Аннотация:Сульфатредуцирующие бактерии (СРБ), рассматриваемые в течение многих лет как
строгие анаэробы, способны существовать в ряде биотопов, подвергающихся воздействию
кислорода. Поскольку СРБ являются анаэробными микроорганизмами, кислород и, в
особенности, продукты его неполного восстановления токсичны для их клеток, поэтому
многие СРБ выработали разнообразные стратегии и механизмы антиокислительной
защиты, включающие в себя в том числе и уникальные ферменты. Изучение новых
изолятов СРБ из аэробных местообитаний представляет собой ценный источник
информации для открытия и исследования новых систем антиокислительной защиты.
Водная толща Черного и Балтийского морей является прекрасным объектом для
изучения способности сульфатредуцирующих бактерий сохранять физиологическую
активность в присутствии различных концентраций кислорода. Связано это с тем, что
глубоководная зона Черного моря представляет собой меромиктический водоем, в
котором только верхние 90-150 м водной толщи содержат кислород. В Балтийском море
значительный дефицит кислорода или его полное отсутствие наблюдается практически во
всех впадинах с глубиной более 80-90 метров. Различные подводные течения
способствуют не только постоянному обмену между кислородными и бескислородными
водами, но и приводят к проникновению и распространению анаэробных
микроорганизмов в аэробной водной толще.
В данной работе проводилось изучение биоразнообразия СРБ в аэробных водах и
зоне хемоклина Черного и Балтийского морей с использованием как молекулярных (ПЦР
и флуоресцентной in situ гибридизации – FISH), так и традиционных микробиологических
(выделение накопительных и чистых культур) методов. При проведении ПЦР
использовались праймеры, специфичные к участку гена диссимиляционной
сульфитредуктазы (dsrB), характерного для всех представителей СРБ, и к гену 16S рРНК
шести филогенетических групп СРБ. In situ гибридизацию проводили с 16S рРНК-
специфичными флуоресцентно мечеными зондами на домены Eubacteria, Archaea и
основные рода СРБ. Использование одновременно двух молекулярных методов позволяет
дать комплексную оценку биоразнообразия СРБ, поскольку ПЦР дает возможность
учитывать даже незначительное присутствие соответствующих молекул ДНК в пробах, в
то время как с помощью FISH выявляются только физиологически активные клетки
микроорганизмов.
В Черном море исследовались пробы, взятые из аэробных вод (30 и 100 м), зоны
хемоклина (145, 165, 180 м) и верхней анаэробной зоны (200 м) в летний период
2008-2010 гг. на станции континентального склона с глубиной 1300 м.
С помощью ПЦР было показано наличие во всех пробах гена dsrB, а следовательно,
присутствие ДНК сульфатредукторов. Из физиологических групп СРБ было показано
присутствие ДНК групп Desulfotomaculum, Desulfococcus-Desulfonema-Desulfosarcina и
Desulfovibrio-Desulfomicrobium во всех трех зонах, а группы Desulfobacter – в верхних
аэробных и анаэробных водах. ДНК групп Desulfobulbus и Desulfobacterium обнаружено
не было. В ходе исследований было показано, что использование метода так называемой
«вложенной» ПЦР (когда в качестве ДНК-матрицы используется продукт амплификации
гена 16S рРНК Eubacteria) является более предпочтительным в исследовании сообщества
СРБ, т.к. он имеет большую чувствительность.
С помощью FISH было показано преобладание в поверхностных водах Черного моря
физиологически активных сульфатредукторов родов Desulfovibrio и Desulfotomaculum, а в
зоне хемоклина – представителей рода Desulfomicrobium. Противоположная картина
наблюдалась в выделенных из этих зон накопительных культурах: Desulfomicrobium
преобладали в накопительных культурах из аэробных вод, а Desulfovibrio и
Desulfotomaculum – в накопительных культурах из зоны хемоклина.
На данный момент за счет внесения дополнительных микроэлементов в стандартную
среду Видделя удалось выделить в чистую культуру бактерии рода Desulfofrigus sp., а в
смешанную культуру – Desulfosporosinus sp. (также в этой культуре присутствует Vibrio
sp.).
В Балтийском море пробы отбирались в июле 2011 г. в российском секторе
Гданьской впадины с глубин 0, 10, 30, 50, 80, 102 и 107 м. Здесь резкое снижение
кислорода (зона хемоклина) начиналось с глубины 80 м. В придонном горизонте (107 м)
появлялись следы сероводорода, а содержание кислорода составляло 0,2 мл/л. С помощью
ПЦР нами было показано наличие во всех пробах гена диссимиляционной
сульфитредуктазы (dsrB). ДНК сульфатредукторов, относящихся к группам
Desulfotomaculum, Desulfococcus-Desulfonema-Desulfosarcina и Desulfovibrio-
Desulfomicrobium обнаружили во всех трех зонах, различающихся по количеству
содержащегося в воде кислорода, а ДНК Desulfobacter – только в аэробных водах.
С помощью FISH было показано, что доля активных эубактериальных клеток на
различных глубинах колеблется от 18 до 65% от численности всех клеток с максимумом в
аэробной зоне на глубине 30 м. Но обнаружить физиологически активные клетки
сульфатредукторов в статистически достоверных количествах нам пока не удалось.
В пользу присутствия клеток сульфатредукторов в аэробных водах и зоне хемоклина
Балтийского моря свидетельствует тот факт, что нами были получены активные
накопительные культуры СРБ из данных вод. В настоящее время ведутся исследования
филогенетического разнообразия полученных накопительных культур.
Таким образом, нами показано присутствие физиологически активных
сульфатредуцирующих бактерий в аэробной водной толще Черного моря. Также были
выделены накопительные и чистые культуры СРБ из Черного моря и накопительные
культуры из Балтийского моря. В дальнейшем мы предполагаем провести детальное
исследование систем антиокислительной защиты, обуславливающих аэротолерантность
клеток морских СРБ, выделенных нами в чистые культуры. Данные исследования могут
иметь не только фундаментальное научное значение, но и практическое применение, т.к. известно, что аэротолерантные СРБ принимают активное участие в процессах
биокоррозии металлических сооружений.