CC BY
72
МИКРОБИОЛОГИЯ
УДК 582.28:577.15
© О.Б. Бабасанова, В.Г. Будагаева, Д.Д. Бархутова, Б.Б. Намсараев Органотрофные бактерии гидротерм Байкальской рифтовой зоны и их функциональная роль в микробном сообществе
Аэробные, факультативно анаэробные и анаэробные гидролитические бактерии (протеолитики, амилолитики, целлюло-литики, липолитики и др.) широко распространены в воде, донных осадках и микробных матах гидротерм. В гидротермах Байкальской рифтовой зоны типичными представителями бактерий-гидролитиков являются алкалотермофильные бациллы, способные утилизировать органические вещества в щелочных водах горячих источников.
Ключевые слова: гидролитики, протеолитики, термальные источники Байкальской рифтовой зоны.
O.B. Babasanova, V.G. Budagaeva, D.D. Barkhutova, B.B. Namsaraev Organothrophic bacteria of hydrotherms Baikal rift zone and their functional role in microbial community
Aerobic, facultative anaerobic and anaerobic hydrolytic bacteria (proteolytic, amilolytic, cellulolytic, lipolytic bacteria, etc.) are common in water, sediments and microbial mats of hydrotherms. The typical of the hydrolytic bacteria of hydrotherms of Baikal rift zone are alkalothermophilic bacilli which can utilize organic compounds in alkaline waters of the hot springs.
Key words: hydrolytic, proteolytic bacteria, Baikal rift zone hydrotherms.
Геохимическая деятельность микроорганизмов в термальных источниках связана с их участием в процессах продукции и деструкции органического вещества, разрушении и синтезе минералов, образовании и потреблении газов, изменении физико-химических условий среды обитания, формирования химического состава и лечебного фактора. Органотрофные термофильные бактерии являются экстремофилами, представляющими значительный интерес как для фундаментальных исследований, так и для потенциальных практических применений [1,2].
Нами было изучено распространение органо-трофных бактерий-деструкторов в гидротермах Байкальской рифтовой зоны - Алла, Кучигер, Умхей, Гарга. Пробы микробных матов и донных осадков были отобраны в 2004-2005 гг.
Вода источников Алла, Кучигер, Умхей, Гарга являются щелочными (pH от 8,2 до 9,9) с сульфатным натриевым или сульфатногидрокарбонатным натриевым составом с низкой минерализацией (140-1000 мг/л). Вода источников Алла, Кучигер, Умхей содержит сероводород и сульфиды, концентрация которых варьирует от 2 до 42 мг/л в различных выходах.
В продукционных процессах в гидротермах важную роль играют цианобактерии. При исследовании видового состава цианобактерий наибольшее разнообразие выявлено в гидротерме Баунтовского района, затем в гидротермах Алла и Уро (по 14 видов) и Гарга (13 видов). Наименьшее количество зафиксировано в источнике Кучигер и Умхей (4 и 5 видов, соответственно) [3].
Ранее было показано, как микробное сообщество гидротерм Алла и Гарга участвует в образовании таких минералов как кремнезем, кальцит и отложениях серы [4]. При этом активную роль играют цианобактерии, а также бактерии-деструкторы различных функциональных групп.
В деструкционных процессах трансформации органического вещества в микробных сообществах термальных источников принимают участие бактерии различных физиологических групп, связанные между собой тесными трофическими взаимодействиями. На начальных этапах деструкции при 55-72,5 °С важную роль играют бактерии-гидролитики, разлагающие полимерные соединения. Доминирующими физиологическими группами как в илах, так и в микробных матах гидротерм были протеолитические бактерии, максимальная численность которых достигала 1 млн кл/мл. Наибольшее количество аэробных протеолитических бактерий выявлено в донных осадках источников Алла с температурами 59-72°С на выходах. Количество бактерий, гидролизующих углеводы, варьировало от 10 до 100 тыс. кл/мл. Практически во всех источниках численность сахаролитических гидролитиков была на порядок выше в микробных матах, чем в донных отложениях. В донных осадках численность бактерий-амилолитиков снижалась на 1-2 порядка. Число липолитических бактерий достигало 1000 кл/мл. В целом картина распространения бактерий-липолитиков в микробных матах и донных отложениях одинакова. Количество бактерий-целлюлолитиков колебалось от 10
Бабасшюва О. Б., Будагаева 13.1'.. Бархутова Д. Д., Намсараев Б.Б. Органотрофные бактерии шдротерм Байкальской рифтоной юны и их функциональная роль в микробном сообществе____________________________________________________
до 1000 кл/мл как в микробных матах, так и в донных осадках. При повышении температуры от 47.3 до 72,5°С численность этих микроорганизмов снижалась на 1-2 порядка. Выявленная группа бактерий в основном представлена подвижными спорообразующими папочками.
Ранее нами был выделен и описан новый вид аткалотолерантиой термофильной факультативно анаэробной органотрофной бактерии «АпохуЬасШт тт%оИет]$» из гидротермы Монголии [5].
Из проб микробных матов и донных осадков гидротерм Гарга и Алла с различным температурным режимом и различной - от слабощелочной до сильно-щелочной реакции среды -было выделено восемь штаммов факультативноанаэробных протеолитических бактерий. Морфологически клетки бактерий представлены различными спорообразующими грамположи-тельными палочками, размеры которых варьирован) в пределах от 0.9-2.3 х 1.9-8.4 мкм. Размеры спор составляли 0,8-0,9 х 0.9-1.2 мкм (рис. 1).
Рис. I. Факультативно-анаэробные протеолишческие бактерии, выделенные из термальных источников Баргу зилской долины (масштабная метка 10 мкм)
Исследование экофизиологии выделенных культур протеолитиков из термальных источников показало, что они способны развиваться в широком диапазоне температур (23-60 °С) и pH (7,6-10). проявляя свойства алкало- и термото-лерантности.
Для культур из гидротермы Гарга оптимальная температура роста варьировала от 45 до 60"С, диапазон развития составил 37-75’С Для аллинских штаммов диапазон роста определен в пределах 35-67°С. Оптимальная температура роста 45-50“ С (рис. 2).
Культуры использовали широкий спектр субстратов. Все штаммы способны в аэробных условиях утилизировать многие органические соединения. наиболее активно применялись углеводы группы гсксоз. Из группы олигосахаридов наиболее потребляемым яв.лястся сахароза и мальтоза по сравнению с лактозой и раффинозой. Большинство культур использует для роста
пептон, дрожжевой экстракт, гидролизат казеина. глюкозу, маниозу, фруктозу, мальтозу, сахарозу, глицерин, дульцит, маннит и инозит. Слабый рост отмечен на арабинозе, галактозе, рам-нозе, лактозе и этаноле.
Практически все исследованные штаммы были способны к брожению на глюкозе и сахарозе, но не сбраживали рамнозу. пептон, гидролизат казеина и дрожжевой экстракт
Каталазная и оксидазная активность отмечена у всех выделенных штаммов, что подтверждает их аэробный статус. Переход от аэробного к анаэробному существованию обуславливает у факультативных анаэробов смену катаболизма. прежде всего это переход к брожению, поэтому группировка этих организмов может играть важну ю роль в проду цировании органических кислот, которые могут влиять на процессы образования карбонатных минералов, ранее выявленных в исследуемых источниках [4|.
4/2013
0.8
0.4
Рис. 2. Зависимость интенсивности роста штаммов, выделенных из шдрогермы Алла от температуры
По культу ральным признакам, морфофизиологическим и биохимическим свойствам все исследованные ку льтуры были близки к представителям родов Bacillus и Anoxybacilhis. Анализ гена 16S рРНК штаммов А1-9-1. Ga-1-l и Ga-9-2 показал, что они являются представителями рода Anoxybacilhis. Штаммы А1-9-1, Ga-1-l образуют отдельный кластер на филогенетическом дереве, и ближайшим гомологом является Anoxybacilhis pushchtnoensis АТ-2 (AB2342I4) 121. Сходство между ними составляет 96 и 95% соответственно. Формирование этими штаммами отдельного кластера на филогенетическом дереве может являться следствием их эндемичности.
У штамма Ga-9-2 обнару жено 95% сходства с A. jlcivUhermus DSM 2641 (Z26932). что также позволяет отнести выделенну ю культу ру к возможному новому виду рода Anoxybacilhis.
Анализ гена I6S рРНК штамма А2 показал, что он является представителем рода Bacillus и на 99% близок к В. lichemformis.
Таким образом, микробный биоценоз в гидротермах БРЗ представлен термофильными и мезофильными фото- и хемосинтезирующими
бактериями и сопутству ющими им дестру кторами разных физиологических групп.
В щелочных термальных источниках Байкальской рифтовой зоны при температу ре от 35 до 90"С и pH от 8 до 10.6 широко распространены факультативно-анаэробные органотрофные бактерии, которые имеют значительный биотехнологический потенциал Доминиру ющими физиологическими группами как в илах. так и в микробных матах гидротер.м является протеоли-тические бактерии. В результате анализа гена 16S рРНК показано, что исследуемые штаммы, выделенные из гидротерм, относятся к представителям родов Anoxybacilhis и Bacillus.
Органотрофные термофильные бактерии играют важну ю роль в цикле у глерода гидротермальных систем. Они участвуют в деструкции органического вещества, создаваемого продуцентами. и их метаболиты используются деструкторами терминального этапа.
Изучение разнообразия и деятельности различных групп в ценозе и сопоставление с физикохимическими условиями позволяет изучить взаимосвязь геологических и биологических процессов
Работа выполнена при поддержке Интеграционных проектов СО РАН №№ 94 и 5, гранта РФФИ 12-04-98079-р_сибирь_а .
Литература
I Anoxybacilhis kamchatkensis sp. nov., a novel thermophilic facultative aerobic bacterium w ith a broad pi I optimum from the Geyser valley, Kamchatka / V Kevbrin at al. // Extremophiles. 2005,- V. 9 - P. 391-398.
2. Anoxybacilhis pushchinensis gen. nov. sp. nov. a novel anaerobic, alkaliphilic. moderately thermophilic bacterium from manure, and description of Anoxvbacillus llavithermus comb. nov. / Н/ Pikuta at al. // Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 2000. V. 50. P.2109-2117.
3. 1 eoхимическая деятельность микроорганизмов гидротерм БРЗ / Б.Б. І Іамсараев, Д. Д. Бархутова. Э. В. Данилова и др. - Новосибирск: Гео. 2011 - 302 с.
4 Минералообразование в циаіюбактериачьиых матах щелочных гидротерм Баріузинской впадины Байкальской риф-товой -юны / F.B. Лазарева и др. // Доклада Академии наук. 2010. Т. 430. №5. С. 675-680.
5. Anoxybacilhis mongoliensis sp. nov., a novel thermophilic proteinase producing bacterium isolated from alkaline hot spring. Central Mongolia / Z.B. Namsaraev al al. // Микробиология. 201 (). T. 79. № 4. C. 516-525.
-A I A2 A3 A 4 - A 5 -AI-9-I
Будагаева Валентина Григорьевна, аспирант лаборатории микробиологии ИОЭБ СО РАН, РБ, г. Улан-Удэ, ул. Сахьяно-вой, 6, e-mail: [email protected]
Бабасанова Ольга Бадмажаповна, кандидат биологических наук, главный технолог, ОАО «ЭМ-Байкал», г. Улан-Удэ, тел. 8(9021)61-28-39.
Бархутова Дарима Дондоковна, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник ИОЭБ СО РАН, г.Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, 6, e-mail: [email protected]
Намсараев Баир Бадмабазарович, доктор биологических наук, профессор, заведующий лабораторией микробиологии ИОЭБ СО РАН, г. Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, 6, тел. 8(3012) 43-49-02, факс.: 8(3012)43-30-34
Budagaeva Valentina Grygoryevna, post-graduate student of microbiology laboratory, IGEB SB RAS, RB, Ulan-Ude, Sahyanova str., 6, tel. 8(3012)43-49-02
Babasanova Olga Badmazhapovna, candidate of biological sciences, chief of technology «ЭМ-Baikal», тел. 8(9021)61-28-39
Barkhutova Darima Dondokovna, candidate of biological sciences, senior research worker of IGEB SB RAS, RB, Ulan-Ude, Sahyanova str., 6, tel. 8(3012)43-49-02
Namsaraev Bair Badmabazarovich, doctor of biological sciences, professor, the head of laboratory of microbiology IOGB SB RAS, RB, Ulan-Ude, Sahyanova str., 6, tel. 8(3012)43-49-02, fax.: 8(3012)43-30-34
УДК 576.809.51
© Е.С. Кашкак
Сульфатредуцирующие бактерии минеральных источников Хойто-Гол
Исследована активность сульфатредуцирующих бактерий из микробных матов минеральных источников Хойто-Гол, использующих лактат в качестве источника энергии и углерода.
Ключевые слова: сульфатредуцирующие бактерии, лактат, сероводород.
ЕХ КавЬкак
The sulfate reducing bacteria of mineral springs Hoito-Gol
Activity of sulfate reducing bacteria from microbial mates of mineral springs Hoito-Gol was studied. The growth of sulfate reducing bacteria was studied on lactate as source of energy and carbon.
Key words: sulfate reducing bacteria, lactate, sulphide hydrogen.
Введение
Процессы образования сероводорода в биосфере связывают в основном с деятельностью сульфатредуцирующих бактерий, имеющих большое значение для глобального круговорота серы. Сульфатредуцирующие бактерии осуществляют диссимиляционную сульфатредукцию, представляющую собой анаэробное дыхание, при котором сульфат служит конечным акцептором электронов (вместо кислорода) при окислении органических веществ или молекулярного водорода [1]. Разложение органических серосодержащих соединений (белков, аминокислот) в анаэробных условиях сопровождается выделением сероводорода. Образуется сероводород также при восстановлении сернокислых и серноватистокислых солей. Большое количество сероводорода образуют сульфатредуцирующие бактерии в процессе сульфатного дыхания [7].
Сульфатредуцирующие бактерии составляют высокоспециализированную физиологическую группу облигатно анаэробных бактерий, весьма различных морфологически, которые способны осуществлять диссимиляционное восстановление сульфатов до сероводорода.
Сульфатредуцирующие бактерии (СРВ) об-
ладают широкими метаболическими возможностями, что объясняет их широкое распространение и важную роль в процессах анаэробного разложения органических веществ в водоемах
[5].
Целью настоящей работы явилась оценка численности сульфатредуцирующих бактерий минеральных источников Хойто-Гол.
Объекты и методы исследования
Объектами исследования являлись гидротермы Хойто-Гол, расположенные в долине р. Хойто-Гол (приток р. Сенцы, Восточный Саян). Минеральные источники Хойто-Гол относятся к низкотемпературным углекислым гидротермам, отличительной чертой которых является присутствие сероводорода, поступающего с вулканическими флюидами.
Пробы микробных матов были отобраны в период летних экспедиций 2011 г. Концентрацию сероводорода и сульфидов определяли с диметил-парафинелендиамином колориметрическим методом [3]. Скорость сульфатредукции определяли радиоизотопным методом с помощью меченного 35 8-сульфата [6].
Накопительные культуры СРВ выращивали методом предельных разведений на жидкой
