CC BY
22
ЭКОЛОГИЯ И ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЕ
УДК: 606:579.852.11+66.911.38(571.1) И. С. Андреева, А. С. Сафатов2, Л. И. Пучкова3,
Е. К. Емельянова4, Г. А. Буряк5, В. А. Терновой6
is. 5. 6fj0e0CUgUpCKafl область, р.п. Кольцове>; 4Новосибирск, Россия
СПОРООБРАЗУЮЩИЕ БАКТЕРИИ, ВЫДЕЛЕННЫЕ ИЗ АЭРОЗОЛЕЙ ВОЗДУХА ЮГА ЗАПАДНОЙ СИБИРИ, ВО ВРЕМЯ АТМОСФЕРНОГО ПЕРЕНОСА ВОЗДУШНЫХ МАСС
Аннотация. Мониторинг наземных и высотных проб аэрозолей воздуха проводится на территории Новосибирской области с 1998 г. В настоящем исследовании представлены разнообразие и ферментативная активность спорообразующих бактерий, выделенных осенью 2016 г. из высотных и приземных проб, полученных в ходе мониторинга жизнеспособных микроорганизмов аэрозолей атмосферного воздуха юга Западной Сибири. В этот период зафиксировано значительное преобладание спорообразующих бактерий над представителями других групп микроорганизмов. Возможной причиной этого явления может быть характерное для исследуемого региона влияние юго-западного направления ветра, несущего пылевые частицы из степей и пустынь Средней Азии, как правило, контаминированные в большом количестве бактериями, образующими эндоспоры. Изучены биохимические и физиологические особенности выделенных спорообразующих бактерий, проведена геномная идентификация, определена ферментативная активность. Полученные культуры по совокупности фенотипических свойств и данных геномного анализа идентифицированы как относящиеся к родам Bacillus, Paenibacillus, Brevibacillus, Lysinibacillus, Oceanobacillus и ряду других. В числе представителей рода Bacillus выделены такие виды как В. beríngensis, В. boroniphilus, В. cereus, В. fir-mus, В. korlensis, В. pumilus, В. thuringiensis, В. subtilis, В. brevis. Среди изолированных спорообразующих бактерий обнаружены штаммы, обладающие высокой амилолитической, протеолитической, липолитиче-ской, нуклеазной активностью, способные утилизировать эфиры жирных кислот, твердые жиры, масла, нефтепродукты. Наиболее продуктивными продуцентами липаз были бактерии рода Lysinibacillus, способные к ферментации при pH среды 5,0-9,0. Штаммы, обладающие высокой секрецией тестируемых ферментов, могут быть перспективны для биотехнологического применения.
Ключевые слова: атмосфера; биоаэрозоли; аэрозоли атмосферного воздуха; спорообразующие микроорганизмы; ферментативная активность; Bacillus.
Сведения об авторах: Ирина Сергеевна Андреева1, кандидат биологических наук, доцент, заведующая лабораторией; Александр Сергеевич Сафатов2, доктор технических наук, заведующий отделом; Лариса Ивановна Пучкова3, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник; Елена Константиновна Емельянова4, кандидат биологических наук, доцент кафедры гигиены и экологии, старший научный сотрудник; Галина Алексеевна Буряк5, научный сотрудник; Владимир Александрович Терновой'1, кандидат биологических наук, заведующий лабораторией.
Место работы:1_3'5_бФБУН «Государственный научный центр вирусологии и биотехнологии "Вектор"» Роспотребнадзора; 4ФГБОУ ВО«Новосибирский государственный медицинский университет».
Контактная информация:1 15 h630559, Россия, Новосибирская обл., р.п. Кольцово, 4630091, Россия, г. Новосибирск, Красный проспект, д. 52; e-mail: 1 andreeva_is@vector.nsc.ru; 2safatov@vector.nsc.ru; 3puchkova_li@vector.nsc.ru; 4emelenl @yandex.ru; 5buryak@vector.nsc.ru; 6tern@vector.nsc.ru.
Введение
Микроорганизмы аэрозолей Западной Сибири часто транспортируются с юго-западным направлением ветра из степей и пустынь Средней Азии. Пылевые явления в засушливых бесснежных районах - распространенное явление, которое обеспечивает доставку микроорганизмов на значительные расстояния, измеряющиеся тысячами километров (Griffin 2007). Изучение состава микробиоты во время пыльных бурь позволяет заключить, что наибо-
лее распространенной группой бактерий являются спорообразующие, относящиеся, чаще всего, к роду Bacillus, причем их численность может возрастать в несколько раз по сравнению с периодом до пыльной бури (Jeon et al. 2011). Азиатские пылевые события - один из самых значимых факторов, способствующих изменению доминирующих групп в микробном сообществе аэрозолей воздуха, а именно повышению численности спорообразующих бактерий (Park et al. 2018; Kellogg, Griffin, 2006).
Микробное сообщество аэрозолей атмосферного воздуха вызывает интерес с точки зрения возможного биотехнологического потенциала, так как способность микроорганизмов противостоять агрессивным факторам атмосферы (ультрафиолетовое излучение, фотоокислители и ксенобиотики, перепады температур и влажности и др.) предполагает наличие ферментов, активных в экстремальных условиях. Одними из часто встречающихся в аэрозолях воздуха микроорганизмами являются спо-рообразующие бактерии (Andersson et al. 1995; Liu et al. 2018) - убиквисты, попадающие в атмосферу с восходящими воздушными потоками с поверхности почвы, водных объектов, растительного покрова, сельскохозяйственных угодий. Спорообразуюгцие бактерии являются продуцентами широкого спектра ферментов, антибиотиков, биосурфактантов. Бактерии рода Bacillus применяются для получения щелочных протеаз, амилаз, целлюлаз, глюканаз, протеаз, а также других биологически активных соединений: рибофлавина, инозина, рибозидов и аминокислот (Pons 2013; Schallmey et al. 2004; Андреева и др. 2010), что находит применение в пищевой, кожевенной, фармацевтической отраслях, медицине. Перспективным направлением биотехнологической промышленности является получение с помощью продуцентов рода Bacillus липаз (Saraswat et al. 2017; Hemlata et al. 2016), протеаз (Uttatree et al. 2017; Aguilar et al. 2018), широкого спектра полисахарид-деградирующих ферментов (Печуркина и др. 2008; Malick et al. 2017), применяемых в химической, строительной, текстильной, пищевой и других отраслях.
Спорообразующие бактерии, как биообъекты биотехнологического производства, характеризуются быстрой скоростью размножения, нетребовательностью к составу питательных сред, возможностью культивирования их в жидких средах как в циклическом, так и в проточном режимах, внеклеточным продуцированием метаболитов. В связи с широким распространением в природе, удобствами применения спорообразующие бактерии являются часто используемыми микроорганизмами для получения биотехнологических продуктов.
Материалы и методы
Отбор высотных проб атмосферного воздуха осуществляли над территорией Каракан-ского бора в 50 км к югу от Новосибирска с помощью лаборатории «Оптик-Э», смонтированной на самолетах АН-30 или ТУ-154. Само-
лет пролетал в дневное время над лесным массивом последовательно на высотах 7 000, 5 500, 4 000, 2 000, 1 500, 1 000 и 500 м. Для отбора проб атмосферных аэрозолей в течение 10 минут использовали импинджеры с расходом 50 л/мин, содержащие 50 мл раствора Хенкса в качестве сорбирующей жидкости. Наземные пробы воздуха отбирали в течение 30 минут в импинджеры с расходом 50 л/мин на площадках, расположенных на территории ФБУН ГНЦ ВБ «Вектор» и в поселке Ключи Новосибирской области.
Отобранные пробы высевали на стандартные питательные среды, позволяющие выявить микроорганизмы различных таксономических групп (Методы... 1984; Определитель... 1997) и инкубировали при температурах 28-30 и 6-10°С в течение 3-14 суток. Расчет числа жизнеспособных микроорганизмов в пробах проводился по стандартным методикам (Ашма-рин, Воробьев 1962), при этом количество микроорганизмов усреднялось по 3-4 параллелям проб, рассеянных на 4-5 различных средах. Индивидуальные колонии микроорганизмов использовали для получения чистых культур и последующего анализа фенотипических свойств стандартными методами.
Оптимум рН среды роста определяли при культивировании штаммов на вариантах агари-зованной среды ЬВ с рН 5,0, 7,0 и 9,0. Температурный диапазон роста определяли при культивировании штаммов на агаризованных средах при температурах 5, 20, 30, 37, 42 и 55°С. Изучение физиологических, биохимических, ферментативных свойств изолятов выполняли стандартными методами (Методы... 1984).
Скрининг липолитической активности культур проводили на желточном агаре (Методы ... 1984) и агаризованной среде ЬВ с добавлением СаСЬ до 0,01% и соответствующих субстратов. В качестве субстратов использовали монолаурат (твин-20), моноолеат (твин-80), с концентрацией в среде до 1,0%, и нонидет Р-40 (МР-40), тритон Х-100 и Етр-88, с содержанием в среде до 0,05%. Амилолитическую активность культур определяли при их высеве на крахмало-аммиачный агар, протеолитическую - по способности к гидролизу желатина и казеина молока (Методы... 1984). Чашки со средами, засеянными испытуемыми культурами, выдерживали в термостате при 28-30°С в течение двух суток и учитывали результат. Деструкцию нефтепродуктов оценивали визуально в жидкой минеральной питательной среде 8Е с
добавлением источника углерода - нефти месторождения Западной Сибири (ХМАО) (Андреева и др. 2007). Морфологию клеток микроорганизмов исследовали методом фазово-контрастной микроскопии с помощью микроскопа Axioskop 40 ("CarlZeiss", Германия).
Генетический анализ бактериальных изолятов проводили с помощью ПЦР со специфическими праймерами на 16S рРНК (Hunt et al. 2006). Клетки бактериальных изолятов разрушали лизирующим буфером (комплект реагентов для выделения ДНК/РНК, «НПФ Литех», Россия) и выделяли суммарную мРНК согласно прилагаемой к набору инструкции. Построение кДНК проводили с использованием рендом-праймеров, реактивов, буфера и обратной транскриптазы производства ЦНИИ Эпидемиологии (Москва, Россия). ПЦР проводили с использованием буфера и полимеразы производства «СибЭнзим» (Новосибирск, Россия) в соответствии с инструкцией по применению. Использовали следующую программу для проведения ПЦР: 94°С - 10 сек, 60°С - 15 сек, 72°С - 30 сек, 40 циклов, затем - 72°С - 7 мин. Продукты ПЦР анализировали в 2,0% агарозном геле. Нуклеотидные последовательности 16S рРНК протеобактерий проводили на автоматическом секвенаторе Applied Biosystems 3130x1 ("Hitachi", Япония) с использованием набора ABI prism Big Dye terminator V3.1 cycle. Для секвенирования использовали продукты амплификации длиной 1360 п.о. Выравнивание производили с помощью программы "Lasergene 9". Филогенетический анализ осуществляли с помощью программного обеспечения "MEGA7".
Содержание плазмидной ДНК в штаммах определяли методом скрининга по стандартной методике (Маниатис и др. 1984). Нуклеазную активность определяли на тест-среде с добавлением ДНК ("Sigma", США) (Методы... 1984). Определение активности РНКаз в культураль-ной среде ПДГГ при культивировании бактерий при температуре 30°С в течение 18-24 ч проводили путем определения количества ки-слоторастворимых продуктов, образующихся при гидролизе высокополимерной РНК дрожжей (1 мг/мл). За единицу активности фермента принимали его количество, катализирующее образование 1 А2бо кислоторастворимых продуктов в течение 60 мин при 37°С в 50 мМ трис-HCl, pH 8,0. Состав среды ПДГГ (г/л): пептон - 9,27, дрожжевой экстракт - 5,00, NaCl
- 3,00; 10 мл 50%-го глицерина, 2 мл 20%-й глюкозы; pH 7,0-7,2.
Выделенные штаммы микроорганизмов хранили при низкотемпературном замораживании в коллекции природных изолятов ФБУН ГНЦ ВБ «Вектор» Роспотребнадзора.
Результаты и обсуждение
Мониторинг биогенной компоненты проб атмосферного аэрозоля юга Западной Сибири ведется, начиная с конца 1998 г., большим коллективом исследователей. Результаты высева проб аэрозолей в жидкие и на агаризованные питательные среды группировали по высотам с распределением выделенных жизнеспособных микроорганизмов на морфогруппы (бациллы, кокки, неспороносные бактерии, грибы, акти-номицеты, дрожжи), что позволяет проиллюстрировать высокую вариабельность представительства различных микроорганизмов в пробах атмосферного воздуха. Ежемесячное вертикальное зондирование атмосферы над одним и тем же участком Караканского бора Новосибирской области позволило накопить данные по распределению микроорганизмов на различных высотах, способности к росту при различных температурах и значениях pH среды. Общая концентрация микроорганизмов в аэрозолях юга Западной Сибири, определенная нами, составляла в среднем от <1 до > 5 х 105 КОЕ/м3 пробы, при этом концентрация психрофильных микроорганизмов, способных расти при температуре 6-10°С, в разных пробах составляла значительную часть от общего числа: от 3,20х102 до 1,13х105 КОЕ/м3. Очевидно, что преобладание психрофильных микроорганизмов можно объяснить низкими средними температурами в местах отбора проб на территории Сибири.
Из аэрозолей атмосферного воздуха были выделены и идентифицированы бактерии родов Kocuria, Brevundimonas, Deinococcus, Micrococcus, Arthrobacter, Flavobacterium, Acetobacter, Acinetobacter, Staphylococcus, Streptococcus, Sphingomonas, Pseudomonas, Staphylococcus, Streptococcus, Micrococcus, Psvchrobacter, Arthrobacter, Streptomyces, штаммы дрожжей рода Saccharomyces, Candida, плесневые грибы более всего были представлены родами Alternaria, Pénicillium, Mucor, Trichoderma, Fusarium, Aspergillus и рядом других.
Количество спорообразующих микроорганизмов значительно варьировалось за годы исследований и составляло от 0,5% в 2005 г. до 51% в 2007 г. для самолетных проб и от 0,89% в 2002 г. до 83,9% в 2016 г. для наземных проб.
Особо вызывает интерес количество спорооб-разующих бактерий, представленных в пробах аэрозолей воздуха в течение октября - декабря 2016 г., когда наблюдалось значительное преобладание их как в высотных, так и в наземных пробах воздуха.
Стандартными методами из проб осенью 2016 г. в период преобладания юго-западных ветров из Казахстана выделены 62 штамма спо-рообразующих бактерий, по совокупности стенотипических свойств и данных геномного анализа идентифицированных как относящиеся к родам Bacillus, Paenibacillus, Brevibacillus, Lysinibacillus, Oceanobacillus и ряду других. Из спорообразующих бактерий был наиболее представлен род Bacillus: среди изолятов выявлены такие виды как В. beringensis, В. boroniphilus, В. cereus, В. firmus, В. korlensis, В. pumilus, В. thuringiensis, В. subtilis, В. brevis. Показательно, что типичными видами-обитателями в луговых, подзолистых, серых почвах на пахотных и пастбищных землях лесостепной зоны Сибири являются В. idosus, В. mesentericus, В. agglomeratus, В. megaterium, В. mycoides (Артамонова 2002), отсутствующие в наших пробах. Это позволяет предположить, что источником выделенных спорообразующих бактерий являлись удаленные юго-западные территории.
Представители спорообразующих бактерий являются доминантными и субдоминатны-ми в экологических сообществах засушливых регионов с чрезвычайно низкой обеспеченностью влагой и питательными веществами, повышенной инсоляцией. Например, в аэрозолях воздуха пустынь Гибсона (Австралия), Сахаре (Африка) обнаруживались в большом количестве виды Bacillus safensis, Bacillus megaterium, в виде минорных компонент идентифицированы Bacillus subtilis. (Белов и др. 2017). Переносимые на большие расстояния с пылью из азиатских пустынь микробные сообщества включали, преимущественно, бактерии Bacillus subtilis и Bacillus pumilus (Maki et al. 2014, 2015). Осенью 2009 г. в исследовании бактериального состава аэрозолей воздуха в высокогорье на территории Колорадо (США) на высоте 3 220 м над уровнем океана была зафиксирована высокая концентрация бацилл (в 5 раз превышающая свою численность по сравнению с другими сезонами года), преобладающая над другими группами бактерий, не наблюдавшаяся в другие сезоны года, объясняемая авторами высокой влажностью воздуха, разложением
листьев и другой наземной фитомассы, а также переносом из южных регионов с пылью (Bowers et al. 2012).
Переносимые на большие расстояния с пылью микроорганизмы постепенно осаждаются на поверхность земли под действием осадков и силы тяжести. Ранее, в конце января 2007 г., нами также был зафиксирован перенос песчаной пыли с Казахстана на территорию Омской области, в результате чего цвет снега оказался желтым (Буряк и др. 2007). Пробы снега из населенных пунктов Омской области Строкино и Тара содержали, преимущественно, спорообразу-ющие бактерии, в том числе Bacillus thuringiensis. Из 66 выделенных из поверхностного снега штаммов 9 обладали альфа-гемолизом, 7 - бета-гемолизом. Анализ подвидовой принадлежности показал, что четыре штамма Bacillus thuringiensis (Sn-50, Sn-56, Sn-60 Sn-66) обладали уреазой и были отрицательны по лецитиназе, что позволяет идентифицировать их как Bacillus thuringiensis spp. galleriae. Исследуемые штаммы Bacillus thuringiensis Sn50, Sn56, Sn60, Sn66 были тестированы на наличие генов cry 1, cry 2, cry 3, cry 4, cry 7/8, cry 9, cry 11A с помощью ПЦР с использованием универсальных праймеров на консервативные участки генов 5-эндотоксинов (Мокеева 2009). Показано, что все исследуемые штаммы несут гены cry 1, cry 2, cry 7/8, cry 9.
Внутриконтинентальные, трансконтинентальные и трансокеанические переносы пыли пустынь, содержащих микроорганизмы, позволяют им мигрировать на огромные расстояния и осваивать новые экологические ниши. Во время переноса с пылевыми частицами часть микроорганизмов погибает от УФ-излучения, высокой температуры, обезвоживания и недостатка питательных веществ. Однако спорообо-разующие микроорганизмы, например, способны преодолевать значительные расстояния благодаря стадии споруляции, что, возможно, делает их доминантой по численности в пробах воздуха во время пыльных бурь, даже вдали от источника на расстоянии 5 000 км (Prospero et al. 2005; Griffin et al. 2003; Kellogg et al. 2004).
Таким образом, резкое внезапное преобладание спорообразующих бактерий в высотных и наземных пробах воздуха юга Западной Сибири можно объяснить горизонтальным переносом с южным и юго-западным ветром из степей и пустынь Средней Азии, который был
зафиксирован в дни полета самолета и отбора наземных образцов.
Выделенные из проб аэрозолей воздуха в течение октября-декабря 2016 г. спорообра-зующпе культуры преимущественно являлись мезофилами, причем треть из них были способны к росту при широких значениях рН среды (5,0-9,0). Термофильных бактерий обнаружено не было. Протеолитическую активность показали 31% изучаемых спорообразующих культур, амилолитическую - 20%, фосфатаз-ную - 32%, липазную - 14%, фосфолипазную -3%, нуклеазную - 4%, наличие плазмид обнаружено у 21% культур. При скрининге штаммов на способность секретировать липолитиче-ские ферменты в среду культивирования, утилизировать эфиры жирных кислот, твердые жиры, масла, нефтепродукты выделены эффективные штаммы, среди которых наиболее продуктивными были бактерии рода ЬуйШЬасШш, способные к ферментации при рН среды 5,0-9,0. Штаммы, обладающие высокой секрецией тестируемых ферментов, могут быть перспективны для биотехнологического применения.
У всех штаммов, обладающих липолити-ческой активностью, была обнаружена также и способность к деструкции нефтепродуктов, что
согласуется с данными (Ма^евт й а1. 1999) об участии в деструкции липидов и компонентов нефтепродуктов схожих ферментных систем биодеградации.
Заключение
В исследовании представлено разнообразие и ферментативная активность спорообразующих бактерий, выделенных осенью 2016 г. из высотных и приземных проб аэрозолей атмосферного воздуха юга Западной Сибири. Среди изолированных из аэрозолей спорообразующих бактерий выделены штаммы с заметной продукцией внеклеточных ферментов, пригодные для их рассмотрения в качестве потенциальных объектов для биотехнологических разработок, а также штаммы, имеющие значение для фундаментальных исследований. Особый интерес представляют культуры Ьун 'ийЬасШт хркае/чсих СЬ 968, СЬ 977, СЬ 978, а также ЬузШЬасШш ер. СЬ 964, выделенные из приземных слоев атмосферы, растущие при значениях рН 5-9, являющиеся активными продуцентами липаз, протеаз, способные к деструкции нефти. Штаммы, обладающие высокой секрецией одного из тестируемых ферментов, могут быть перспективны для получения препаратов узконаправленной специфичности.
Работа выполнена при поддержке Государственного задания № 14/18 (ФБУН ГНЦ ВБ «Вектор» Роспотребнадзора).
ЛИТЕРАТУРА
Андреева И. С., Емельянова Е. К., Олькин С. Е., Резникова И. К., Загребельный С. П., Репин В. Е. 2007. Утилизация углеводородов психротолерантными штаммами-деструкторами // Прикладная биохимия и микробиология Т. 43, 2, 223-228.
Андреева И. С., Морозов И. В., Печуркина Н. П., Морозова О. В., Рябчикова Е. PL, Саранина И. В., Емельянова Е. К., Пучкова Л. П., Торок Т. Т., Власов В. В., Репин В. Е. 2010. Выделение бактерий рода Paenibacillus из почвы и источников Долины гейзеров (Камчатка) // Микробиология 79, 705-713.
Артамонова В. С. 2002. Микробиологические особенности антропогенно-преобразованных почв Западной Сибири. Новосибирск: Изд-во СО РАН.
Ашмарин И. П., Воробьев А. А. 1962. Статистические методы в микробиологических исследованиях. Ленинград: Медгиз.
Белов А. А., Чепцов В. С., Воробьева Е. А. 2017. Биоразнообразие и таксономическая структура аэробных гетеротрофных бактериальных комплексов некоторых пустынных экосистем // Современные проблемы науки и образования 5, 344-354.
Буряк Г. А., Сафатов А. С., Андреева И. С., Емельянова Е. К., Олькин С. Е., Резникова И. К., Теплякова Т. В., Сергеев А. Н., Дроздов И. Г. 2007. Результаты исследования в ФГУН ГНЦ ВБ «Вектор» образцов желтого снега, выпавшего в Омской области в январе 2007 года // Тезисы докладов XIV заседания рабочей группы «Аэрозоли Сибири». Томск, 43.
Маниатис Т., Фрич Э., Сэмбрук Дж. 1984. Методы генетической инженерии. Молекулярное клонирование / Пер. с англ., под ред. А.А. Баева, К.Г. Скрябина. Москва: Мир.
Методы общей бактериологии. 1984 / Герхард Ф., Мюррэй Р., Костилоу Р., Нестер Ю., Вуд В., Криг Н., Филипс Г. (ред.). Т. 3. Москва: Мир.
Мокеева А.В. 2009. Идентификация генов 8-эндотоксинов и типирование штаммов В. thuringiensis методами генетического анализа: дисс. ... канд. биол. наук. Кольцово.
Определитель бактерий Берджи. 1997 / Хоулт Дж. (ред.). Т. 2. Москва: Мир.
Печуркина Н. П., Андреева И. С., Закабунин А. П., Маркович Н. А., Емельянова Е. К., Репин В. Е. 2008. Бациллы горячих источников Камчатки - продуценты ферментов, гидролизующих полисахариды // Дроздов И.Г. (ред.). Достижения современной биотехнологии: Сб. научных трудов. Новосибирск: ИП Сердюкова Н.Г., 317-328.
Aguilar J. G. dos S., Sato H. H. 2018. Microbial proteases: Production and application in obtaining protein hydrolysates // Food Research International 103, 253-262.
Andersson M., Lciukkcinen M., Nurmiaho-Lassila E-L., Rainey F. A., Salkinoja-Scilonen M. 1995. Bacillus thermosphaericus sp. nov. a new thermophilic ureolytic: Bacillus isolated from air // Research Systematic and Applied Microbiology 18, 203-220.
Bowers R. M., McCubbin I. B., Hallar A. G., Fierer N. 2012. Seasonal variability in airborne bacterial communities at a high-elevation site // Atmospheric Environment 50, 41-49.
Griffin D. W. 2007. Atmospheric movement of microorganisms in clouds of desert dust and implications for human health // Clinical Microbiology Reviews 20, 459-477.
Griffin D. W., Kellogg C. A., Garrison V. H., Lisle J. T., Borden T. C., Shinn E. A. 2003. Atmospheric microbiology in the northern Caribbean during African dust events // Aerobiologia 19, 143-157.
Hemlata B., Uzma Z., Tukaram K. 2016. Substrate kinetics of thiol activated hyperthermostable alkaline lipase of Bacillus sonorensis 4R and its application in bio-detergent formulation // Biocatalysis and Agricultural Biotechnology 8, 104-111.
Hunt D. E., Klepac-Ceraj V., Acinas S. G., Gautier C., Bertilsson S., Pot M. F. 2006. Evaluation of23S l'RNA PCR primers for use in phylogenetic studies of bacterial diversity // Applied and environmental microbiology 72, 2221-2225.
J eon E. M., Kim H. J., Jung K., Kim J. H., Kim M. Y., Kim Y. P., Ka J.-O. 2011. Impact o f Asian dust events on airborne bacterial community assessed by molecular analyses // Atmos. Environ 45, 4313^321.
Kellogg C. A., Griffin D. W. 2006. Aerobiology and the global transport of desert dust // Trends Ecol. Evol. 21, 638-644. Kellogg C. A., Griffin D. W., Garrison V. H., Peak K. K., Royall N.. Smith R. R., Shinn E. A. 2004. Characterization of aerosolized bacteria and fungi from desert dust events in Mali, West Africa // Aerobiologia 20, 99-110.
Liu H„ ZhangX., Zhang H„ YaoX., ZhouM., Wang J., HeZ., Zhang H., LouL., Mao IV., Zheng P., Hu B. 2018. Effect of air pollution on the total bacteria and pathogenic bacteria in different sizes of particulate matter // Environmental Pollution 233, 483^93.
Maki T., Hara K, Kobayashi F., Kurosaki Y., Kakikawa M., Matsuki A., Chen B., Shi G., Hasegawa H., Iwasaka Y. 2015. Vertical distribution of airborne bacterial communities in an Asian-dust downwind area, Noto Peninsula // Atmospheric Environment 119, 282-293.
Maki T., Puspitasari F., Hara K., Yamada M., Kobayashi F., Hasegawa H., Iwasaka Y. 2014. Variations in the structure of airborne bacterial communities in a downwind area during an Asian dust (Kosa) event // Science of The Total Environment 488-489, 75-84.
Malick A., Khodaei N.. Benkerroum N.. Karboune S. 2017. Production of exopolysaccharides by selected Bacillus strains: Optimization of media composition to maximize the yield and structural characterization // International Journal of Biological Macromolecules 102, 539-549.
Margesin R., Zimmerbauer A., Schinner F. 1999. Soil lipase - a useful indicator of oil bioremediation // Biotechnol. Techniques 13, 859-863.
Park J., Li P., Ichijo T., Nasu M., Yamaguchi N. 2018. Effects of Asian dust events on atmospheric bacterial communities at different distances downwind of the source region // Journal of Environmental Sciences // https://doi.org/10.1016/jjes.2017.12.019 (date of access 16.11.17).
Pons M. I. M. 2013. Antimicrobial activity in Bacillus spp. from plant environments against plant pathogens. Relationships with cyclic lipopeptide genes and products. Girona // http://www.tdx.cat/bitstream/handle/10803/128416/timp.pdf?sequence=5 (date of access 16.11.17).
Prospero J. M., Blades E., Mathison G., Naidu R. 2005. Interhemispheric transport of viable fungi and bacteria from Africa to the Caribbean with soil dust // Aerobiologia 21, 1-19.
Saraswat R., Verma V., Sistla S., Bhushan I. 2017. Evaluation of alkali and thermotolerant lipase from an indigenous isolated Bacillus strain for detergent formulation // Electronic Journal of Biotechnology 30, 33-38.
Schallmey M., Singh A., Ward O. P. 2004. Developments in the use of Bacillus species for industrial production // Can J Microbiol. 50, 1-17.
Uttatree S., Kobtrakool K., Ketsuk A., Kaenngam W., Charoenpanich J. 2017. A novel metal-tolerant, solvent and surfactant stable protease from a new strain of Bacillus megaterium II Biocatalysis and Agricultural Biotechnology 12, 228-235.
REFERENCES
Andreeva I.S., Emel'yanova E.K., Ol'kin S.E., Reznikova I.K., Zagrebel'nyi S.N., Repin V.E. In: Prikladnaya biohimiya i mi-krobiologiya [Applied Biochemistry and Microbiology], Vol. 43, No. 2 (2007): 201-206. (In Russian)
Andreeva I.S., Morozov I. V., Pechurkina N.I., Morozovci O. V., Ryabchikova E.I., Saranina I. V., Emelyanova E.K., Puchkova L.I., Torok T.T., Vlasov V. V., Repin V.E. In: Mikrobiologiya [Microbiology], Vol. 79 (2010): 705-713. (In Russian)
Artamonova V.S. Mikrobiologicheskie osobennosti antropogenno preobrazovannyh pochv Zapadnoj Sibiri. [Microbiological features of anthropogenically transformed soils in Western Siberia], Novosibirsk: Izd-vo SO RAN, 2002. (In Russian)
Ashmarin I.P., Vorobyov A.A. Statisticheskie metody v mikrobiologicheskih issledovaniyah [Statistical Methods in Microbiological Studies], L.: Medgiz, 1962. (In Russian)
Belov A.A., Cheptsov V.S., Vorobyova E.A. 2017. In: Sovremennye problemy nauki i obrazovaniya [Modem Problems of Science and Education], No. 5 (2017): 344-354. (In Russian).
Buryak G.A., Safatov A.S., Andreeva I.S., Emelyanova E.K., Olkin S.E., Reznikova I.K., Teplyakova T. V., Sergeev A.N., Droz-dov I.G. In: Aehrozoli Sibiri: XIV rabochaya grappa: tezisy dokladov [Aerosols of Siberia: 14th working group: abstracts of reports], Tomsk, IOA SO RAN, 2007. P.43. (In Russian)
Maniatis T., Fritsch E., Sambrook G. Metody geneticheskoj inzhenerii. Molekulyamoe klonirovanie [Methods of genetic engineering. Molecular cloning/ Transl. from English], Moscow: Mir, 1984. (In Russian)
Metody obshchej bakteriologii [Manual of methods for general bacteriology: Transl. from English/ Ed. by Gerhardt P.et al.]. Moscow: Mir. Vol. 3. 1984. (In Russian)
Mokeeva A. V. 2009. Identification of 8-endotoxin genes and typing of B. thuringiensis strains using genetic analysis: diss. ... cand. Biol. sciences.Koltsovo.
Opredelitel' bakterij Berdzhi [Bergey's Manual of Systematic Bacteriology/ Ed. by Holt J.G.]. Vol. 2. Moscow: Mir, 1997. (In Russian).
Pechurkina N.I., Andreeva I.S.. Zakabunin A.I., Markovich N.A. Emelyanova E.K.. Repin V.E. In: Dostizheniya sovremennoj biotekhnologii: [Achievements of Modem Biotechnology: Collection of scientific works/ Ed. by Drozdov I.G.]. Novosibirsk: IP Serdyukova N.G., 2008. P.317-328 (In Russian).
Aguilar J.G.dos S., Sato H.H. In: Food Research International. Vol. 103 (2018): 253-262.
Andersson M., Laukkanen M.. Nurmiaho-Lassila E-L., Rainey F.A., Salkinoja-Salonen M. In: Research Systematic and Applied Microbiology. Vol. 18 (1995): 203-220.
Bowers R.M.. McCubbin LB.. Hallar A.G.. Fierer N. In: Atmospheric Environment. Vol. 50 (2012): 41-49.
Griffin D. W. In: Clinical Microbiology Reviews No. 20 (2007): 459-477.
Hemlata B., Uzma Z. Tukaram K. In: Biocatalysis and Agricultural Biotechnology. Vol. 8 (2016): 104-111
Hunt D.E.. Klepac-Ceraj V., Acinas S.G., Gautier C.. Bertilsson S., Polz M.F. In: Applied and environmental microbiology. Vol. 72 (2006): 2221-2225.
Jeon E.M., Kim H.J., Jung K, Kim J.H., KimM.Y..Kim Y.P.. KaJ.-O. In: Atmospheric Environment. Vol.45 (2011): 4313-4321.
Kellogg C.A., Griffin D.W. In: Trends in Ecology and Evolution. Vol. 21 (2006): 638-644.
Kellogg C.A., Griffin D.W.. Garrison V.H., Peak KK, Royall N.. Smith R.R.. Shinn E.A. In: Aerobiologia. Vol. 20 (2004): 99-110.
Liu H., Zhang X., Zhang H., Yao X., Zhou M., Wang J., He Z.. Zhang H., Lou L., Mao IV., Zheng P., Hu B. In: Environmental Pollution. Vol. 233 (2018): 483-493.
Maki T., Hara K. Kobayashi P., Kurosaki Y., Kakikawa M., Matsuki A., Chen B., Shi G., Hasegawa H., Lwasaka Y. In: Atmospheric Environment. Vol. 119 (2015): 282-293.
Maki T., Puspitasari P., Hara K. Yamada M., Kobayashi P., Hasegawa H.. lwasaka Y. In: Science of The Total Environment. Vol. 488-489 (2014): 75-84.
Malick A., Khodaei N.. Benkerroum N.. Karboune S. In: International Journal of Biological Macromolecules. Vol. 102 (2017): 539-549.
Margesin R., Zimmerbauer A., Schinner F. In: Biotechnolgy Techniques. Vol. 13, Is. 12 (1999): 859-863.
Park J., Li P.. Ichijo T.i. Nasu M., Yamaguchi N. In: Journal of Environmental Sciences. Available at: https://doi.Org/10.1016/j.jes.2017.12.019 (Accessed on 2017. 16 Nov.)
Pons M.l.M. Antimicrobial activity in Bacillus spp. from plant environments against plant pathogens. Relationships with cyclic lipopeptide genes and products. Girona, 2013. Available at: http://www.tdx.cat/bitstream/handle/10803/128416/timp.pdf?sequence=5 (Accessed on 2017. 16 Nov.).
Prospero J.M.. Blades E., Mathison G., Naidu R. In: Aerobiologia. Vol. 21 (2005): 1-19.
Saraswat R., Verma V., Sistla S., Bhushan 1. 2017. In: Electronic Journal of Biotechnology. Vol. 30 (2017): 33-38.
Schallmey M.. Singh A.. Ward O.P. 2004. In: Canadian Journal of Microbiology. Vol. 50^ No.l (2004): 1-17.
Uttatree S., Kobtrakool K.. Ketsuk A., Kaenngam IV., Charoenpanich J. In: Biocatalysis and Agricultural Biotechnology. Vol. 12 (2017): 228-235.
I. S. Andreeva1, A. S. Safatov2, L. I. Puchkova3, E. K. Emelyanova4, G. A. Buryak5, V. A. Ternovoi6
1 3 5 6Koltsovo, Novosibirsk Oblast, 4Novosibirsk, Russia
SPORE FORMING BACTERIA ISOLATED FROM ATMOSPHERIC AEROSOLS IN SOUTHWESTERN SIBERIA DURING ATMOSPHERIC TRANSFER OF AIR MASSES
Abstract. Monitoring of near-surface and high-altitude samples of atmospheric aerosols has been performed on the territory of Novosibirsk region since 1998. This study presents the diversity and enzymatic activity of spore-forming bacteria isolated in the autumn of 2016 from high-altitude and near-ground samples obtained during monitoring of viable microorganisms in the atmospheric aerosols of Southwestern Siberia. A significant predominance of spore-forming bacteria over representatives of other microorganism groups was recorded during this period. This phenomenon might have been caused by a typical for the studied region influence of the southwestern wind, which carries dust particles from the steppes and deserts of Central Asia. These particles are usually contaminated with a large number of endospore forming bacteria. Biochemical and physiological features of the isolated spore forming bacteria were studied, their genomic identification was performed, and their enzymatic activity was determined. Based on the combination of phenotypic properties and genomic analysis of data, the obtained cultures were identified as belonging to the genera Bacillus, Paenibacillus, Brevibacillus, Lysinibacillus, Oceanobacillus and some others. The following species were identified among the representatives of the genus, i.e. Bacillus: B. beringensis, B. boroniphilus, B. cereus, B. firmus, B. korlensis, B. pumilus, B. thuringiensis, B. subtilis, B. brevis. The isolated spore-forming bacteria included strains with high amylolytic, proteolytic, lipolytic and nuclease activity They are capable of utilizing fatty acid esters, solid fats, oils and petroleum products. The most productive lipase producers were bacteria of the genus Lysinibacillus capable of fermentation at pH 5.0-9.0. Strains secreting high levels of the tested enzymes may be useful for biotechnological application.
Key words: atmosphere; bioaerosols; atmospheric aerosols; spore-forming microorganisms; enzymatic activity; Bacillus.
About the authors: Irina Sergeevna Andreeva1, Candidate of Biological Sciences, Associate Professor, Head of Laboratory; Alexander Sergeevich Safatov2, Doctor of Technical Sciences, Head of Department; Larisa Ivanovna Puchkova3, Candidate of Biological Sciences, Leading Researcher; Elena Konstantinovna Emelyanova4, Candidate of Biological Sciences, Associate Professor at the Department of Hygiene and Ecology, Senior Researcher; Galina Alekseevna Buryak5, Researcher; Vladimir Aleksandrovich Ternovoi6, Candidate of Biological Sciences, Head of Laboratory.
Place of employment:1 ! i 6State Research Center of Virology and Biotechnology VECTOR; ^Novosibirsk State Medical University.
Андреева И.С., Сафатов A.C., Пучкова Jl.И., Емельянова Е.К., Буряк Г.А., Терновой В.А. Спорообразующие бактерии, выделенные из аэрозолей воздуха юга Западной Сибири, во время атмосферного переноса воздушных масс // Вестник Нижневартовского государственного университета. 2018. № 3. С. 123-130.
Andreeva I.S., Safatov A.S., Puchkova L.I., Emelyanova E.K., Buiyak G.A., Temovoi V.A. Spore forming bacteria isolated from atmospheric aerosols in Southwestern Siberia during atmospheric transfer of air masses // Bulletin of Nizhnevartovsk State University. 2018. No. 3. P. 123-130.
УДК 57.044 А. С. Петухов, H. А. Хритохин, Г. А. Петухова
Тюмень, Россия
БИОХИМИЧЕСКИЕ НАРУШЕНИЯ В КЛЕТКАХ РАСТЕНИЙ В УСЛОВИЯХ ТЕХНОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ
Аннотация. Накопление тяжелых металлов растениями приводит к биохимическим нарушениям в клетках. Удобным показателем для оценки степени повреждения клеток растений на биохимическом уровне является содержание продуктов перекисного окисления липидов. Целью работы было исследование содержания диеновых конъюгатов и оснований Шиффа в растениях разных видов, произрастающих в городской среде. Определение содержания продуктов перекисного окисления липидов проводили спектрофотометрией гептановых экстрактов в ближней ультрафиолетовой области. Все полученные результаты статистически обработаны, с помощью t-критерия Стьюдента были определены различия между исследуемыми выборками при уровне доверительной вероятности Р<0,05. Исследование проводили на мятлике луговом (Роа pratensis), клевере красном (Trifolium rubens), мышином горошке (Vicia cracca), ромашке (Matricaria chamomilla), мать-и-мачехе (Tussilago farfara) и овсе посевном (Avena sativa). Растения были отобраны в районе автотрассы, а также в районах металлургического, моторостроительного, нефтеперерабатывающего и аккумуляторного заводов. В ходе исследования впервые было выявлено, что реакция повреждения клеточных мембран растений в условиях городской среды была видоспецифичной: для ромашки, мышиного горошка и мятлика лугового наблюдалось накопление продуктов перекисного окисления липидов, что свидетельствует о токсическом действии поллютантов на растительные клетки. В клетках клевера красного и мать-и-мачехи содержание диеновых конъюгатов и оснований Шиффа было снижено, вероятно, благодаря адаптации растений к действию загрязнителей. Наибольшее влияние на процесс перекисного окисления липидов оказывает загрязнение от металлургического завода, в меньшей степени воздействуют нефтеперерабатывающий, моторостроительный и аккумуляторный заводы.
Ключевые слова: перекисное окисление липидов; загрязнение окружающей среды; тяжелые металлы; мятлик луговой; клевер красный; мать-и-мачеха; ромашка; мышиный горошек; овес посевной.
Сведения об авторах: Александр Сергеевич Петухов1, студент; Николай Александрович Хритохин", кандидат химических наук, доцент, профессор кафедры неорганической и физической химии; Галина Александровна Петухова3, доктор биологических наук, доцент, профессор кафедры экологии и генетики.
Место работы: '"2'3Тюменский государственный университет.
Контактная информация: 1,2j625003, Россия, г. Тюмень, ул. Перекопская, д. 15а; тел.: 8(3452)597494, e-mail: 1 revo251@mail.ru; 2kna@utmn.ru; 3gpetuhoval@mail.ru.
Введение
В связи с ростом антропогенной нагрузки на окружающую среду актуальной задачей является изучение воздействия факторов среды
на живые организмы, в частности, на растения. Одним из наиболее распространенных и опасных факторов загрязнения среды являются тяжелые металлы (ТМ) (Магкоушкоуа с1 а1. 2006;
