Научная статья на тему 'АҚДАЛА ЕГІС АЛҚАПТАРЫНЫҢ МИКРОБАЛДЫРЛАР БИОАЛУАНТҮРЛІЛІГІ ЖӘНЕ БАКТЕРИЯЛАРҒА ҚАРСЫ БЕЛСЕНДІЛІГІ БАР ЦИАНОБАКТЕРИЯЛАРДЫ БӨЛІП АЛУ'

АҚДАЛА ЕГІС АЛҚАПТАРЫНЫҢ МИКРОБАЛДЫРЛАР БИОАЛУАНТҮРЛІЛІГІ ЖӘНЕ БАКТЕРИЯЛАРҒА ҚАРСЫ БЕЛСЕНДІЛІГІ БАР ЦИАНОБАКТЕРИЯЛАРДЫ БӨЛІП АЛУ Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

CC BY
29
12
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
биоалуантүрлілік / микробалдырлар / цианобактериялар / альгологиялық таза дақылдар / бактерияларға қарсы белсенділік / biodiversity / microalgae / cyanobacteria / algologically pure cultures / antibacterial activity / биоразнообразие / микроводоросли / цианобактерии / aльгoлoгичecки чиcтыe кyльтyры / антибактериальная активность

Аннотация научной статьи по биологическим наукам, автор научной работы — С Н. Сейілбек, М Тортай, Н Р. Акмуханова, Ф К. Сарсекеева, Д К. Кирбаева

Алматы облысындағы Ақдала алабының егістік алқаптарындағы цианобактериялар мен микробалдырлардың түрлік әртүрлілігі зерттелді. Микроорганизмдердің биоалуантүрлілігі болашағы мол жаңа микроб түрлерін табу үшін ең үлкен пайдаланылмаған резервуар болып табылады. Зерттеудің мақсаты микробалдырлар мен цианобактериялардың әртүрлілігін зерттеу және цианобактериялардың болашағы мол түрлерін бөліп алу болып саналады. Зерттеу нәтижелері бойынша Ақдала алабының егіс алқаптарының топырақ үлгілерінен микробалдырлар мен цианобактериялардың 48 түрі анықталды, оның ішінде 21 түрі цианобактериялар. Цианобактериялар өкілдерінің негізгі үлесі гетероцисталы формалар болды. Цианобактериялардың анықталған түрлерінен 5 альгологиялық таза дақылдары бөлініп алынды, бірақ бактериологиялық таза дақыл ретінде антибиотиктермен өңдеуден кейін 4 дақылдар бөлініп алынады. Зерттеу нәтижелері бойынша бөлініп алынған төрт цианобактерия дақылдарының арасынан максималды бактерияға қарсы белсенділікті көрсеткен Oscillatoria SP S-3, Anabaena SP S-5 дақылдары болды. Аталған дақылдардың метанол сығындылары E. coli және Staphylococcus aureus, B.subtilis сынақ штаммдарының өсуін тежеудің ең үлкен аймақтарын көрсетті. Цианобактериялар әртүрлі биотехнологиялық маңызды қосылыстардың көп мөлшерін алу үшін орасан зор, бірақ әлі де аз зерттелген ресурс болып табылады, өйткені олар әртүрлі биологиялық белсенді заттарды синтездейді, олар саңырауқұлақтарға қарсы, бактерияларға қарсы, вирустарға қарсы белсенділікке ие. Цианобактериялардың жаңа түрлерін іздеу, оқшаулау және биологиялық белсенді заттарды өндірушілерді дұрыс таңдау агробиотехнологияда үлкен мүмкіндіктер ашады.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по биологическим наукам , автор научной работы — С Н. Сейілбек, М Тортай, Н Р. Акмуханова, Ф К. Сарсекеева, Д К. Кирбаева

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

BIODIVERSITY OF MICROALGAE OF ACREAGE OF THE AKDALA VALLEY AND ISOLATION OF CYANOBACTERIA WITH ANTIBACTERIAL ACTIVITY

The species diversity of cyanobacteria and microalgae of the acreage of the Akdala valley in the Almaty region has been studied. Microbial biodiversity represents the largest untapped reservoir for the potential discovery of new promising species of microorganisms. The aim of the research was to study the species diversity of microalgae and cyanobacteria and identify promising species of cyanobacteria. According to the results of the research, 48 species of microalgae and cyanobacteria were identified from the soils of the acreage of the Akdala valley, where 21 species were cyanobacteria. The main proportion of representatives of cyanobacteria were heterocystic forms. 5 algological pure cyanobacteria cultures were isolated from certain types of cyanobacteria, but when obtaining bacteriologically pure cultures after treatment with antibiotics, 4 cyanobacteria cultures were obtained in pure form. According to the results of the research, the cultures of Oscillatoria SP S-3, Anabaena SP S-5 showed the maximum antibacterial activity from the isolated four species of cyanobacteria, also showing the largest areas of growth inhibition of the test strains of E. coli and Staphylococcus aureus, B. subtilis with methanol extracts. Cyanobacteria are a huge, but still small-used resource for obtaining a large number of various biotechnologically important compounds, because they synthesize various biologically active substances, which have antifungal, antibacterial, anti-virus activity. The search and isolation of new species of cyanobacteria and the right choice of producers of biologically active substances opens up great opportunities and prospects in agrobiotechnology.

Текст научной работы на тему «АҚДАЛА ЕГІС АЛҚАПТАРЫНЫҢ МИКРОБАЛДЫРЛАР БИОАЛУАНТҮРЛІЛІГІ ЖӘНЕ БАКТЕРИЯЛАРҒА ҚАРСЫ БЕЛСЕНДІЛІГІ БАР ЦИАНОБАКТЕРИЯЛАРДЫ БӨЛІП АЛУ»

FTAMP: 62.99.39

С.Н. СЕЙ1ЛБЕК, М. ТОРТАЙ, Н.Р. АКМУХАНОВА*, Ф.К. САРСЕКЕЕВА,

Д.К. КИРБАЕВА, Н Е. БИДAF¥ЛОВA, Н А. АЛТЫБАЕВА, А.Б. ЕЛАМАНОВА эл-Фараби атындагы ^азак ¥лттык Университетi, Алматы, ^азакстан *e-mail: akmukhanova.nurziya@gmail .com

АКДАЛА ЕГ1С АЛЦАПТАРЫНЫЦ МИКРОБАЛДЫРЛАР БИОАЛУАНТYРЛIЛIГI ЖЭНЕ БАКТЕРИЯЛАРГА ЦАРСЫ БЕЛСЕНД1Л1Г1 БАР ЦИАНОБАКТЕРИЯЛАРДЫ Б0Л1П АЛУ

doi: 10.53729/MV-AS.2023.01.14

ТYЙiн

Алматы облысындагы Акдала алабыныц епспк алкаптарындагы цианобактериялар мен микробалдырлардыц турл1к эртурл1л1г1 зерттелдь Микроорганизмдердщ биоалуашурлшп болашагы мол жаца микроб турлер1н табу уш1н ец улкен пайдаланылмаган резервуар болып табылады. Зерттеудщ максаты микробалдырлар мен цианобактериялардыц эртурл1л1г1н зерттеу жэне цианобактериялардыц болашагы мол турлерш белш алу болып саналады. Зерттеу нэтижелер1 бойынша Акдала алабыныц епс алкаптарыныц топырак улгшершен микробалдырлар мен цианобактериялардыц 48 тур1 аныкталды, оныц ш1нде 21 тур1 - цианобактериялар. Цианобактериялар екшдершщ непзп улес1 гетероцисталы формалар болды. Цианобактериялардыц аньщталган турлер1нен 5 альгологиялык таза дакылдары белшш алынды, б1рак бактериологиялы; таза дакыл ретшде антибиотиктермен ецдеуден кешн 4 дакылдар белшш алынады. Зерттеу нэтижелер1 бойынша белшш алынган терт цианобактерия дакылдарыныц арасынан максималды бактерияга карсы белсендшкп керсеткен - Oscillatoria SP S-3, Anabaena SP S-5 дакылдары болды. Аталган дакылдардыц метанол сыгындылары E. coli жэне Staphylococcus aureus, B.subtilis сынак штаммдарыныц есуш тежеудщ ец улкен аймактарын керсетп. Цианобактериялар эртурл1 биотехнологиялык мацызды косылыстардыц кеп мелшерш алу ушш орасан зор, б1рак эл1 де аз зерттелген ресурс болып табылады, ейткеш олар эртурл1 биологиялык белсенд1 заттарды синтездейд1, олар сацыраукулактарга карсы, бактерияларга карсы, вирустарга карсы белсендшкке ие. Цианобактериялардыц жаца турлер1н ¡здеу, окшаулау жэне биологиялык белсенд1 заттарды енд1рушшерд1 дурыс тацдау агробиотехнологияда улкен мумкшдштер ашады.

Кiлттi сездер: биоалуантурлшк, микробалдырлар, цианобактериялар, альгологиялык таза дакылдар, бактерияларга карсы белсендшк.

Топырактыц органикалык заттарыныц тYзiлуi микроорганизмдердщ тiкелей катысуымен жYредi, олардыц есiмдiктер мен жануарлардыц калдыктарына кепжакты эсерi кептеген биохимиялык реакциялармен сипатталады. Жогары сатыдагы еамдштерден бос кецiстiктердi толтыра отырып, цианобактериялар кун энергиясыныц ассимиляциясыныц факторы жэне косымша биомасса кезi ретiнде кызмет етедi [1]. Олар топырактардыц калыптасуына катысады, ал калыптаскан топырактардыц физико-химиялык касиеттерiне эсер етедi. Топырактагы цианобактериялардыц кызмет органикалык заттарды ендiру, атмосфералык азотты бекiту, фосфор мен баска элементтердщ колжетiмдiлiгiн арттыру, фитогормондар мен токсиндердi шыгару, шырышты заттар мен жш тэрiздi талломдар аркылы эрозияга карсы белсендiлiк керсету кабiлетiмен аныкталады [2]. Цианобактериялар ендiретiн компоненттер антиоксиданттар мен пигменттер болып табылады. Соныц iшiнде фукоксантин, каротиноидтар, лютеин, Р-каротин, астаксантин жэне фикобил белоктары), узын тiзбектi поликаныкпаган май кышкылдары (FA-PUFAs) жэне акуыздар (мацызды аминкышкылдары метионин, треонин жэне триптофан). Бул екшшшк метаболиттер тамак, жем, ауыл шаруашылыгы жэне фармацевтика енеркэсiбiнде кецiнен колданылады [3].

Цианобактериялардыц эртYрлi тYрлерi бактерияга карсы жэне сацыраукулакка карсы касиеттерi бар жасушаiшiлiк жэне жасушадан тыс метаболиттердi шыгаратыны белгiлi [4]. Бактерияларга карсы агенттер бактериялык инфекцияларды емдеуде кещнен колданылады,

201

б1рак бактериялар колданыстагы дэрi-дэрмектерге тeзiмдiлiкке ие болуы мYмкiн. Осы себептi зерттеушшер бактерияга карсы жаца косылыстарды аныктау Yшiн табиги косылыстарды iздей бастады [5]. Цианобактериялар осы саладагы болашагы мол биологиялык ресурс ретiнде карастырылады.

Цианобактериялар кYрiш алкаптарындагы микробтык кауымдастыктыц негiзгi курамдас бeлiгi болып табылады. Ауылшаруашылык экожуйелершщ кунарлылыгына ыкпал етедi жэне жасушалык метаболизмге кажет емес косылыстардыц, ягни екiншi реттiк метаболиттердщ элеуеттi кeзi болып табылады [6]. Цианобактерияларды колданудыц кейбiр ыктимал багыттары фармацевтика eнеркэсiбi мен ауылшаруашылык секторы Yшiн бактерияларга карсы косылыстарды биотыцайткыштар мен биобакылау к¥ралдары ретiнде eндiру болып табылады. Бактерияларга карсы заттар мен баска да фармакологиялык белсендi косылыстарды синтездеуге кабiлеттi цианобактерияларды бeлiп алу жэне скрининг жасау жаца агрохимиялык агенттердщ элеуеттi кeзi ретшде кызыгушылыктыц артуын тудырады [7]. Осыган байланысты бiздiц зерттеу жумысымыздыц максаты Алматы облысындагы Акдала алкабыныц егiс алкаптарындагы цианобактериялар мен микробалдырлардыц тYрлiк эртYрлiлiгiн зерттеу жэне цианобактериялардыц перспективтi тYрлерiн бeлiп алу болып табылады.

Материалдар мен эдктер

Зерттеу нысаны 1ле eзенiнiц сагасында орналаскан Акдала кYрiш егу алкабы болып табылады.

Топырак сынамаларын алу конверт эдiсi бойынша жYргiзiлдi [8]. Барлыгы 28 альгологиялык сынама жиналды. Жиналган барлык сынамалар мукият тацбаланды. Жапсырмаларда сынама нeмiрi, жинау уакыты мен орны жэне жинаушыныц тегi кeрсетiледi. Зерттеу барысында альгологиялык тэж1рибеде жалпы кабылданган эдiстердi колдана отырып, далалык жиындар мен зертханалык талдаулар жYргiзiлдi. Цианобактериялардыц сапалык к¥рамы шыныга бекiнiп eсу эдiсiмен талданды. Ол Yшiн топырак сынамалары BG-11 ортасымен ылгалдандырылган Петри табактарына салынады, жэне бетiне жабынды шынылар топыракпен толык байланыста болатындай етiп орналастырылды. Петри табакшалары табиги жарыкта жэне бeлме температурасында 30 тэулш инкубацияланган кейiн, шыныларга бекшш eскен цианобактерияларга микроскопиялык бакылау жYргiзiлдi. Цианобактериялар мен микробалдырлар 40, 100 есе Yлкейткiш «Ргетеге» жэне "MicшsAшtria" жарык микроскоптарыныц кeмегiмен зерттелдi. Эрбiр су Yлгiсiнен кем дегенде 10 препараттан шамамен 30-40 кeру eрiсi каралды.

Алынган нэтижелер 1 мл судагы жасушалар саны ретiнде ^рсетшдь Цианобактериялар жэне микробалдырлардыц саны 100 ^ру eрiсiн кайта есептеу кезшде жиiлiк шкаласы бойынша багаланды [9]. Цианобактериялар мен микробалдырлардыц тYрлерiн аныктау жасушалардыц жаншылган тамшы жэне бектлген препараттарда зерттелдi. Фиксатор ретiнде формальдегид пен йод ерiтiндiлерi пайдаланылды. Цианобактериялар мен микробалдырлардыц тYрлерi аныктауыштарды колдану аркылы аныкталды [10, 11].

Цианобактериялардыц жинакы дакылдарын алу дэстYрлi эдютеме бойынша жYргiзiлдi. Альгологиялык таза дакылдарды окшаулау Yшiн стандартты микробиологиялык эдютер колданылды [12]. Цианобактериялар стерильдi жагдайда 500 мл колбада eсiрiлдi. Громов, Заррук, БО-11минералды коректiк орталары колданылды.

Цианобактериялардыц сыгындыларын алу Yшiн окшауланган дакылдардыц кургак биомассасы алынды. Кеширшген Yлгiлер залалсызданган унтагышпен унтакталды. Содан кешн 0,5 г усакталган Yлгiнi 10 мл ерiткiштермен (метанол, этанол) араластырып, толык экстракция Yшiн айналмалы шайкауышта бeлме температурасында усталды. 4000 айн/мин 15 минут шшде сыгындылар центрифугаланып, тeмен кысымда 50°С температурада концентрацияланды. Концентрацияны экстракциялау Yшiн пайдаланылган ерiткiштi

пайдаланып 1 мг/мл-ге дешн жеткiзiлдi жэне бактерияга карсы белсендшкке аныктау жYргiзiлдi [13].

Окшауланган цианобактерия дакылдарыныц бактерияларга карсы белсендшп эл-Фараби атындагы ^аз¥У биотехнология кафедрасыныц дакылдар коллекциясынан алынган микроорганизмдердщ терт тYрiне зерттелдг грамтерiс таякшалар факультативтi анаэробты Escherichia coli жэне аэробты Pseudomonas aeruginosa, аэробты грам-оц спора тYзетiн таякшалар Bacillus subtilis жэне факультативтьанаэробты грам-оц коктар Staphylococcus aureus. Бактерияларга карсы белсендшк агарга диффузия эдiсiн колдану аркылы аныкталды [14]. Зерттеу Yшiн ет-пептон агарында (ЕПА) 24 сагат бойы 37°C температурада алдын ала еаршген микроорганизмдердiц таза дакылдары колданылды. Стандартты бактериялык суспензия стерильдi 0,9% натрий хлоридi ерiтiндiсiнде дайындалды. Ол Yшiн бактериологиялык iлмек аркылы зерттелетш дакыл стерильдi тузды ерiтiндiсi бар стерильдi пробиркаларга енгiзiледi жэне микроорганизмдердщ концентрациясын McFarland бойынша лайлану стандартыныц 0,5 бiрлiгiне дейiн жеткiзiледi. Балкытылган жэне 56°C дейiн салкындатылган ЕПА ортасы Петри табакшаларына куйылады. Стерильдi жагдайда пипетка кемепмен муздатылган агарга 1,0 мл микроорганизмдердщ тшсп суспензиясы Петри табакшаларына енгiзiледi. Микроорганизмдердi агардыц бYкiл бетiне бiркелкi жайып еккеннен кешн, белме температурасында 15-20 минут инкубацияланады. Содан кейiн микроорганизмдер егшген Петри табакшаларындагы агар бетiне диаме^ 6,0 мм жетi тесiк жасалды. Содан кейiн автоматты микропипетка кемепмен алты тесiкке 20 мкл цианобактерия сыгындылары енгiзiледi. Сынамалар 37°C температурада 16 сагат бойы инкубацияланады. Нэтижелердi есепке алу сацылаулардыц айналасында бактериялардыц есуiнiц болуы немесе болмауы, сацылаудыц айналасындагы есудiц тежелу аймактарыныц диаметрш миллиметрмен елшеу аркылы алынады.

Антибиотикалык ампициллин (10 мкг) дискiлерi сезiмталдыкты аныктау Yшiн оц эталон ретшде пайдаланылды. Тэж1рибе Yш реттiк кайталымда жYргiзiлдi.

Зерттелген дакылдардыц бактерияга карсы индекс келесi формула бойынша аныкталды:

Бактерияга карсы индекс = (сыгындыныц есудi тежеу аймаFы/антибиотиктердiц есудi тежеу аймаFы) х 100.

Нэтижелер жэне оларды талкылау

Алматы облысындагы Ацдала алабыныц ег^ алцаптарыныц альгофлорасы

Акдала алкабында курш астындаFы суару непзшен тузданудыц эртYрлi дэрежелерi бар такыр тэрiздi топырактар игерiлген. Бул топырактардыц туздануы бурыеты гидроморфты топырак тYзiлу кезецдерiнен мураFа калFан реликтi сипатка ие [15]. Алкап экiмшiлiк жаFынан Алматы облысыныц Балкаш ауданына жатады. Акдала суару алкабында климат ^рт континенталды, к¥PFак, тэулiктiк жэне жылдык температураныц Yлкен амплитудасы бар. ^ысы суык, кар аз, жазы ыстык жэне к¥PFак. Баканас ауылындаFы метеостанцияныц мэлiметi бойынша ауаныц ец жоFары орташа айлык температурасы 24-26°С шiлдеде, абсолюттiк максимум 45°С, ец теменп -14-16°С абсолюттi кацтарда байкалады, минимум -45°С. Орташа жылдык температура оц, шамамен 6,6-9,9°С. Аязсыз маусымныц узакть^ы 150-160 кYн. Топырактыц кату терецдш эдетте 40-45 см-ден аспайды жэне кар аз жауатын катты кыста Fана 1 м-ге жетедь Кепжылдык циклде жауын-шашынныц мелшерi 100-ден 360 мм-ге дейiн езгередi, бiрак орташа есеппен 180-240 мм курайды [16].

Зерттеу нэтижелерi бойынша топырак сынамаларынан микробалдырлар мен цианобактериялардыц 48 тYрi аныкталды. Бес тYрi сары-жасыл, 21 тYрi цианобактериялар, 8 тYрi диатомдар жэне 14 тYрi жасыл балдырлар. Ец жиi кездесетiн тYрлерге ие топ 5 тYPден турады: Phormidium autumnale, Nitzschia palea, Chlorella vulgaris жэне Nostoc linckia, Anabaena flos-aguae. Жасыл балдырлардыц арасында Chlorophyceae (Chlamydomonadaceae жэне Chlorococcaceae) ею класыныц тYрлерi аныкталды Bacillariophyta белiмiне

Bacillariaceae жэне Diadesmidaceae тук;ымдасьшьщ eкiлдерi ирдь Сары-жасыл Botrydiopsidaceae жэне Eustigmataceae тукымдасынан болды.

Аныкталган цианобактериялардыц iшiнде, тYрлердщ эртYрлiлiгi бойынша Nostocaceae ту;ымдасы жетекшi орынга ие, оныц iшiнде 4 ту;ымдас (Anabaena, Anabaenopsis, Aulosira жэне Nostoc). Шыныга бекшш ескен цианобактериялар екшдершщ Heri3ri Yлесi Anabaena cylindrica, A. oscillarioides, Nostoc commune сиякты гетероцисталы формалардан тирады. Cyanophyta бeлiмшщ сирек кездескен тYрлерi Plectonema, Synechococcus ту;ымдасы ерекшелендi. Жiп тэрiздi гетероцисталы (75%) цианобактериялар бiр жасушалы колониялы; (14%) жэне жiп тэрiздi гетероцисталы емес (11%) формаларда ай;ын Yстемдiк кeрсеттi.

Цианобактериялардыц альгологиялыц жэне бактериологиялыц таза дацылдарын бвлт алу

Тацдалган топырак Yлгiлерi негiзiнде жинакы дакылдар бeлiп алу эдюшщ кeмегiмен цианобактериялардыц 5 альгологиялы; таза дакылдары бeлiнiп алынды. Морфологиялы; белгiлерге сэйкес цианобактериялар непзшен жiп тэрiздi немесе колониялар тYзедi, тек S4 культурасы кокка тэрiздi жасуша пiшiнiне ие.

Келес кезецде алынган альгологиялы; таза цианобактерия дакылдары iлеспелi бактериялардан тазартылды. Бактериологиялы; талдау бойынша барлы; дакылдарда iлеспелi микрофлора аны;талды. Бeлiнген цианобактериялардыц шеспе микрофлорасы негiзiнен грам-оц жэне грам-терю бактериялардан, ашыт;ылардан жэне зец сацырау;¥ла;тарынан туратыны аны;талды. О;шауланган да;ылдарды iлеспелi микрофлорадан тазарту eте ;иын уа;ытты ;ажет ететiн процесс, eйткенi цианобактериялар мен бактериялар арасында тыгыз биоценотикалы; байланыстар бар екенi белгiлi. Цианобактериялардыц шырышты ;абаттары микроорганизмдер Yшiн ;орек кeзi жэне тiршiлiк ортасы ретшде ;ызмет етедi. Мундай тыгыз байланыс мундай ;ауымдасты;тарды о;шауланган да;ылдарга бeлудiц ;иынды;тарын аныщтайды.

Цианобактерияларды бактериологиялы; тазалау Yшiн эртYрлi антибиотиктер ;олданылды. Антибиотиктердi тeмен концентрацияда ;олданган кезде шеспе микроорганизмдердщ, ашыт;ылардыц, зец сацырау;ула;тардыц, грам-оц жэне грам-терю бактериялардыц eсуi элi де бай;алганы аны;талды. 1леспе микрофлораныц антибиотикке сезiмталдыFын талдау барысында кейбiр бактериялардыц кейбiр антибиотиктерге, ал екiншiсiнiц баскаларFа сезiмтал екендiгi аны;талды. Эрi ;арай, iлеспелi микрофлора эр тYрлi антибиотиктерге эр тYрлi керi жауап бергендштен тазарту Yшiн антибиотиктердiц ;оспалары тацдалды: эр тYрлi концентрацияда грам-оц жэне грам-терю бактерияларFа ;арсы кец спектрлi антибиотиктер жэне сацыраукулакка ;арсы антибиотиктер. Сацыраукулакка ;арсы антибиотик ретшде барлы; нус;аларда кец спектрлi фунгицидтш антибиотик нистатин тацдалды (кесте 1).

Кесте 1- Цианобактерияларды иеспел1 микрофлорадан бактериологиялы; тазарту

Антибиотиктер ;оспасы Да; S- ыл Да;ыл S-2 Да;ыл S -3 Да;ыл S-4 Да;ыл S-5

1м Ц ¡м Ц ¡м Ц ¡м Ц 1м Ц

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Гентамицин+ пенициллин+ тетрациклин+ нистатин + - - + - -- - + + +

Неомицин+ ампициллин+ хлорамфеникол+ нистатин + - - - - + - + - -

Кесте 1 жалгасы

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Канамицин+пеницилл ин+ ванкомицин+ нистатин + - + + + + - - - +

Пенициллин+ гентамицин+ канамицин+ нистатин + - - + - + - + - +

Ескерту: iM-шеспе микрофлораньщ ecyi, Ц-цианобактерия, - всудiн болмауы, + дакылдыц ecyi.

Антибиотиктердщ коспасы квмепмен цианобактериялардыц 1леспел1 микроорганизмдерш жою эрекет сыналган 5 цианобактериялык дакылдыц твртеушде сэтп болды. Антибиотиктердщ коспасын колданганнан кешн S-1 культурасы эл1 де 1леспел1 бактериялармен катты закымдалганы аныкталды. Антибиотиктердщ концентрациясын арттыру шеспел1 бактерияларга да, цианобактериялар дакылына да бактерицидтш эсер етп.

Антибиотиктер коспасымен вцдеу нэтижесшде бактериологиялык таза 4 цианобактерия дакылдары алынды. Цианобактериялардыц вм1ршецдш ею эдюпен -микроскопиялык жэне дакылдык тYPде тексершдь Алынган цианобактериялардыц 4 дакылы бактериологиялык таза деп танылды, вйткеш культураларды бвлме температурасында 7 кYн устаганнан кешн шеспел1 бактериялардыц всу1 аныкталмады.

Бактериологиялык таза цианобактериялардыц морфологиясын зерттеу S-2 жасуша кабыкшалары, жука, бозгылт квк-жасыл екенш кврсетп. трихомалар шлген, б1р-б1р1мен вршген, квлденец калкалары бвлшбеген, уштары жука емес жэне тYзy, ашык квк-жасыл, еш 0,6-0,8 мкм ж1пшел1 цианобактериялар. ^ынаптары тYCсiз, б1р-б1р1не жабысады. Жасушалары цилиндр тэрiздi, узындыгы енiнен 2-8 есе Yлкен, квлденец калкаларда тYЙiршiксiз. Жiптердiц калыцдыгы бiрдей, тек ец ушы вте аздап тарылып, сэл бYгiлген. Соцгы жасуша догал конусты. Бвлiнy бiр жазыктыкта жYредi, бул жасушалардыц сызыктык орналасуына экеледi. ty^ квк-жасыл, клеткалар тYбiне ыдыс тYбiне швгiп калмайды, тек ыдыс кабыргасында бекiнiп вседi. ^атты коректiк ортада нашар вседi, всу дакылдаудыц 8-10-шы тэyлiгi гана бакылана бастайды. Заррука суйык ортасында 22-30 0С ауа температурасында жаксы вседi (1-сурет). Морфологиялык белгiлерi бойынша - класс: Oscillatoriophycideae, катар: Oscillatoriales, тукымдас: Phormidiaceae, туыс: Phormidium, тYP - Phormidium SP S-2 ретшде аныкталады.

S3 дакылы - жiп тэрiздi, айкын шырышты кабаты бар, трихомалар жалгыз, бiртектi, кою квк-жасыл,жасуша влшемдерi 2,2 - 2,4-х 4,2-5, 9 мкм. Трихомалар салыстырмалы тYPде параллель орналаскан жiптердi курайды. Трихомалар тYзy, квлденец бвлiмдерде сэл иiлген, еш 4-10 мкм, ашык квк-жасыл, кейде уштарына сэл иiлген болады. Жасушалардыц узындыгы 2,6-5 мкм, ягни еншен 2-3 есе кыска. Квлденец бвлiмдердегi тYЙiршiктеy квбiнесе айкын кврiнедi. Соцгы жасушалар азды-квптi айкын жарты шар тэрiздi, кейде сэл калыцдатылган кабыгы бар. Бвлiнy бiр жазыктыкта жYредi, бул жасушалардыц сызыктык орналасуына экеледь ТYсi квк-жасыл, жасушалар всiрy ыдыстарыныц тYбiне тунбаланбайды, ыдыс кабыргасында беюнш вседi. ^атты ортада нашар вседь Штамм автотрофты. Громов суйык корекпк орталарында 22-30 0С ауа температурасында жаксы eседi (сурет 1). Морфологиялык сипаттамалары бойынша - класс: Oscillatoriophycideae, катар : Oscillatoriales, тукымдас: Oscillatoriaceae, туыс: Oscillatoria, тYр: Oscillatoria SP S-3 аныкталды.

S-4 дакылы -олар суйык ортада жаксы дамыды жэне кою жасыл тYCтi суспензия болды. ^атты коректiк орта бетiнде дурыс колониялар тYзедi. Морфологиялык белгiлерге сэйкес, овал пiшiндi жасушалар, кейде шеттерi сэл кисык, ересек жасушалардыц мвлшерi 3,6-7,7 мкм курайды. Жасушаныц бвлiнyi дурыс, бвлшгеннен кейiн еншiлес жасушалар кейде ею - тврт жасушадан туратын тiзбектерге косылады. Зарруктыц суйык ортасында 22350 С температурада жаксы eседi (сурет 1). Морфологиялык сипаттамалары бойынша -

класс: Synechococcophycideae, катар: Synechococcales, тукымдас: Synechococcaceae, туыс: Synechococcus, typ: Synechococcus SP S-4. Аныкталды.

S-5 дакылы- кою кек-жасыл TYCTi жасушалар. Трихомалар уштары тарылмаган. Трихомалар жалгыз, TY3y, сфералык жасушалардан турады, олардыц арасында гетероцисталар жэне сирек акинеттер кездеседi. Гетероцисталар кеп жагдайда интеркалярлы болады. Трихомалардыц диаметрi 2-8 мкм аралыгында. Белшу 6ip жазы;ты;та жYpедi. Суйык ортада шыны кабыргасына бекiнiп еседi. Штамм автотрофты. BG-11 суйык жэне катты орталарында 22-300С ауа температурасында жаксы еседi (сурет 1). Морфологиялык сипаттамалары бойынша - класс: Nostocophycideae, катар: Nostocales, тукымдасы: Nostocaceae, туыс: Anabaena, тYp: Anabaena SP S-5 ретшде аныкталды.

Зерттеу нэтижелеpi бойынша зерттелген топырак Yлгiлеpiнен 5 альгологиялык таза цианобактерия дакылдары белшш алынып, антибиотиктермен ецдеуден кейiн бактериологиялык жэне альгологиялык таза дакылдар pетiнде 4 дакыл белiнiп алынды.

Phormidium SP S-2 Oscillatoria SP S-3 Synechococcus SP S-4 Anabaena SP S-5

Сурет 1 - Цианобактериялардыц белшш алынган альгологиялык жэне бактериалогиялык таза

дакылдары

Цианобактериялардыц оцшауланган дацылдарыныц бактерияга царсы белсендтт

Цианобактериялар - эртYрлi биоактивт молекулалардыц енд1руш1лер1 болып саналады жэне ол бул организмдерге эволюциялык артыкшылыктарды камтамасыз етедi. Сигналдык метаболиттердщ функцияларын орындайтын, сондай-ак баска организмдердщ ecyi мен дамуына эсер ететiн цианобактериялармен синтезделген аллелохимиялык сипаттагы заттар бактерияларга карсы, зец сацыраукулактарына жэне вирустарга карсы эсерi эсер етyi mym^ [17,18].

Акдала кYрiш алкаптарынан белшш алынган цианобактерия дакылдарыныц бактерияга карсы белсендшгш зерттеу Yшiн цианобактериялар биомассасы алынды. Цианобактерия дакылдарыныц биомассасынан эр тYрлi ерiткiштер кeмегiмен сыгындылар алынды. Ампициллин антибиотип оц бакылау ретшде пайдаланылды. Зерттеу нэтижесiнде есу аймагыныц тежелу диаметрi цианобактериялардыц тYрiне, колданылган ерiткiш тYрiне жэне сыналган микроорганизмдердщ тYрiне байланысты болатыны аныкталды.

Зерттелген дакылдардыц iшiнде Oscillatoria SP S-3 жэне Anabaena SP S-5 дакылыныц метанол сыгындылары бактерияга карсы жогары белсендiлiктi кeрсеттi. Зерттеу нэтижелерi бойынша Oscillatoria SP S-3 культурасыныц метанол сыгындысыныц бактерияга карсы эсерiн зерттеу кезшде тежелу аймагыныц диаметрi E. Coli -12 ±0,02 мм, Staphylococcus aureus -11±0,01 мм. P. aeruginosa жэне B. subtilis бактерияларында есудщ тежелу аймагы небэрi 9,2 =0,03 жэне 9,3=0,01 мм болды (кесте 2).

Зерттеудеп ец жогары бактерияга карсы белсендшк Anabaena SP S-5 культурасыныц метанол сыгындысыныц эсерi B. subtilis - 12 ±0,05 мм жэне E. coli -10,8±0,01 мм, содан кешн Staphylococcus aureus - 9,2±0,05 мм жэне P. aeruginosa -8,5±0,06 мм (2-кесте) бакыланды.

Oscillatoria SP S3 дакылы, зерттелген микроорганизмдердщ тест штамдарына орташа бактерияга карсы белсендшкт кeрсеттi (кесте 2).

Бактериялардьщ зерттелген тест штамдары Synechococcus SP S-4 дакылыныц метанол сыгындысына тежелудщ ец аз аймагын кeрсеттi. Эсудщ тежелу аймагы 0,9-2,5 мм аралыгында болды.

Кесте 2 - Белшш алынган цианобактерия дакылдарыныц эртYрлi сыгындыларына тест микроорганизмдердщ сез1мталдыгы (есудщ тежелу аймагы, мм)._

Цианобактерия дакылдары MHKpoopraHH3Mgepgiq TecT gaKMngapbi Окшауланган цианобактерия дакылдарыныц экстракты

Метанол Этанол

Phormidium SP S-2 P. aeruginosa 5,5±0,06 1,3±0,02

B. subtilis 4,3±0,01 0,8±0,06

E. coli 3,2±0,04 1,0±0,04

St. aureus 3,5±0,02 1,2±0,02

Oscillatoria SP S-3 P. aeruginosa 9,2±0,03 5,6±0,04

B. subtilis 9,3±0,01 4,3±0,05

E. coli 12 ±0,02 6,6±0,04

St. aureus 11±0,01 5,3±0,01

Synechococcus SP S-4 P. aeruginosa 2,5±0,01 0,5±0,02

B. subtilis 1,3±0,03 0,2±0,01

E. coli 1,2±0,01 0,3±0,02

St. aureus 0,9±0,02 0,1±0,02

Anabaena SP S-5 P. aeruginosa 8,5±0,06 10,2±0,03

B. subtilis 12 ±0,05 5,2±0,04

E. coli 10,8±0,01 5,5±0,01

St. aureus 9,2±0,05 4,6±0,02

Этанол сыгындысы жагдайында бактерияга карсы белсендiлiктi Oscillatoria sp S3 жэне Anabaena SP S5 дакылдары да керсетп, бiрак метанол сыгындысымен салыстырганда онша айкын емес. Oscillatoria SP S-3 культурасыныц этанол сыгындысын пайдаланган кезде есудщ тежелу аймагы E. coli - 6,6±0,04 мм курады, ал аталган дакылдыц метанол сыгындысында eсудiц тежелу диаметрi 12 ±0,02 мм керсетп. Бiрак eсудiц белсендi тежелуi P. aeruginosa бактериясында Anabaena SP S5 дакылыныц этанол сыгындысын зерттеу кезшде байкалды жэне тежелу аймагы 10,2±0,03 мм болды, ал осы дакылдыц метанол сыгындысында тест дакылдыц есушщ тежелу аймагы 8,5±0,06 мм болды (кесте 2).

Оц бакылауда (ампициллин) зерттелген тест микроорганизмдердщ eсуiнiц тежелу аймактары айкын кeрiндi, жэне тежелу диаметрi 18-ден 20 мм аралыгында болды.

Белшш алынган цианобактерия дакылдарыныц сыгындыларыныц бактерияга карсы эсерi коммерциялык ампициллин антибиотиктерiмен салыстырылды жэне бул салыстырудыц нэтижелерi бактерияга карсы индекс ретшде (кесте 3) келтiрiлген. Индекс деректерше сэйкес, Oscillatoria SP S-3 жэне Anabaena SP S-5 дакылынан алынган метанол сыгындыларыныц тшмдшп, эаресе E. coli-ге катысты, 66,6% жэне 60% ампициллин антибиотигшщ тиiмдiлiгiне жакын. Сондай-ак Oscillatoria SP S-3 культурасы St aureus -55% бактериясына карсы оц белсендiлiк кeрсеттi. Anabaena SP S5 дакылы тест дакылдардыц есуш тежеуге катысты айтарлыктай белсендшк кeрсеттi жэне бактерияга карсы индекс метанол сыгындысымен E.coli -60% жэне этанол сыгындысымен P. aeruginosa -51% курады.

Кесте 3 - Белшш алынган цианобактерия дакылдарыныц сыгындыларыныц бактерияга карсы индекс %._

Цианобактерия дакылдары MHKpoopraHH3Mgepgiq TecT gaKMngapbi Окшаланган цианобактерия дакылдарыныц экстракты

Метанол Этанол

Phormidium SP S-2 P. aeruginosa 27,5 6,5

B. subtilis 22,6 4,2

E. coli 17,7 5,5

St. aureus 17,5 6

Oscillatoria SP S-3 P. aeruginosa 46 28

B. subtilis 48,9 22,6

E. coli 66,6 36,6

St. aureus 55 26,5

Synechococcus SP S-4 P. aeruginosa 12,5 2,5

B. subtilis 6,8 1,0

E. coli 6,6 1,6

St. aureus 4,5 0,5

Anabaena SP S-5 P. aeruginosa 42,5 51

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

B. subtilis 63,1 27,3

E. coli 60 30,5

St. aureus 46 23

Зерттеу нэтижелер1 бойынша цианобактериялардыц барлык белшш алынган дакылдарыныц шшде Oscillatoria SP S-3, Anabaena SP S-5 дакылдары тест штамдарыньщ есушщ тежелушщ ец Yлкен аймактарын керсетш, максимальды бактерияга карсы белсендшкп керсеткенш атап етуге болады. Phormidium SP S-2, Synechococcus SP S-4 дакылдарында зерттелген тест дакылдар катынасында теменп бактерияга карсы белсендшк бакыланды. Кец спектрл1 антибиотик ампициллин барлык тест бактериялардыц есуш тежеп, айкын есу зонасыныц тежелу1 аныкталды.

Корытынды

Цианобактериялар жаца препараттарды эз1рлеу Yшiн ыктимал бактерияларга карсы белсендшп бар табиги ешмдердщ ец перспективалы, бiрак пайдаланылмаган кездерiнiц бiрi болып саналады. Оцтайлы жарык, су, температура, ылгалдылык жэне коректiк заттардыц кол жепмдшш бар кYрiш алкаптарыныц экожYЙелерi цианобактериялардыц жаппай есуi Yшiн колайлы ортаны камтамасыз етедi. Зерттеу нэтижелерi бойынша Акдала массивiнiц егiс алкаптарыныц топырагынан микробалдырлар мен цианобактериялардыц 48 тYрi, оныц iшiнде 21 тYрi - цианобактериялар аныкталды. Цианобактериялар екшдершщ непзп Yлесi гетероцисталы формалар болды. Жш тэрiздi гетероцисталы формалардыц баска формаларга (бiр жасушалы жэне жiп тэрiздi гетероцисталы емес) Yстемдiгi кYрiш алкаптарыныц баска топырактарында да тiркелдi [19]. Цианобактериялар табигатта кец таралганымен, гетероцисталы популяциясыныц кепшiлiгi батпакты кYрiш алкаптарында есетiнi эдеби мэлiметтерде келтiрiлген, ейткеш кYрiш алкаптары азотты бекiтетiн цианобактериялардыц мол есуше ете колайлы орта болып саналады [20].

Аныкталган цианобактериялардан 5 альгологиялык таза цианобактерия дакылдары белшш алынды, бiрак оныц тек терт дакылы бактериологиялык таза дакыл ретiнде белiнiп алынды.

Соцгы онжылдыктарда скринингпк багдарламалар цианобактериялардыц медицина мен фармация Yшiн жаца белсендi заттардыц элеуетп кезi екенiн керсеттi жэне кептеген белсендi косылыстар белiнiп алынды [21]. Эволюция процесшде цианобактериялар баска организмдердщ елiмiне экелетiн заттарды детоксикациялаудыц эртYрлi механизмдерiн жасады [22]. Топырак цианобактерияларыныц бэсекеге кабiлеттiлiгi, атап айтканда,

олардыц баска микроорганизмдердщ кебеюш тежейтш биологиялык белсендi заттардыц синтезi сиякты кабшетше негiзделген.

Зерттеу нэтижелерi бойынша бактериологиялык таза дакыл ретiнде бeлiнiп алынган цианобактериялардыц арасынан Oscillatoria SP S-3, Anabaena SP S-5 дакылдарыныц метанол ерiтiндiсiнде E. coli жэне Staphylococcus aureus, B. subtilis есушщ тежелушщ ец Yлкен аудандарын керсетете отырып максималды бактерияга карсы белсендiлiктi керсетп. Бул нэтижелер Osman R. K. et al мэлiметтерiне сэйкес келедi (2015), цианобактериялардыц 14 тYрiн селективт iрiктеу нэтижелерi бойынша Fisherella sp, Oscillatoria sp. жэне Anabaena sp. дакылдары грамтерю бактериялар E. coli, Pseudomonas aeruginosa, Salmonella typhimuri грам-оц бактериялар S. aureus, B. cereus карсы антагониспк белсендшкке ие болды [23].

ЭртYрлi ерiткiштердi колдану аркылы алынган цианобактериялардыц эртYрлi турлершщ сыгындылары патогендер катынасында бактерияларга карсы белсендшктщ эртYрлi дэрежесi кептеген эдеби мэлiметтерде келтiрiлген. Tiwari & Sharma зерттеулерiнде Anabaena variabilis жэне Synechococcus цианобактериялык сыгындылары Enterococcus sp., Klebsiella sp. жэне E. coli карсы айтарлыктай бактерияга карсы белсендшкт керсетп [24]. Баска авторлар B. subtilis жэне P. aeruginosa-та карсы хлороформ мен метанолдан алынган Anabaena variabilis дакылыныц сыгындылары айтарлыктай бактерияга карсы белсендшгш байкады [25].

Бактерияларга карсы агенттер ретшде цианобактериялардан хлореллин туындылары, акрил кышкылы, алифатты косылыстар, терпендер, кYкiрт бар гетерофильдi косылыстар, фенол ингибиторлары жэне т. б. сиякты кептеген заттар аныкталды [26].

Олар эртYрлi биотехнологиялык мацызды косылыстардыц кеп мeлшерiн алу Yшiн орасан зор, бiрак элi де аз пайдаланылган ресурс болып табылады, eйткенi олар эртYрлi эсер ететш биологиялык белсендi заттарды синтездейд^ соныц iшiнде сацыраукулакка карсы, бактерияга карсы жэне вируска карсы белсендшк. Ал цианобактериялардыц жаца тYрлерiн iздестiру жэне окшаулау жэне биологиялык белсендi заттардыц продуценттерiн дурыс тацдау ауыл шаруашылыгы биотехнологиясында Yлкен мYмкiндiктер мен перспективалар ашады. Табиги тектес косылыстар синтетикалык косылыстармен салыстырганда оцай биологиялык ыдырайды жэне коршаган ортага каушаз косылыстар болып саналады [27].

^аржыландыру

Бул жумыс ИРН AP14870201 «Ауыл шаруашылыгы биотехнологиясында пайдалану Yшiн цианобактериялардыц болашагы мол жаца екiншi ретпк метаболиттерiн iздеу жэне зерттеу», AP13068051 «Ауыл шаруашылыгы еамдштершщ eнiмдiлiгiн арттыру Yшiн микробалдырлар мен цианобактериялар штамдары негiзiнде биопрепараттар алу технологиясын эзiрлеу» есебiнен орындалды.

Эдебиеттер:

1 Abed R.M., Dobretsov S., Sudesh K. Applications of cyanobacteria in biotechnology. Journal of Applied Microbiology, 2009, 106: 1-12.

2 Prasanna R., Sood A., Ratha S.K., Singh P.K., Naveen K. Sharma, Ashwani K. Rai and Lucas J. Sta (eds.). Cyanobacteria as a "green" option for sustainable agriculture. Cyanobacteria: an economic perspective, 2014, 9: 145-166.

3 Thajuddin, N., Subramanian, G. Cyanobacterial biodiversity and potential applications in biotechnology. Current Science, 2005, 89 (1): 47-57.

4 Kreitlow, S., Mundt, S. & Lindequist, U. Cyanobacteria - a potential source of new biologically active substances. Progress in Industrial Microbiology, 1999, 35: 61-63.

5 Taskin E., Ozturk M., Taskin, E. & Kurt О. Antibacterial activities of some marine algae from the Aegean Sea (Turkey). African Journal of Biotechnology, 2007, 6(24): 2746-2751.

6 Kim J.D. Screening of Cyanobacteria (Blue-Green algae) from Rice Paddy Soil for Antifungal Activity against Plant Pathogenic Fungi. Microbiology, 2006, 34(3): 138-42 (doi: 10.4489/MYCO.2006.34.3.138).

7 Derikvand P., Llewellyn C.A., Purton S. Cyanobacterial metabolites as a source of sunscreens and moisturizers: A comparison with current synthetic compounds. European Journal of Phycology, 2017, 52:43-56. (doi: 10.1080/09670262.2016.1214882).

8 Mallavarapu, M. Healthy levels of soil algae lift plant growth, CISRO land and water farming ahead, 2001, 120:21.

9 Bowman J.P., Rea S.M., McCammon S.A. et al. Diversity and community structure within anoxic sediment from marine salinity meromictic lakes and a coastal meromictic marine basin, Vestfold Hills, Eastern Antarctica. Environmental Microbiology., 2000, 2: 227-237.

10 Голлербах М. М., Полянский В. Н. Преcноводные водоро^и их изучение. Изд-во «Сов. наука», 2001. Определитель пресноводных водорослей СССР. Вып. 2. Синезеленые водоросли. М.: Изд-во «Сов. наука», 1953.

11 А. М. Музафаров, А. Э. Эргашев, С. Халилов. Определитель синезеленых водорослей Средней Азии, АН УзССР, Ин-т ботаники, Ташкент, 1987.

12 Temraleeva A.D., Dronova S.A., Moskalenko S. V., Didovich S.V. Modern methods for isolation, purification, and cultivation of soil cyanobacteria. Microbiology, 2016, 85: 389-399.

13 Malathi, T., Ramesh Babu, M., Mounika, T., Snehalatha, D. & Digamber Rao Screening of cyanobacterial strains for antibacterial activity. Phykos: Journal of the Phycological Society, 2014, 44(2): 6-11.

14 Perez, C., Pauli, M. & Bazerque, P. An antibiotic assay by agar-well diffusion method. Acta Biologiae etMedecine Experimentaalis, 1990, 15: 113-115.

15 Poshanov M.N., Otarov A., Duisekov S.N., Elantseva N.V., Smanov Z.M., Suleimenova A.I. Calculation of water flow in using various methods of rice irrigation (drip irrigation and pressing). Soil Science and Agrichemistry, 2018, 4: 40-47.

16 Кулагин В.В., Шакибаев И.И., Муртазин Е.Ж. Методические указания по проведению мониторинга орошаемых земель Республики Казахстан. Астана, 1998.

17 Кокшарова О.А. Применение методов молекулярной генетики и микробиологии в экологии и биотехнологии цианобактерий. Микробиология, 2010, 79(6): 734-747.

18 Singh R., Parihar P., Singh M., Bajguz A., Kumar J., Singh S., Singh V. P., Prasad S. M. Uncovering Potential Applications of Cyanobacteria and Algal Metabolites in Biology, Agriculture and Medicine: Current Status and Future Prospects. Frontiers Microbiology, 2017, 8: 515.

19 Abinandan S., Subashchandrabose SR., Venkateswarlu K., Megharaj M. Soil microalgae and cyanobacteria: the biotechnological potential in the maintenance of soil fertility and health. Critical Reviews in Biotechnology, 2019, 39(8): 981-998.

20 Bharadwaj N., Baruah P.P. Diversity and abundance of N2-fixing cyanobacterial population in rice field soil crusts of Lower Brahmaputra Valley agro-climatic zone. Journal Algal Biomass Utilization, 4:23-33.

21 Chunleuchanon S., Sooksawang A., Teaumroong N., Boonkerd N. Diversity of nitrogen-fixing cyanobacteria under various ecosystems of Thailand: population dynamics as affected by environmental factors. World Journal of Microbiology and Biotechnology, 2003, 19(2): 167-173.

22 Kumar B.N.P., Manaboobi S., Satyam S. Cyanobacteria: a potential natural source for drug discovery and bioremediation. Journal of Industrial Pollution Control, 2016, 32 (2): 508-517.

23 Osman R.K., Goda H.A., Higazy A.M. Evalution of some extra- and intracellular cyanobacterial extractsas antimicrobial agents. International Journal of Advanced Research, 2015, 5: 852-864.

24 Tiwari, A. & Sharma, D. Antibacterial activity of bloom farming Cyanobacteria against clinically isolated human pathogenic microbes. Journal of Algal Biomass Utilization, 2013, 4 (1): 83-89.

25 Malathi, T., Ramesh Babu, M., Mounika, T., Snehalatha, D. & Digamber Rao, Screening of cyanobacterial strains for antibacterial activity. Phykos: Journal of the Phycological Society, 2014, 44(2): 6-11.

26 Lavanya R., Veerappan V. Antibacterial potential of six seaweeds collected from Gulf of Mannar of southeast coast of India. Advances in Biological Research, 2011, 5(1): 38-44.

27 Oz Demir G.,Karabay N.U., Dalay M.C., Pazarbasi B. Antibacterial activity of volatile component and various extracts of Spirulinaplatensis. Phytother Res, 2004, 18: 754-757.

С.Н. СЕЙ1ЛБЕК, М. ТОРТАЙ, Н.Р. АКМУХАНОВА*, Ф.К. САРСЕКЕЕВА, Д.К. КИРБАЕВА, НЕ. БИДАГ¥ЛОВА, Н А. АЛТЫБАЕВА, А.Б. ЕЛАМАНОВА Казахский национальный университет имени аль-Фараби, Алматы, Казахстан *e-mail: akmukhanova.nurziya@gmail .com

БИОРАЗНООБРАЗИЕ МИКРОВОДОРОСЛЕЙ ПОСЕВНЫХ ПЛОЩАДЕЙ АКДАЛИНСКОГО МАССИВА И ВЫДЕЛЕНИЕ ЦИАНОБАКТЕРИИ С АНТИБАКТЕРИАЛЬНОЙ АКТИВНОСТЬЮ

Аннотация

Изучено видовое разнообразие цианобактерий и микроводорослей посевных площадей Акдалинского массива Алматинской области. Биоразнообразие микроорганизмов представляет собой крупнейший неиспользованный резервуар для потенциального открытия новых перспективных видов микроорганизмов. Целью исследований было изучение видового разнообразия микроводорослей и цианобактерий и выделение перспективных видов цианобактерий. По результатам исследований из почв посевных площадей Акдалинского массива были выделены 48 видов микроводорослей и цианобактерий, из них 21 вид - цианобактерии. Основную долю представителей цианобактерий составляли гетероцистные формы. Из определенных видов цианобактерий выделено 5 альгологически чистых культур, но при получении бактериологически чистых культур после обработки с антибиотиками 4 культуры цианобактерий получены в чистым виде. По результатам исследований из выделенных четырех видов цианобактерий максимальную антибактериальную активность проявляли культуры Oscillatoria SP S-3, Anabaena SP S-5, показывая наибольшие площади угнетения роста тест-культур E. coli и Staphylococcus aureus, B. sub tilis с экстрактами метанола. Цианобактерии представляют собой огромный, но еще малоиспользуемый, ресурс для получения большого количества различных биотехнологически важных соединений, обладающих антифунгальной, антибактериальной и антивирусной активностью. Поиск и выделение новых видов цианобактерий и правильный выбор продуцентов биологически активных веществ открывает большие возможности и перспективы в агробиотехнологии.

Ключевые слова: биоразнообразие, микроводоросли, цианобактерии, альгологически чистые культуры, антибактериальная активность.

IRSTI: 62.99.39

S.N. SEILBEK, M. TORTAY, N R. AKMUKHANOVA*, F.K. SARSEKEEVA, D.K. KIRBAEVA, N.E. BIDAGULOVA, N.A. ALTYBAEVA, A.B. ELAMANOVA Al-Farabi Kazakh National University, Almaty, Kazakhstan * e-mail: akmukhanova.nurziya@gmail .com

BIODIVERSITY OF MICROALGAE OF ACREAGE OF THE AKDALA VALLEY AND ISOLATION OF CYANOBACTERIA WITH ANTIBACTERIAL ACTIVITY

doi: 10.53729/MV-AS.2023.01.14

Abstract

The species diversity of cyanobacteria and microalgae of the acreage of the Akdala valley in the Almaty region has been studied. Microbial biodiversity represents the largest untapped reservoir for the potential discovery of new promising species of microorganisms. The aim of the research was to study the species diversity of microalgae and cyanobacteria and identify promising species of cyanobacteria. According to the results of the research, 48 species of microalgae and cyanobacteria were identified from the soils of the acreage of the Akdala valley, where 21 species were cyanobacteria. The main proportion of representatives of cyanobacteria were heterocystic forms. 5 algological pure cyanobacteria cultures were isolated from certain types of cyanobacteria, but when obtaining bacteriologically pure cultures after treatment with antibiotics, 4 cyanobacteria cultures were obtained in pure form. According to the results of the research, the cultures of Oscillatoria SP S-3, Anabaena SP S-5 showed the maximum antibacterial activity from the isolated four species of cyanobacteria, also showing the largest areas of growth inhibition of the test strains of E. coli and Staphylococcus aureus, B. subtilis with methanol extracts. Cyanobacteria are a huge, but still small-used resource for obtaining a large number of various biotechnologically important compounds, because they synthesize various biologically active substances, which have antifungal, antibacterial, anti-virus activity. The search and isolation of new species of cyanobacteria and the right choice of producers of biologically active substances opens up great opportunities and prospects in agrobiotechnology.

Keywords: biodiversity, microalgae, cyanobacteria, algologically pure cultures, antibacterial activity.

The emergence of soil organic matter occurs with the direct participation of microorganisms, whose multilateral action on plant and animal residues is described by a variety of biochemical reactions. Filling the spaces unoccupied by higher plants, Cyanobacteria serve as a factor of additional assimilation of solar energy and a source of additional biomass [1]. They participate in the formation of soils and affect the physicochemical properties of the formed soils. The functions of cyanobacteria in soils are determined by the ability to produce organic matter, fix atmospheric nitrogen, increase the availability of phosphorus and other elements, release phytohormones and toxins and also provide anti-erosion activity due to mucous substances and filamentous thallomas [2]. The components producing cyanobacteria are antioxidants and pigments (including fucoxanthin, carotenoids, lutein, b-carotene, astaxanthin and phycobilliproteins), long-chain polyunsaturated fatty acids (LC-PUFA) and proteins (essential amino acids methionine, threonine and tryptophan). These secondary metabolites are widely used in the food, feed, agricultural and pharmaceutical industries [3].

It is also known that various types of cyanobacteria produce intracellular and extracellular metabolites with antibacterial and antifungal properties [4]. Antimicrobials are widely used in the treatment of bacterial infections, but bacteria can become resistant to existing drugs. For this reason, researchers began searching for natural compounds to discover new antibacterial compounds [5]. Cyanobacteria are considered as promising biological resources in this area.

Cyanobacteria are the main component of the microbial community in rice fields, contribute

to the fertility of agricultural ecosystems and potential source of biologically active secondary metabolites, which are compounds that are not necessary for cellular metabolism [6]. Some potential applications of cyanobacteria that should be considered are the production of antibacterial compounds for the pharmaceutical industry and the agricultural sector as biofertilizers and biocontrol agents. Isolation and screening of cyanobacteria for the presence of antibacterial substances and other pharmacologically active compounds is for increasing interest as a potential source of new agrochemical agents [7]. In this regard, the purpose of our research work is to study the species diversity of cyanobacteria and microalgae of the acreage of the Akdala valley in the Almaty region and identify promising species of cyanobacteria.

Materials and methods

The object of research is the rice systems of the Akdala rice-growing valley, located on the delta of the Ile River.

Soil sampling was carried out using the envelope method [8]. A total of 28 algological samples were collected. All collected samples were carefully labelled. The labels indicated the sample number, the time and place of collection and the name of the collector. In the course of the study, field collections and laboratory analyses were carried out using methods generally accepted in algological practice. The qualitative composition of cyanobacteria was analyzed by the fouling glass method. To do this, the soil samples were placed in Petri dishes, soaked with BG-11 medium and cover glasses were placed on the surface so that they were in full contact with the soil.

The cups were incubated in natural light and at room temperature, and after 30 days the glasses were examined for the presence of fouling. Cyanobacteria and microalgae were researched using «Premere» and «MicrosAustria» light microscopes with magnification from 40 to 100 times. About 30-40 visual fields were viewed from each water sample on at least 5 preparations. The results obtained were shown as the number of cells in 1 ml of water. The number of cyanobacteria and microalgae was estimated on a frequency scale when recalculated by 100 visual fields [9]. The types of cyanobacteria and microalgae were determined in the native and fixed preparations of cells. At the same time, formaldehyde and iodine solutions were used as a fixative. The types of cyanobacteria and microalgae were determined using determinants [10, 11].

The accumulation culture of cyanobacteria was obtained according to the traditional method, standard microbiological methods were used to isolate an algologically pure culture from the accumulation cultures [12]. Cyanobacteria were grown in 500 ml flasks under sterile conditions. The mineral medium of Gromov, Zarruk, IP-11 were used.

To obtain extracts of cyanobacteria, dry biomass of isolated cultures was obtained. Dried samples were crushed using a sterile mortar and pestle. Then 0.5 g of the crushed sample was mixed with 10 ml of the solvents used (methanol, ethanol) and kept overnight at room temperature in a rotating shaker for complete extraction. At 4000 rpm for 15 minutes, the extracts were centrifuged and concentrated at 50°C at reduced pressure. The concentration was adjusted to 1 mg/ml using the same solvent used for extraction and analyzed for antibacterial activity [13].

The antibacterial activity of isolated cyanobacteria cultures was studied on four types of microorganisms from the culture collection of the Biotechnology faculty of Al-Farabi Kazakh National University: gram-negative cocci facultative anaerobes Escherichia coli and aerobic

Pseudomonas aeruginosa, aerobic gram-positive spore-forming cocci Bacillus subtilis and facultative anaerobic gram-positive cocci Staphylococcus aureus. Antibacterial activity was determined using the agar diffusion method [14]. For the study, pure cultures of microorganisms pre-grown on meat-peptone agar (MPA) at a temperature of 37°C for 24 hours were used. The standard bacterial suspension was prepared on a sterile 0.9% sodium chloride solution. To do this, the culture was introduced into a sterile vial with sterile saline with a bacteriological loop and the concentration of microorganisms was brought to a value of 0.5 units of the McFarland turbidity standard. Melted and cooled until 56°C MPA was poured into Petri dishes. 1.0 ml of the corresponding suspension of microorganisms was added to the frozen agar using an automatic pipette under sterile conditions in Petri dishes. After the uniform distribution of microorganisms

over the entire surface of the agar, the cups were incubated at room temperature for 15-20 minutes. Then seven holes with a diameter of 6.0 mm were made on a cup with microorganisms. Then, with the help of an automatic micropipette, cyanobacteria extracts were introduced into six wells by 20 ц1. The samples were incubated at a temperature of 37 °C for 16 hours. The results were taken into account by the presence or absence of bacterial growth around the wells with extraction by measuring the diameter of the zone around the well in millimeters.

Discs with the antibiotic ampicillin (10 micrograms) were used as a positive reference standard for determining sensitivity. The experiment was carried out in a triple repetition.

The antibacterial index of the researched cultures was determined by the formula:

Antibacterial index = (extract inhibition zone/antibiotic inhibition zone) x 100.

Results and discussion

Algoflora of acreage of the Akdala valley in the Almaty region

In the Akdala Valley, irrigation under rice is mainly developed takyr-like soils with different degrees of salinization. The salinization of these soils has a relict character, inherited from earlier hydromorphic soil formation periods [15]. The valley administratively belongs to the Balkhash district of the Almaty region. On the Akdala irrigation valley, the climate is sharply continental, arid with a large amplitude of daily and annual temperatures. Winter is cold, with little snow, summer is hot and dry. According to the meteorological station in the village of Bakanas, the highest monthly average air temperature values 24-26°C are observed in July, with an absolute maximum of 45°C, the lowest minus 14-16°C in January, with an absolute minimum of minus 45°C. The average annual temperature is positive, about 6.6-9.9°C. The duration of the frost-free season is 150-160 days. The depth of freezing of the soil usually does not exceed 40-45 cm and only in severe winters with little snow reaches 1 m. The amount of precipitation in the long-term cycle varies from 100 to 360 mm, but on average is 180-240 mm [16].

According to the results of the research, 48 species of microalgae and cyanobacteria were identified from selected soil samples. Five species are yellow-green, 21 species are cyanobacteria, 8 species are diatoms and 14 species are green. The group that has the most common species is represented by 5 species: Phormidium autumnale, Nitzschiapalea, Chlorella vulgaris and Nostoc linckia, Anabaena flos-aguae. Two classes of Chlorophyll species (Chlamydomonadaceae and Chlorococcaceae) have been identified among green algae. The Bacillariophyta division included representatives of the Bacillariaceae and Diadesmidaceae families. From the yellow-green family Botrydiopsidae and Eustigmataceae.

Of the certain species of cyanobacteria, the leading position in species diversity is occupied by the family Nostocaceae, headed by 4 genera (Anabaena, Anabaenopsis, Aulosira and Nostoc). The main part of representatives of cyanobacteria that grew up attached to glass is Anabaena cylindrica, A. oscillarioides, Nostoc commune, composed of heterocystic forms. The genera Plectonema, Synechococcus differ in a smaller number of the Cyanophyta species. Filamentous heterocystic (75%) cyanobacteria demonstrated clear dominance over unicellular colonial (14%) and filamentous non-heterocystic (11%) forms.

Isolation of algologically and bacteriologically pure Cyanobacteria cultures

Using the method of accumulative cultures based on selected soil samples, 5 algologically pure cyanobacteria cultures were isolated. According to morphological features, cyanobacteria are mostly filamentous or form colonies, only the S-4 culture has a coccoid cell shape.

At the next stage, the obtained algologically pure cyanobacteria cultures were purified from satellite bacteria. According to the estimates of bacteriological analysis, concomitant microflora was present in all cultures. It was revealed that the accompanying microflora of isolated cyanobacteria mainly consists of gram-positive and gram-negative bacteria, yeast and mold. The purification of isolated cultures from bacteria is a very complex and time-consuming process, since it is known that there are dense biocenotic connections between cyanobacteria and bacteria. The mucous membranes of cyanobacteria serve as a source of nutrition and shelters for

microorganisms. This close relationship determines the difficulties of dividing such communities into isolated cultures: cyanobacteria and bacteria.

Different antibiotics were used for bacteriological purification of cyanobacteria. It was determined that when using antibiotics in lower concentrations, the growth of associated microorganisms, yeast, mold, gram-positive and gram-negative bacteria was still observed. During the analysis of the antibiotic sensitivity of the associated microflora, it was found that some bacteria are sensitive to some antibiotics, and the latter to others. Further, mixtures of antibiotics were selected for purification: broad-spectrum antibiotics, against gram-positive and gramnegative bacteria, and antifungal antibiotics in various concentrations, since the accompanying microflora reacted differently to different antibiotics. A broad-spectrum fungicidal antibiotic nystatin was selected as an antifungal antibiotic in all variants (Table 1).

Table 1 - Bacteriological purification of cyanobacteria from accompanying microflora

A mixture of antibiotics Culture S-1 Culture S-2 Culture S -3 Culture S-4 Culture S-5

cm C cm C cm C cm C cm C

Gentamicin+ penicillin+ tetracycline+nystatin + - - + - + - + + +

Neomycin+ ampicillin +chloramphenicol+ nystatin + - - + - + - + - +

Kanamycin+ penicillin+ lincomycin+ nystatin + - + + + + - - + +

Penicillin+ gentamicin+ kanamycin+ nystatin + - - + - + - + - +

Note: cm - concomitant microflora, C-cyanobacteria, - lack of growth, + culture growth.

These attempts to eliminate the accompanying microflora of cyanobacteria using a mixture of antibiotics were successful for 4 out of 5 tested cyanobacteria cultures. It was found that after using a mixture of antibiotics, the S-1 culture was still heavily infected with satellite bacteria. An increase in the concentration of antibiotics had a bactericidal effect on both satellite bacteria and cyanobacteria culture.

As a result of treatment with a mixture of antibiotics, 4 cultures of cyanobacteria were obtained bacteriologically pure. The viability of cyanobacteria was tested in two ways -microscopically and culturally. The 4 cyanobacteria cultures obtained were recognized as bacteriologically pure, since the growth of "dormant" satellite bacteria after holding the cultures at room temperature for 7 days was not detected.

The study of the morphology of bacteriologically pure cyanobacteria showed that the culture of S-2 turf is leathery, thin, pale blue-green, trichomes are curved, intertwined, laced at the transverse partitions, not thin and straight at the ends, bright blue-green, 0.6-0.8 microns wide. The vaginas are colorless, glued together. The cells are cylindrical, their length is 2-8 times greater than the width, at the transverse partitions without granulations. The threads are the same thickness throughout, only the very end of it is very slightly narrowed and slightly bent. The terminal cell is obtusely conical. Division occurs in one plane, which leads to a linear arrangement of cells. The color is blue-green, the cells do not settle to the bottom, growing only by forming fouling on the vessel wall. It grows poorly on a solid medium, growth appears only on 8-10 days of cultivation. It grows well at an air temperature of 22-30°C on the liquid medium of Zarruk (Fig.1). According to morphological characteristics, it is identified as - class: Oscillatoriophycideae Order: Oscillatoriales, Family: Phormidiaceae, a genus of Phormidium, species Phormidium SP S-2.

Culture S-3 is filamentous, with a well-defined mucous membrane, single-row trichomes, dark blue-green, cell sizes 2.2- 2.4-x 4,2-5.9 microns. Trichomes form strands that are located relatively parallel. The trichomes are straight, slightly laced at the transverse partitions, 4-10 microns wide, bright blue-green, sometimes slightly curved towards the ends. The length of the

cells is 2.6-5 microns, i.e. 2-3 times shorter than the width. Granulation at the transverse partitions is mostly clearly noticeable. The terminal cells are more or less clearly hemispherical, sometimes with a slightly thickened shell. Division occurs in one plane, which leads to a linear arrangement of cells. The color is blue-green, the cells do not settle to the bottom, growing only by forming fouling on the vessel wall. It grows poorly on a solid medium, growth appears only on 8-10 days of cultivation. The strain is autotrophic. It grows well at an air temperature of 22-30°C on liquid and agarized Gromov medium (Fig.1).

According to morphological characteristics, it is identified as a - Class: Oscillatoriophycideae Order: Oscillatoriales, Family: Oscillatoriaceae, a genus of Oscillatoria, species Oscillatoria SP S-3.

Culture S-4 - They developed well in a liquid medium and was a suspension of dark green color. On the agarized solid nutrient medium, the correct colonies are formed. Morphologically, the cells are oval in shape with rounded ends, sometimes slightly curved, the size of adult cells is 3.6-7.7 microns in length. Cell division is correct, after division, daughter cells sometimes remain connected in chains of two or four cells. It grows well at an air temperature of 22-35°C on the liquid medium of Zarruka (Fig.1). According to morphological characteristics, it is identified as a - class: Synechococcophycideae, Order: Synechococcales, Family: Synechococcaceae, a genus of Synechococcus, species Synechococcus SP S-4.

Culture S-5- The turf is dark blue-green. Trichomes are not narrowed at the ends and have pronounced constrictions in the places of the partitions. Trichomes are single, straight, and consist of spherical cells, among which heterocysts and, less often, akinets were found. Heterocysts are intercalary in most cases. The diameter of the trichomes is within 2-8 microns. The division takes place in one plane. On a liquid medium, it grows forming fouling on the vessel wall. The strain is autotrophic. It grows well at an air temperature of 22-30°C on liquid and agarized media BG-11 (Figure 1). According to morphological characteristics , it is identified as a - class: Nostocophycideae, Order: Nostocales, Family: Nostocaceae, a genus of Anabaena, species Anabaena SP S-5.

According to the results of the research, 5 algologically pure cyanobacteria cultures were isolated from the researched soil sample, but when obtaining bacteriologically pure cultures after treatment with antibiotics, 4 cyanobacteria cultures were obtained in pure form.

Phormidium SP S-2 Oscillatoria SP S-3 Synechococcus SP S-4 Anabaena SP S-5

Figure 1 - Isolated algologically and bacteriologically pure cyanobacteria cultures

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Antibacterial activity of isolated cyanobacteria cultures

Cyanobacteria are producers of various bioactive molecules, the production of which has provided these organisms with evolutionary advantages. Allelochemical substances synthesized by cyanobacteria that perform the functions of signaling metabolites, as well as affecting the growth and development of other organisms, can have a toxic effect. In addition to toxins, cyanobacteria metabolites are rich in other active compounds with antibacterial, antifungicidal and antiviral effects [17, 18].

To study the antibacterial activity of the isolated strains of cyanobacteria, the biomass of cyanobacteria was obtained. Extracts with different solvents were obtained from the biomass of

216

cyanobacteria strains. The antibiotic ampicillin was used as a positive control. Obviously, the diameter of the inhibition zone depends on the type of cyanobacteria, the type of solvent used and the microorganisms tested.

Of the investigated cultures, the best antibacterial activity was shown by methanol extracts of Oscillatoria SP S-3 and Anabaena SP S-5 cultures. According to the results of the research, the diameter of the inhibition zone when searching the antibacterial effect of the methanol extract of the Oscillatoria SP S-3 culture was E. coli - 12 ± 0.02 mm, Staphylococcus aureus - 11 ± 0.01 mm. In P. aeruginosa and B. subtilis bacteria, the growth inhibition zone was only 9.2 ±0.03 and 9.3±0.01 mm, respectively (Table 2).

The highest antibacterial activity when studying the effect of methanol extract of Anabaena SP S-5 culture was measured against B. subtilis - 12 ±0.05 mm and E. coli -10.8±0.01 mm, followed by Staphylococcus aureus - 9.2±0.05 mm and P. aeruginosa -8.5±0.06 mm (Table 2).

Culture Oscillatoria SP S-3, showed moderate antibacterial activity against the studied test cultures of microorganisms (Table 2).

The bacterial strains searched by the test showed the least inhibition zones when studying the methanol extract of the Synechococcus SP S-4 culture. And the zone of no growth ranged from 0.9 to 2.5 mm.

Table 2 - Sensitivity (no growth zone, mm) of test microorganisms to various extracts of isolated cyanobacteria cultures_

Cyanobacteria culture Test culture of microorganisms Extracts of isolated Cyanobacteria cultures

Methanol Ethanol

Phormidium SP S-2 P. aeruginosa 5,5±0,06 1,3±0,02

B. subtilis 4,3±0,01 0,8±0,06

E. coli 3,2±0,04 1,0±0,04

St. aureus 3,5±0,02 1,2±0,02

Oscillatoria SP S-3 P. aeruginosa 9,2±0,03 5,6±0,04

B. subtilis 9,3±0,01 4,3±0,05

E. coli 12 ±0,02 6,6±0,04

St. aureus 11±0,01 5,3±0,01

Synechococcus SP S-4 P. aeruginosa 2,5±0,01 0,5±0,02

B. subtilis 1,3±0,03 0,2±0,01

E. coli 1,2±0,01 0,3±0,02

St. aureus 0,9±0,02 0,1±0,02

Anabaena SP S-5 P. aeruginosa 8,5±0,06 10,2±0,03

B. subtilis 12 ±0,05 5,2±0,04

E. coli 10,8±0,01 5,5±0,01

St. aureus 9,2±0,05 4,6±0,02

In the case of ethanol extract, the cultures Oscillatoria SP S-3 and Anabaena SP S-5 also showed antibacterial activity, but less pronounced compared to methanol extract. The zone of no growth of the E. coli bacterium was 6.6±0.04 mm when using the ethanol extract of the Oscillatoria SP S-3 culture, while the methanol extract of this culture showed an inhibition diameter of 12 ±0.02 mm. But active suppression of growth was noted in the bacterium P.aeruginosa in the study of ethanol extract of Anabaena SP S5 culture and the inhibition zone was 10.2± 0.03 mm, while the absence zone of the test culture of methanol extract of the same culture was 8.5± 0.06 mm (Table 2).

Positive control (ampicillin) showed pronounced zones of absence of growth of the microorganisms investigated by the test and the inhibition diameter ranged from 18 to 20 mm.

The antibacterial effects of extracts of isolated cyanobacteria cultures were compared with commercial ampicillin antibiotics, and the results of this comparison are given in (Table 3) as an antibacterial index. According to the index data, the effectiveness of methanol extracts obtained from the culture of Oscillatoria SP S-3 and Anabaena SP S-5, especially against E. coli, was 66.6%

and 60% close to the effectiveness of the antibiotic ampicillin. Also, the culture of Oscillatoria SP S-3 has positive antibacterial activity to St. aureus -55%. Anabaena SP S5 culture also showed significant activity in inhibiting the growth of the culture and the antibacterial index was E. coli -60% with methanol extract and P. aeruginosa -51% with ethanol extract.

Table 3 - Antibacterial index of extracts of isolated cyanobacteria cultures in %

Cyanobacteria culture Test culture of microorganisms Extracts of isolated Cyanobacteria cultures

Methanol Ethanol

Phormidium SP S-2 P. aeruginosa 27,5 6,5

B. subtilis 22,6 4,2

E. coli 17,7 5,5

St. aureus 17,5 6

Oscillatoria SP S-3 P. aeruginosa 46 28

B. subtilis 48,9 22,6

E. coli 66,6 36,6

St. aureus 55 26,5

Synechococcus SP S-4 P. aeruginosa 12,5 2,5

B. subtilis 6,8 1,0

E. coli 6,6 1,6

St. aureus 4,5 0,5

Anabaena SP S-5 P. aeruginosa 42,5 51

B. subtilis 63,1 27,3

E. coli 60 30,5

St. aureus 46 23

Thus, according to the results of the research, it can be noted that of all the isolated strains of cyanobacteria, the cultures Oscillatoria SP S-3, Anabaena SP S-5 showed the maximum antibacterial activity, showing the largest areas of inhibition of the growth of test bacterial strains. Cultures of Phormidium SP S-2, Synechococcus SP S-4 showed low antibacterial activity against the studied strains of microorganisms. Ampicillin, a broad-spectrum antibiotic, inhibited the growth of all bacteria and there was a pronounced absence of a growth zone of all bacteria.

Conclusion

Cyanobacteria are considered one of the most promising but unused sources of natural products with potential antibacterial activity for the development of new drugs. Rice field ecosystems with their optimal levels of light, water, temperature, humidity and nutrient availability provide a favorable environment for the mass growth of cyanobacteria. According to the results of the research, 48 species of microalgae and cyanobacteria were identified from the soils of the acreage of the Akdala valley, of which 21 species were cyanobacteria. The main proportion of representatives of cyanobacteria were heterocystic forms. The dominance of filamentous heterocystic forms over other forms (unicellular and filamentous non-heterocystic) was also recorded on other soils of rice fields [19]. Although Cyanobacteria are ubiquitous in nature, it is reported that their greater number, which makes up more than half of the heterocystic population, grows in swampy rice fields, since rice fields provide very favorable conditions for the abundant growth of nitrogen-fixing cyanobacteria [20].

5 algological pure cyanobacteria cultures were isolated from certain types of cyanobacteria, but when obtaining bacteriologically pure cultures after treatment with antibiotics, 4 cyanobacteria cultures were obtained in pure form.

In recent decades, screening programs have shown that cyanobacteria are a potential source of new active substances for medicine and pharmacy, and numerous active compounds have been isolated [21].In the course of evolution, cyanobacteria have developed various mechanisms of detoxification of substances capable of causing the death of other organisms [22]. The competitiveness of soil cyanobacteria is based, in particular, on their ability to synthesize

biologically active substances that suppress the reproduction of other microorganisms.

According to the results of the research, the cultures of Oscillatoria SP S-3, Anabaena SP S-5 showed the maximum antibacterial activity from the isolated four species of cyanobacteria, showing the largest areas of growth inhibition of the test strains of E. coli and Staphylococcus aureus, B. subtilis with methanol extracts. These results are consistent with the data of Osman R.K. et al. (2015), according to their results of selective selection of 14 species of cyanobacteria showed that Fisherella sp., Oscillatoria sp. and Anabaena sp. have antagonistic activity against gram-negative bacteria E. coli, Pseudomonas aeruginosa, Salmonella typhimuri and gram-positive bacteria S. aureus, B. segei [23].

Extracts of various types of cyanobacteria obtained using various solvents showed different degrees of antibacterial activity against pathogenic microorganisms and were researched by different researchers. In a research conducted by Tiwari & Sharma cyanobacterial extracts of Anabaena variabilis and Synechococcus elongates have shown significant antibacterial activity against Enterococcus sp., Klebsiella sp. and E.coli [24]. Other authors have observed significant antibacterial activity of Anabaena variabilis in crude extracts from chloroform and methanol against B. subtilis and P. Aeruginosa [25].

Numerous substances have been identified as antibacterial agents from cyanobacteria, such as chlorellin derivatives, acrylic acid, aliphatic compounds, terpenes, sulfur-containing heterophilic compounds, phenolic inhibitors, etc. [26]. They represent a huge, but still little-used resource for obtaining a large number of various biotechnologically important compounds, since they synthesize a variety of biologically active substances with different effects, including antifungal, antibacterial, and antiviral activity. And the search and isolation of new species of cyanobacteria and the right choice of producers of biologically active substances opens up great opportunities and prospects in agrobiotechnology. At the same time, compounds of natural origin, in comparison with synthetic ones, are easily biodegradable and are safe for the environment [27].

Funding

The work was carried out within the framework of the IRN AP14870201 project "Search and study of new secondary metabolites of cyanobacteria promising for use in agricultural biotechnology", AP13068051 «Development of technology for obtaining biological products based on strains of microalgae and cyanobacteria to increase the productivity of agricultural plants».

References:

1 Abed R.M., Dobretsov S., Sudesh K. Applications of cyanobacteria in biotechnology. Journal of Applied Microbiology, 2009, 106: 1-12.

2 Prasanna R., Sood A., Ratha S.K., Singh P.K., Naveen K. Sharma, Ashwani K. Rai and Lucas J. Sta (eds.). Cyanobacteria as a "green" option for sustainable agriculture. Cyanobacteria: an economic perspective, 2014, 9: 145-166.

3 Thajuddin, N., Subramanian, G. Cyanobacterial biodiversity and potential applications in biotechnology. Current Science, 2005, 89 (1): 47-57.

4 Kreitlow, S., Mundt, S. & Lindequist, U. Cyanobacteria - a potential source of new biologically active substances. Progress in Industrial Microbiology, 1999, 35: 61-63.

5 Taskin E., Ozturk M., Taskin, E. & Kurt О. Antibacterial activities of some marine algae from the Aegean Sea (Turkey). African Journal of Biotechnology, 2007, 6(24): 2746-2751.

6 Kim J.D. Screening of Cyanobacteria (Blue-Green algae) from Rice Paddy Soil for Antifungal Activity against Plant Pathogenic Fungi. Microbiology, 2006, 34(3): 138-42 (doi: 10.4489/MYCO.2006.34.3.138).

7 Derikvand P., Llewellyn C.A., Purton S. Cyanobacterial metabolites as a source of sunscreens and moisturizers: A comparison with current synthetic compounds. European Journal of Phycology, 2017, 52:43-56. (doi: 10.1080/09670262.2016.1214882).

8 Mallavarapu, M. Healthy levels of soil algae lift plant growth, CISRO land and water farming ahead, 2001, 120:21.

9 Bowman J.P., Rea S.M., McCammon S.A. et al. Diversity and community structure within anoxic sediment from marine salinity meromictic lakes and a coastal meromictic marine basin, Vestfold Hills, Eastern Antarctica. Environmental Microbiology., 2000, 2: 227-237.

10 Gollerbah M. M., Poljanckij V. N. Precnovodnye vodorocli ih izuchenie. Izd-vo «Cov. nauka», 2001. Opredelitel' precnovodnyh vodoroclej CCCR. Vyp. 2. Cinezelenye vodorocli. M.: Izd-vo «Cov. nauka», 1953.

11 А M. Muzafarov, A. Je. Jergashev, S. Halilov. Opredelitel' sinezelenyh vodoroslej Srednej Azii, AN UzSSR, In-t botaniki, Tashkent, 1987.

12 Temraleeva A.D., Dronova S.A., Moskalenko S. V., Didovich S.V. Modern methods for isolation, purification, and cultivation of soil cyanobacteria. Microbiology, 2016, 85: 389-399.

13 Malathi, T., Ramesh Babu, M., Mounika, T., Snehalatha, D. & Digamber Rao Screening of cyanobacterial strains for antibacterial activity. Phykos: Journal of the Phycological Society, 2014, 44(2): 6-11.

14 Perez, C., Pauli, M. & Bazerque, P. An antibiotic assay by agar-well diffusion method. Acta Biologiae etMedecine Experimentaalis, 1990, 15: 113-115.

15 Poshanov M.N., Otarov A., Duisekov S.N., Elantseva N.V., Smanov Z.M., Suleimenova A.I. Calculation of water flow in using various methods of rice irrigation (drip irrigation and pressing). Soil Science and Agrichemistry, 2018, 4: 40-47.

16 Kulagin V.V., Shakibaev I.I., Murtazin E.Zh. Metodicheskie ukazanija po provedeniju monitoringa oroshaemyh zemel' Respubliki Kazahstan. Astana, 1998.

17 Koksharova O.A. Primenenie metodov molekuljarnoj genetiki i mikrobiologii v jekologii i biotehnologii cianobakterij. Mikrobiologija, 2010, 79(6): 734-747.

18 Singh R., Parihar P., Singh M., Bajguz A., Kumar J., Singh S., Singh V. P., Prasad S. M. Uncovering Potential Applications of Cyanobacteria and Algal Metabolites in Biology, Agriculture and Medicine: Current Status and Future Prospects. Frontiers Microbiology, 2017, 8: 515.

19 Abinandan S., Subashchandrabose SR., Venkateswarlu K., Megharaj M. Soil microalgae and cyanobacteria: the biotechnological potential in the maintenance of soil fertility and health. Critical Reviews in Biotechnology, 2019, 39(8): 981-998.

20 Bharadwaj N., Baruah P.P. Diversity and abundance of N2-fixing cyanobacterial population in rice field soil crusts of Lower Brahmaputra Valley agro-climatic zone. Journal Algal Biomass Utilization, 4:23-33.

21 Chunleuchanon S., Sooksawang A., Teaumroong N., Boonkerd N. Diversity of nitrogen-fixing cyanobacteria under various ecosystems of Thailand: population dynamics as affected by environmental factors. World Journal of Microbiology and Biotechnology, 2003, 19(2): 167-173.

22 Kumar B.N.P., Manaboobi S., Satyam S. Cyanobacteria: a potential natural source for drug discovery and bioremediation. Journal of Industrial Pollution Control, 2016, 32 (2): 508-517.

23 Osman R.K., Goda H.A., Higazy A.M. Evalution of some extra- and intracellular cyanobacterial extractsas antimicrobial agents. International Journal of Advanced Research, 2015, 5: 852-864.

24 Tiwari, A. & Sharma, D. Antibacterial activity of bloom farming Cyanobacteria against clinically isolated human pathogenic microbes. Journal of Algal Biomass Utilization, 2013, 4 (1): 83-89.

25 Malathi, T., Ramesh Babu, M., Mounika, T., Snehalatha, D. & Digamber Rao, Screening of cyanobacterial strains for antibacterial activity. Phykos: Journal of the Phycological Society, 2014, 44(2): 6-11.

26 Lavanya R., Veerappan V. Antibacterial potential of six seaweeds collected from Gulf of Mannar of southeast coast of India. Advances in Biological Research, 2011, 5(1): 38-44.

27 Ozdemir G., Karabay N.U., Dalay M.C., Pazarbasi B. Antibacterial activity of volatile component and various extracts of Spirulinaplatensis. Phytother Res, 2004, 18: 754-757.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.