Аэробные метанотрофные бактерии экстремальных экосистем

• Автор: Хмеленина, Валентина Николаевна
• Шифр специальности: 03.00.07
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Пущино
• Количество страниц: 216 с. : ил.

1.1. История развития метанотрофии как научного направления

1.2. Свойства метанотрофных бактерий.

1.2.1. Физиологобиохимические свойства и ультраструктура

1.2.2. Таксономическое разнообразие аэробных метанотрофов

1.2.3. Особенности метаболизма облигатных метанотрофов.

1.2.3.1. Энергетический метаболизм метанотрофов

1.2.3.2. Конструктивный метаболизм метанотрофов

1.2.3.3. Биохимическая основа облигатной метанотрофии

1.3. Методы детекции и анализа метанотрофных популяций.

1.4. Аэробные метано грофы экстремальных экосистем.

1.4.1. Метанотрофы гиперсоленых и щелочных экосистем.

1.4.2. Термофильные и тсрмотолсрантиыс метанотрофы.
1.4.3. Мстанотрофные бактерии психросферы
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.
2.1. Объекты исследования
2.2. Культивирование метанотрофов
2.3. Выделение накопительных и чистых культур метанотрофов.
2.4. Изучение физиологических свойств
2.5. Полярографические измерения
2.6. Изучение влияния ЫаС1 на потребление метана
2.7. Изучение морфологических и цитологических свойств метанотрофов.
2.8. Определение числа клеток метанотрофов
2.9. Изучение влияния ингибиторов и ионофоров на подвижность клеток.
2 Определение фосфолипидного состава клеток
2 Анализ жирнокислотного состава клеток.
2 Определение цитохромов
2 Определение убихинонов
2 Определение формиата
2 Идентификация органических осмолитов у метанотрофов.
2 Определение содержания воды в клетках.
2 Характеристика белков Бслоев.
2 Молекулярногенетические методы.
. Выделение и очистка препаратов ДНК
. Определение нуклеотидного состава ДНК и ДНКДНКгибридизация
. ПЦРамплификацня
. Выделение плазмидной ДНК
. Выделение РНК и ПЦР с обратной транскрипцией ОТПЦР.
. Клонирование генов биосинтеза эктоина.
2 Выделение белков аффинной металлхелатной хроматографией
2 Определение активности ферментов
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
ГЛАВА 3. МЕТАНОТРОФЫ СОЛЕНЫХ И ЩЕЛОЧНЫХ ВОДОЕМОВ
3.1. Потенциальная активность потребления метана
в соленых и щелочных водоемах.
3.2. Выделение чистых культур галофильных и алкалофильных метанотрофов
3.3. Таксономическое положение и физиологические свойства солезависимых метанотрофов.
3.4. Особенности метаболизма.
3.5. Особенности роста галоалкалофнльных метанотрофов на метаноле
3.6. Механизмы осмоадаптацин метанотрофов
3.6.1. Особенности ультраструктуры солезависимых метанотрофов.
3.6.2. Фосфолипидный и жирнокислотный состав клеток.
3.7. Осмопротскторы галофильных и галотолерантных метанотрофов.
3.7.1. Спектр совместимых растворимых веществ.
3.7.2. Пути биосинтеза осмопротекторов у метанотрофов.
3.7.3. Идентификация генов биосинтеза эктоина у Мт. ЫсаНрИИит 2.
3.8.4. Филогенетический анализ генов биосинтеза эктоина
3.7.5. Клонирование, очистка и характеристика ДАБацстилтрансферазы
Мт. ЫсаИрИИит
3.8. Биоэнергетические аспекты осмоадаптации метанотрофов.
ГЛАВА 4. УМЕРЕННО ТЕРМОФИЛЬНЫЕ МЕТАНОТРОФЫ.
4.1. Морфофизиологические особенности метанотрофов рода i
4.2. Особенности конструктивного метаболизма
4.3. Метанотрофы термальных источников
ГЛАВА 5. АЭРОБНЫЕ МЕТАНОТРОФЫ ХОЛОДНЫХ ЭКОСИСТЕМ
5.1. Особенности метаболизма Ме1Иу1оЬас1егрзусИгорИИш.
5. 2. Особенности метаболизма ацидофильных метанотрофов.
5.3. Метанотрофные бактерии почв Северной тайги и
Субарктической тундры России.
5.4. Метанотрофы многолетнемерзлых пород
5.5. Метанотрофы глубинных залежей гранитов.
Краткое описание новых таксонов метанотрофов.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЦИТИРУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.
ВВЕДЕНИЕ


Полагают, что близкие условия существования таких озер наличествовали и на Марсе во время Эпохи II гипотетическое деление истории марсианской воды на четыре временных этапа . Обнаружение высокотемпературных глубоководных гидротерм в рифтовых зонах океана и приуроченных к ним оазисов жизни с необычайно высокой плотностью бентосных и планктонных животных позволило открыть новый тип трофических связей, основанных на продуктах бактериального хемосинтеза. Здесь выявлены и животныесимбиотрофы, существующие за счет хсмоавтотрофных бактерий v, i . Гальченко и др. Поскольку в составе гидротермальных флюидов обнаружены заметные количества метана, высказывались предположения о возможном участии метанотрофных бактерий в питании животных этих специфических экосистем . Это было однозначно подтверждено выявлением метанотрофовенмбионтов в жабрах гидротермальных двустворчатых и брюхоногих моллюсков v . Гальченко с соавт. Аналогичные трофические связи между мстанотрофами и беспозвоночными выявлены в районах углеводородных сипов и газогидратных залежей в океане с мощными выходами метана i . Гальченко и др. Несомненно, метанотрофы вносят существенный вклад в регуляцию углеродного баланса в перечисленных экосистемах. Однако некоторые из биотопов остались малоизученными или вне поля зрения исследователей в отношении присутствия, активности и разнообразия аэробных метанотрофных бактерий. К таким биотопам относятся гиперсолеиые и щелочные водоемы, глубинные подземные водоносные слои, многолетнемерзлые породы, термальные экосистемы и др. За почти вековой период исследований метанотрофов накоплен обширный массив данных, свидетельствующий об особенностях их биологии, суммированных в обобщающих работах Гальченко и др. Малашеико с соавт. Романовская с соавт. Гальченко, . Хотя из описанных ниже свойств метанотрофов имеют фенотипический характер, их систематизация предмет последующего анализа, который должен быть дополнен освещением биохимических и генетических основ, а также расшифровкой функционального значения. Идентификация метанотрофов на основе фенотипических свойств часто затруднена ввиду изменчивости в размерах, форме и пигментации клеток и колоний Романовская с соавт. Малашеико с соавт. Для большинства штаммов характерен полиморфизм клеток, при этом варьирует не только их форма, но и размеры. Некоторые метанотрофные бактерии II типа способны формировать упорядоченные конгломераты розетки благодаря осмофильным фибриллам. Чаще всего скопления клеток образуются в конце экспоненциальной начале стационарной фаз роста культур Гальченко с соавт. Малашенко и др. Экзополисахариды, синтезируемые метанотрофами, представляют собой кислые гстерополисахариды, устойчивые к биологическому разложению и нагреванию Гринберг и др. Для большинства метанотрофов бактерий характерно наличие внутриклеточных включений полисахаридов, полигидроксибутирата и полифосфатов, синтез которых, как и синтез экзополнсахаридов, зависит от условий культивирования и фазы роста. Хотя способность синтезировать тот или иной пигмент служит характеристикой определенного вида метанотрофов, в ряде случаев эта способность обусловлена ростовыми параметрами, что указывает на важную физиологическую функцию пигментов у этих бактерий. У розовокрасных форм обнаружены каротиноиды с преимущественным содержанием Дкаротина Гринберг, . Каротиноиды метанотрофных бактерий в основном связаны с ВЦМ Гальченко, . Желтый цвет vi обусловлен внутриклеточным каротииоидом, который при достижении заметной плотности клеток гл выделяется в среду в виде водорастворимого пигмента с молекулярной массой 5 кДа. Химическая природа водорастворимых бурых, коричневых, зеленоватых, желтых пигментов разнообразна. У культур малинового цвета найден пигмент типа продигинина, у коричневых меланин. Предполагается, что, по аналогии пигментами пурпурных бактерий, пигменты выполняют защитную роль, предохраняя клетки от действия света, бактерицидное свойство которого обусловлено эффектом фотоокисления в присутствии кислорода. Размножение клеток обычно происходит путем бинарного деления, однако имеются и почкующиеся формы i ii.