
,
имели
отдаленное
родство
с
последовательностями
генов
пропионат
-
окислящей
бактерии
Smithella propionica
(97%),
бутират
-
окисляющей
бактерии
Syntrophomonas bryantii
(96%),
сахаролитическими
бактериями
Macellibacteroides fermentans
(98%)
и
Acetivibrio
multivorans
(81%).
Кроме
того
,
секвенированием
генов
16S
рРНК
было
установлено
,
что
консорциумы
содержали
бактерии
,
сходные
с
некультивируемыми
до
настоящего
времени
бактериями
.
Интересно
,
что
многие
из
них
были
обнаружены
в
различных
низкотемпературных
природных
(
Арктика
,
Антарктика
)
и
антропогенных
(
психрофильные
анаэробные
биореакторы
,
низкотемпературное
нефтяное
хранилище
)
местах
обитания
.
Чрезвычайно
важным
является
выделение
в
будущем
обнаруженных
бактерий
(
и
синтрофов
,
и
их
спутников
)
в
чистые
культуры
.
Среди
них
могут
оказаться
совершенно
новые
психроактивные
бактерии
.
Из
второго
низкотемпературного
антропогенного
источника
–
свиного
навоза
,
был
выделен
и
описан
новый
психроактивный
вид
«
Methanosarcina porcellina
Pr2
T
» sp. nov.
и
штамм
Pr1
являющийся
референтным
штаммом
вида
«
Methanosarcina porcellina
Pr1».
Штаммы
Pr1
и
Pr2
T
были
отнесены
к
новому
виду
«
Methanosarcina porcellina
»,
несмотря
на
99.9%
сходства
последовательностей
их
генов
16S
рРНК
с
геном
Methanosarcina lacustris
ZS
Т
,
так
как
ДНК
-
ДНК
-
гибридизация
этих
штаммов
с
Methanosarcina lacustris
ZS
Т
показала
53
и
42%,
соответственно
,
а
друг
с
другом
79%.
Известно
,
что
несколько
изолятов
метаногенов
при
99-100%-
ном
сходстве
последовательностей
генов
16S
рРНК
были
отнесены
к
новым
видам
на
основании
данных
ДНК
-
ДНК
гибридизации
(Singh et al., 2005; Krivushin et al., 2010; Wagner, 2013)
и
некоторых
физиологических
различий
.
Новый
метаноген
и
его
референтный
штамм
–
первые
психроактивные
штаммы
,
выделенные
из
антропогенного
источника
,
а
не
природного
местообитания
.
Выделенная
бактерия
–
спутник
«
Methanosarcina porcellina
Pr1»,
также
оказалась
новым
видом
рода
Sphaerochaeta
sp.
штамм
PS.
Таким
образом
,
нами
установлено
,
что
в
холодных
условия
идет
длительный
,
но
устойчивый
процесс
разложения
органического
вещества
сложным
сообществом
микроорганизмов
,
многие
из
которых
принадлежат
к
новым
таксонам
.
Знания
об
этих
23
сообществах
и
микроорганизмах
необходимы
для
понимания
функционирования
низкотемпературных
природных
и
антропогенных
микробных
экосистем
.
ВЫВОДЫ
1.
Изучение
метаболической
устойчивости
психроактивного
синтрофного
ЛЖК
-
окисляющего
сообщества
анаэробного
биореактора
к
временному
изменению
температуры
культивирования
показало
,
что
оно
устойчиво
к
непродолжительному
(1.5-2
месяца
)
культивированию
при
30°
С
,
которое
способствует
приросту
психроактивных
микроорганизмов
и
повышает
их
активность
при
последующем
переносе
на
10°
С
.
При
более
длительном
культивировании
при
30
о
С
мезофильные
микроорганизмы
,
вероятно
,
замещают
психроактивные
.
Для
ускорения
накопления
психроактивного
инокулята
к
запуску
низкотемпературных
биореакторов
может
быть
использовано
только
непродолжительное
повышение
температуры
.
2.
Получены
устойчивые
психроактивные
метаногенные
консорциумы
,
разлагающие
пропионат
и
бутират
,
и
показаны
различия
в
таксономической
принадлежности
составляющих
их
бактерий
,
большинство
из
которых
принадлежит
к
новым
таксонам
.
3.
В
пропионат
-
и
бутират
-
окисляющих
консорциумах
присутствуют
одни
и
те
же
психроактивные
метаногенные
археи
–
представители
родов
Methanosaeta
,
Methanospirillum
и
Methanomethylovorans.
Различия
в
количестве
гидрогенотрофных
и
ацетокластических
метаногенов
в
консорциумах
соответствовали
стехиометрии
реакций
окисления
(
количеству
образующихся
водорода
и
ацетата
при
окислении
пропионата
или
бутирата
).
4.
Из
психроактивных
синтрофных
консорциумов
,
полученных
из
гранулированного
активного
ила
анаэробного
реактора
,
работавшего
при
4-12
о
С
,
выделен
и
описан
первый
психроактивный
гидрогенотрофный
метаноген
рода
Methanospirillum
-
Methanospirillum stamsii
sp. nov. c
типовым
штаммом
Pt1
Т
(=DSM
26304
T
, =VKM B-2808
T
)
5.
Впервые
из
антропогенного
источника
–
придонной
части
открытого
заглубленного
навозохранилища
свинофермы
,
выделены
и
описаны
два
штамма
психроактивных
метаногенов
,
представляющих
новый
вид
«
Methanosarcina porcellina
»
sp. nov.
с
типовым
штаммом
Pr2
T
(=DSM 15218
Т
, = VKM B-2806
Т
).
6.
Выделен
бактериальный
спутник
психроактивной
метаносарцины
Methanosarcina
porcellina
Pr1
T
–
Sphaerochaeta
sp.
штамм
PS,
который
является
представителем
нового
вида
рода
Sphaerochaeta
(=DSM 26296, =VKM B-2809)