Материалы портала «Научная Россия»

Учёные МГУ открыли новый род бактерий в гиперсолёном содовом озере на Алтае

Учёные МГУ открыли новый род бактерий в гиперсолёном содовом озере на Алтае
Учёные назвали новый организм Cyclonatronum proteivorans, тщательно изучили его морфологию, физиологию и провели молекулярно-генетический анализ. Ценность бактерии в её способности производить белок, запасающий энергию света

Сотрудники МГУ имени М.В. Ломоносова совместно с российскими коллегами выделили из гиперсолёного озера Кулундинской степи на Алтае новый штамм бактерий. Исследования штамма показали, что находка принадлежит к новому виду и роду. Учёные назвали новый организм Cyclonatronum proteivorans, тщательно изучили его морфологию, физиологию и провели молекулярно-генетический анализ. Ценность открытой бактерии заключается в её способности производить энергопреобразующий белок, запасающий энергию света. Результаты исследования опубликованы в журнале Frontiers in Microbiology.

Бактерии-экстремофилы живут в условиях, малопригодных для жизни. Примерами среды их обитания могут быть термальные источники, где температура может превышать 80 градусов по Цельсию, глубокие льды Антарктики, где температуры значительно ниже нуля и почти нет света, а также гиперсолёные водоёмы, где концентрация солей близка к насыщающей. Это значительно выше, чем внутри клетки, и вызывает у неприспособленных организмов осмотический стресс и скорую гибель. Чтобы приспособиться к таким условиям, организмы приобретают специальный набор признаков. Так, обитатели льдов снабжены молекулами-криопротекторами, микроорганизмы, живущие близ термальных источников, — арсеналом белков теплового шока. 

Биологические молекулы, позволяющие микроорганизмам функционировать в экстремальных условиях, часто оказываются ценными в промышленности или фармакологии. Эта особенность микроорганизмов-экстремофилов с середины прошлого века привлекает исследователей со всего мира. Один из авторов исследования, российский биолог Дмитрий Сорокин — организатор и неизменный участник экспедиций в Алтайский край — отобрал микробиологические пробы из гиперсолёного озера Кулундинской степи. Из этих проб авторы исследования — отечественные биологи — вывели культуру бактерий, которая оказалась неизвестным науке родом и видом, принадлежащим глубокой филогенетической ветви в недавно описанном типе бактерий Balneolaeota. Новый вид учёные назвали Cyclonatronum proteivorans.

Чтобы получить чистую культуру бактерий, учёные в июле 2011 года отобрали микробиологические пробы с плёнки из отложений гиперсолёного озера. Далее следовала работа с клетками в лаборатории. Сначала учёные подготовили в колбах Эрленмейера среду, близкую по pH и содержанию солей к воде озера, откуда были отобраны пробы. Затем высеяли на этой среде бактерии и инкубировали их с соблюдением теплового и светового режимов, близких к природным. Культуру бактерий с подпиткой выдерживали два года, чтобы получить достаточный объём биомассы. В течение нескольких месяцев смешанная культура стабилизировалась, на ней вырастали 2 вида галофильных (тяготеющих к засоленным местообитаниям) цианобактерий. Учёные идентифицировали их принадлежность к родам Geitlerinema и Nodosilinea.

Цианобактерии — организмы фототрофные, то есть для жизнедеятельности им необходимы лишь свет, вода и минимальный набор микро- и макроэлементов. В некоторых колбах вместе с цианобактериями вырастали гетеротрофные бактерии, использующие в качестве питания цианобактерии. Чтобы изолировать гетеротрофов и вывести чистую культуру, учёные подготовили специальную стерильную среду с экстрактом из клеток цианобактерий и посеяли на ней бактерии из колоний гетеротрофов. Спустя время на этой среде выросла чистая культура с причудливыми по форме клетками, образующими завитки, полукруги и спирали.

Чтобы идентифицировать их, учёные использовали арсенал современных методов: морфологический, физиологический, молекулярный и генетический анализы. Сравнивая признаки этих бактерий с уже имеющимися в международных базах данных, учёные сделали вывод, что перед ними неизвестный науке вид. По результатам молекулярно-генетического анализа, исследователи определили положение организма на систематическом древе, а именно на глубокой филогенетической ветви недавно открытого типа бактерий Balneolaeota. Сама бактерия оказалась представителем нового рода и вида, её назвали Cyclonatronum proteivorans.

«Весьма необычной является экологическая ниша новых представителей бактерий. Они выделены из стабильного сообщества с галоалкалифильными донными филаментными цианобактериями и являются их неотъемлемым гетеротрофным спутником,— комментирует один из авторов исследования, старший научный сотрудник НИИ физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского МГУ Мария Мунтян. — В нашей группе Д.Ю. Сорокиным показано, что в зависимости от условий роста, клетки обнаруживают удивительную морфологию: от длинных нитей до форм, напоминающих начертание греческой буквы омега, что стало основанием дать неформальное название организму — Омега».

В геноме штамма Омега исследователи обнаружили ген протеородопсина, образующего отдельную ветвь в семействе недавно открытых протеородопсинов, перекачивающих ионы натрия. Методика и тесты, разработанные В МГУ на базе отдела биоэнергетики НИИ физико-химимической биологии, подтвердили, что клетки штамма Омега осуществляют светозависимый экспорт натрия. Предположительно, физиологическая роль этого белка заключается в запасании энергии солнечного света в виде градиента ионов натрия на мембранах клетки, необходимой для процессов жизнедеятельности клетки.

«Ценность работы заключается в том, что обнаружен новый вид и новый род бактерий в уникальном, экстремальном по солёности и рН, местообитании — содовых озёрах. Новый организм является источником нового энергопреобразующего белка — натрийперекачивающего протеородопсина, образующего отдельную ветвь в семействе недавно открытых протеородопсинов, перекачивающих ионы натрия. В отличие от описанных недавно натриевых протеородопсинов, гомологичный белок из штамма Омега функционирует в экстремально алкалифильном организме (живущем при рН среды до 10) при экстремальной солености. Белок с энергетическими функциями при таких свойствах может представлять большую ценность в промышленности и в научной отрасли»,— заключает Мария Мунтян. 

Исследование проводило содружество российских биологов, работающих также в Институте микробиологии имени С.Н. Виноградского РАН (Москва), Дельфтском техническом университете (Нидерланды) и Балтийском федеральном университете имени Иммануила Канта (Калининград). 

Пресс-служба МГУ

Иллюстрация: Природное мелководное гиперсолёное содовое озеро Горчина-3 (Кулундинская степь, Алтай), из которого был выделен штамм Омега. Концентрация солей в водах озера близка к насыщающей, что приводит к формированию широкой белой полосы закристаллизовавшейся соли по берегам озера // Источник:  Дмитрий Сорокин

бактерии-экстремофилы гетеротрофные бактерии протеородопсины цианобактерии

Назад

Социальные сети

Комментарии

Авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий

Информация предоставлена Информационным агентством "Научная Россия". Свидетельство о регистрации СМИ: ИА № ФС77-62580, выдано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций 31 июля 2015 года.