Новые экстремофильные анаэробные бактерии, восстанавливающие соединения серы и железа

• Автор: Рыжманова, Яна Владимировна
• Шифр специальности: 03.02.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Пущино
• Количество страниц: 113 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение

Обзор литературы

Глава 1. Биоразнообразие сульфатвосстанавливающих бактерий в экстремальных местах обитания

1.1. Характеристика сульфатвосстанавливающих бактерий

1.1.1. Особенности конструктивного и энергетического обмена СВБ

1.1.2. Филогения сульфатвосстанавливающих прокариот

1.1.3. Экология и распространение сульфатвосстанавливающих бактерий

1.1.4. Методы детекции и анализа популяций сульфатредукторов

1.2. Распространение и активность сульфатвосстанавливающих бактерий в экосистемах содовых озер

1.3. Сульфатвосстанавливающие бактерии многолетнемерзлых отложений

полярных областей
Глава 2. Алкалофильное микробное сообщество содовых озер
2.1. Содовые озера: происхождение и распространение
2.2. Содовые озера Забайкалья
2.3. Первичная продукция органического вещества в содовых озерах
2.4. Начальные этапы разложения органического вещества в содовых озерах
2.5. Терминальная стадия деструкции органического вещества
2.6. Микробное восстановление железа в содовых озерах
Заключение по обзору литературы
Глава 3. Материалы и методы исследования
3.1 Районы и объекты исследования
3.2. Среды и условия культивирования
3.3. Микробиологические методы учета численности бактерий
3.4. Методы контроля чистоты культур
3.5. Микроскопические методы исследования
3.6. Изучение физиолого-биохимических свойств изолятов
3.7. Спорообразование
3.8. Аналитические методы

3.8.1. Определение продуктов брожения и окисления
3.8.2. Определение сероводорода
3.8.3. Определение десульфовиридина, цитохромов и менахинонов
3.8.4. Определение ионов двухвалентного железа
3.8.5. Анализ жирнокислотного состава клеток
3.9. Молекулярно-генетические методы
3.9.1. Выделение хромосомной ДНК
3.9.2. Определение содержания Г+Ц пар в ДНК
3.9.3. ДНК-ДНК гибридизация
3.9.4. Разработка праймеров in silico
3.9.5. Полимеразная цепная реакция
3.9.6. Секвенирование
3.9.7. Филогенетический анализ
Глава 4. Результаты и обсуждение
4.1. Определение численности бактерий в криопэгах полуострова Ямал
4.2. Психротолерантный сульфатредуктор из арктического криопэга
4.3. Обнаружение сульфатвосстанавливающих бактерий в содовых озерах Соленое и Сульфатное
4.4. Определение численности сульфатредукторов в содовых озерах
4.5. Новые анаэробные бактерии содовых озер
4.5.1. Сульфатвосстанавливающие бактерии
4.5.2. Выделение и характеристика анаэробной алкалофильной протеолитической бактерии
4.6. Восстановление Fe(III) сульфатвосстанавливающими бактериями в щелочных условиях
4.7. Новые виды анаэробных бактерий
Заключение
Выводы
Список сокращений
Список литературы

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы. К настоящему времени известным фактом является участие микроорганизмов в природных биогеохимических циклах. Анаэробные микроорганизмы принимают участие в процессах восстановления соединений переменновалентных элементов, к которым относятся сера и железо. Сульфатвосстанавливающие прокариоты - это обширная группа микроорганизмов, объединяющая археи и бактерии, представители которой способны, кроме соединений серы, восстанавливать соединения железа, марганца, мышьяка, хрома и других элементов. Сульфатредукторы населяют различные экосистемы и хорошо адаптированы к экстремальным условиям существования.
Несмотря на общепринятое представление о низких скоростях биохимических реакций, идущих при пониженных температурах, глобальный вклад низкотемпературных микробных сообществ может быть очень значительным, учитывая масштабы занимаемых ими территорий. В последнее время интерес к микроорганизмам холодных экосистем активизировался еще и в связи с угрозой глобального потепления, в случае которого огромное количество захороненного органического вещества окажется вновь вовлеченным в биогеохимические циклы с участием присутствующей микрофлоры. Все перечисленные факторы обусловили активное развитие относительно новой области микробиологии - исследования холодоустойчивых микроорганизмов и микробных сообществ (Cowan et al., 2002; Deming, 2002; Priscu et al., 2004; Rivkina et al., 2004; Trotsenko et al., 2005; Steven et al., 2006). Уникальной экологической нишей являются криопэги - закрытые водные системы морского происхождения, залегающие в мерзлых толщах возрастом 6-120 тысяч лет на глубине нескольких десятков метров в виде линз хлоридио-натриевых вод, характеризующиеся постоянной отрицательной температурой и высокой минерализацией (60-300 г/л) (Gilichinsky et al., 2005). Как показали исследования последнего десятилетия, криопэги являются местом обитания психрофильных, психротрофных и галофильных микроорганизмов. Арктические криопэги

Заключение по обзору литературы
Содовые озера обладают уникальным разнообразием галоалкалофильных бактерий и архей. Многочисленные исследования показали, что современные алкалофильные сообщества содовых озер содержат все основные функциональные группы организмов и могут существовать автономно за счет замкнутости трофических цепей и биогеохимических циклов основных биогенных элементов.
Сульфатвосстанавливающие бактерии содовых озер занимают доминирующую позицию деструкторов органического вещества на заключительном этапе в анаэробных условиях, что обусловлено избытком сульфата и нахождением серы в доступной полисульфидной форме (НгБ,,). Численность этой группы бактерий в содовых озерах достигает 108 кл/мл, скорость сульфатредукции также имеет высокие значения (до 1426 рмоль/дм3-день-1), что подтверждает большую активность СВБ в щелочных экосистемах. Среди представителей СВБ, выделенных в чистые культуры, а также идентифицированных с помощью молекулярных методов, в экосистемах содовых озер четко определяется доминирование трех родов алкалофильных сульфатредукторов, а именно Веяи^опаН-опоу/Ьпо, Веяи^опа1гоп ит и ВетЦопаЬ-опоьрЪ'а, по всей видимости, наиболее хорошо адаптированных к экстремальным условиям жизни в содовых озерах.
В многолетнемерзлых отложениях полярных областей и криопэгах численность сульфатвосстанавливающих бактерий достигает 10б кл/мл. СВБ этих экосистем являются активным компонентом микробного сообщества и проявляют активность даже при отрицательных температурах, что указывает на существенный вклад в глобальный круговорот веществ и биогеохимические процессы, учитывая, что огромные площади земной поверхности круглогодично находятся при температурах не выше 5°С.
Несомненно, щелочные и холодные экосистемы, населенные экстремофилами, представляют огромную ценность для биотехнологий в связи с продукцией ферментов (“экстремозимов”), активных при высоких значениях pH