Реактивация гетеротрофных бактерий микробных сообществ мерзлых подпочвенных отложений и погребенных почв

• Автор: Кряжевских, Наталья Александровна
• Шифр специальности: 03.02.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 220 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
1. Криопедосфера и мерзлотные подпочвенные отложения
1.1 Компоненты криосферы Земли и численность бактерий в них
1.2 Параметры окружающей среды
1.2.1 Температурный режим
1.2.3 Фазовые состояния воды в мерзлоте
1.2.3 Окислительно-восстановительный потенциал
1.2.4 Газы мерзлоты
1.2.5 Возраст и радиация
1.3 Микробиота мерзлотных экосистем
1.3.1 Биоразнообразие выживающих организмов
1.3.2 Роль микробных сообществ мерзлотных экосистем в циклах С, N и Б
1.4 Ферментативная активность вечномёрзлых отложений
2. Погребённые почвы
2.1 Условия консервации и диагенез погребённых почв
2.2 Микробиота погребённых подкурганных палеопочв
2.2.1 Биоразнообразие
2.2.2 Погребённые микробные сообщества - важный инструмент палеоэкологических реконструкций
2.3 Ферментативная активность подкурганных палеопочв
2.4 Важность изучения древних микробных сообществ, законсервированных в вечномёрзлых отложениях и погребённых почвах
3. Механизмы выживания бактерий в неростовых условиях
3.1 Условия консервации
3.2 Стрессоустойчивость микроорганизмов, обеспеченная адаптационным
потенциалом
3.2.1 Альтернативные сигма-факторы
3.2.2 Белки теплового шока
3.2.3 Белки холодового шока
3.2.4 Редокс контроль
3.2.5 БОБ-ответ
3.2.6 Роль микробных ауторегуляторных факторов при стрессовом воздействии
3.3 Ультрамелкие клетки
3.4 Механизмы и формы покоя
3.4.1 Покоящиеся формы неспорообразующих бактерий
3.4.2 Регуляция образования ПФ ауторегуляторными факторами
3.4.2 Реактивация покоящихся форм
3.5 Диссоциативная активность микроорганизмов

3.5.1 Генотипические модификации и фенотипическая диссоциация
3.5.2 Физиолого-биохимические особенности диссоциантов
3.5.3 Влияние внешних условий на процесс диссоциации
3.5.4 Фенотипическая диссоциация и состояние покоя
3.5.4 Метод МАЬОПТОГ МБ как инструмент идентификации диссоциантов
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
3.1. Реактивация покоящихся и некультивируемых форм бактерий из древних погребённых почв и мёрзлых подпочвенных отложений
3.1.1 Жизнеспособность бактерий микробных сообществ в образцах мёрзлых отложений, современных и погребённых почв
3.1.2 Реактивация покоящихся и некультивируемых клеток бактерий коллекционных штаммов
3.1.3 Реактивация клеток аэробной гетеротрофной бактериальной компоненты микробных сообществ мёрзлых подпочвенных отложений и погребённых почв
3.1.4 Влияние микробных ауторегуляторов на физиологический статус клеток почвенных бактериальных сообществ
3.1.5 Оценка разнообразия и численности бактерий в образцах мёрзлых отложений методом ИБН
3.2 Регуляция ферментативной активности мёрзлых отложений, погребённых и современных почв
3.2.1 Определение нативной биологической активности палеопочв и современных фоновых почв
3.2.2 Регуляция активности модельного фермента (3-амилазы
3.2.3 Регуляция амилолитической активности палеопочв
3.3 Изучение адаптационного потенциала изолятов из вечномёрзлых осадочных пород
3.3.1 Идентификация мерзлотных изолятов бактерий
3.3.2 Ростовые и физиолого-биохимические характеристики изолятов из вечномёрзлых отложений АпИгоЪаМег охуАат и АстеТоЬаМег 1м>о/Ал и их коллекционных аналогов
3.3.3 Образование покоящихся форм изолятами из вечномёрзлых отложений АпкгоЬаМег охус1ат и АстеюЬааег wofjii и их коллекционными аналогами
3.3.4 Популяционная вариабельность
3.4 Протеомный анализ клеток бактерий методом МАГАЛ-ТОБ МБ для индикации внутрипопуляционных диссоциантов бактерий
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы. Мёрзлые подпочвенные отложения и погребённые подкурганные почвы, которые рассматриваются как закрытые, а ранее активно функционирующие системы, являются природными резервуарами длительно (тыс. - млн. лет) законсервированных сообществ микроорганизмов, хранилищами древних генов и биомолекул [Gilichinsky et al., 2008; Margesin, 2009; Демкина с соавт., 2010 б]. Хотя в последнее время наблюдается концентрация внимания микробиологов и специалистов смежных дисциплин на изучении выживания микроорганизмов в этих уникальных местообитаниях [Vorobyova et al., 1997; Willerslev et al., 2004; Vishnivetskaya et al., 2006; Марфенина с соавт., 2009; Zhang et al., 2013], способы длительного сохранения жизнеспособности бактерий в неростовых условиях изучены недостаточно.
Вечная мерзлота и погребённые почвы отличаются как генезисом, так и
условиями хранения микробных сообществ [Демкин, 1997; Gilichinsky et al.,
2008], что может сказываться на механизмах и формах выживания, а также на
свойствах выживших организмов. Эти механизмы должны быть связаны со
стрессоустойчивостью клеток; образованием метаболически неактивных
(анабиотических) покоящихся форм; способностью к лабильному изменению
диссоциативного спектра популяции, аккумулирующему ее адаптационный
потенциал [Loewen et al., 1994; Storz et al., 2000; Бухарин с соавт., 2005; Rando
et al., 2007; Zgur-Bertok et al., 2007]. Способность микроорганизмов переходить
в неростовых условиях в покоящееся состояние реализована полиморфизмом
покоящихся форм (ПФ), в том числе дормантных некультивируемых клеток
(НК) [Эль-Регистан с соавт., 1988; 2006; Kaprelyants et al., 1996; Мулюкин с
соавт., 2009 а]. Для природных субстратов это подтверждается расчетами
соотношений активной и суммарной микробной биомассы в палео- и
современных почвах [Хомутова с соавт., 2004], а также данными прямого
электронно-микроскопического анализа образцов вечной мерзлоты,
показавшими, что подавляющая часть бактерий находится в виде

С И Ч
Рисунок 1. Строение кургана и схема его вскрытия при археологических исследованиях [Демкин, 1997].
2.1 Условия консервации и диагенез погребённых почв
Достоверность палеоэкологических реконструкций при сравнительном изучении разновозрастных погребённых почв археологических памятников в значительной степени определяется сохранностью исходных свойств палеопочв. Однако, некоторые из них претерпевают определённые изменения, прежде всего обусловленные сменой условий, в которых находится почва. Такие изменения предложено называть «диагенезом» — изменением природного объекта при перекрытии геологическим материалом. Диагенез, в основном, затрагивает почвенные профили.
- Гумусовый профиль. При погребении к почвам прекращаются поступление растительного опада нисходящий вынос органического вещества и