CC BY
60
ь Серия «Биология. Экология» ИЗВЕСТИЯ
ГшЙШ! 2013. Т. 6, № 3(1). С. 27-34 Иркутского
Онлайн-доступ к журналу: государственного
^IPtt^ http://isu.ru/izvestia 'университета
УДК 581.526.325.2
Токсичные цианобактерии в озере Байкал
О. И. Белых, А. С. Гладких, Е. Г. Сороковикова, И. В. Тихонова, С. А. Потапов
Лимнологический институт СО РАН, Иркутск E-mail: belykh&lin.irk.ru
Аннотация. Впервые в оз. Байкал в прибрежной зоне пос. Турка обнаружены цианобактерии родов. \nahae-па ж Microcystis, содержащие гены синтеза микроцистинов. Концентрация микроцистинов в воде, по данным иммуноферментного анализа, составила 0,17±0,01 мкг/л. С помощью пиросеквенирования охарактеризован генетический и таксономический состав микробного сообщества Среднего Байкала, выявлены 3 936 нуклео-тидных последовательностей фрагмента гена 16S рРНК. Установлено, что представители филы Cyanobacte-ria доминируют в составе летнего бактериопланктона литорали и пелагиали озера, при этом большее разнообразие наблюдается в планктоне литоральной зоны.
Ключевые слова: оз. Байкал, цианобактерии, пиросеквенирование, микроцистины, ген тф.Е, иммунофер-ментный анализ.
Введение
Цианобактерии - оксигенные фототрофные прокариоты, способные продуцировать широкий круг биологически активных веществ. Некоторые из них токсичны для человека и животных, вызывают острые отравления и заболевания ряда органов. Наиболее распространёнными токсинами в пресных водоёмах являются микроцистины (МС) - циклические геп-тапептиды, синтезируемые нерибосомно большим мультиферментным комплексом. МС поражают клетки печени, ингибируя се-рин/треонин фосфатазы, что приводит к ги-перфосфориляции белков цитоскелета гепато-цитов, потере клеточных контактов и возникновению обширных кровоизлияний в печени [14; 20]. МС продуцируют цианобактерии родов Microcystis, Anabaenci, Plcmktothrix, Anct-baenopsis, Nostoc, Gloeothchia и Hapalosiphon. В настоящее время выявлено 90 изоформ МС, из которых MC-LR является наиболее токсичным [32]. Согласно рекомендации ВОЗ концентрация MC-LR в питьевой воде не должна превышать 1 мкг/л, а в водах для купания — 2-4 мкг/л [34].
Среди потенциально токсичных видов в Байкале встречаются Microcystis aeruginosa, М. ichtyoblabe, М. wesenbergii, Anabaena lem-mermannii, A. flos-aquae, A. spiroides, Aphani-zomenon flos-aqiiae, Gloeotrichia echinnlata. Эти виды достигают высокой численности в заливах и сорах, в некоторые годы в августе в пелагиали озера при длительной штилевой погоде
отмечали обширные поля цветений А. 1еттегтаппИ, А. ^лв» [7].
Токсичные цветения цианобактерий зарегистрированы в более чем 25 странах мира, включая Россию [8; 10; 15; 24]. Исследования водоёмов Восточной Сибири, впервые начатые нами в 2005 г., показали, что токсиногенные цианобактерии присутствуют в большинстве озёр и водохранилищ региона [1; 2; 17]. Цианобактерии, продуцирующие различные изо-формы токсинов, ежегодно развиваются в оз. Котокельское, расположенном в 2 км от Байкала [3; 24].
Поиск токсичных цианобактерий и изучение состава микробных сообществ в пелагиали и литорали озера Байкал стали целью настоящей работы.
Материалы и методы
Цианобактерии получены из планктонных проб, отобранных в августе 2010 г. в Среднем Байкале на центральной станции разреза м. У хан - м. Тонкий (глубина 1 562 м) и в прибрежной зоне в зал. Турка (глубина 7 м) с использованием батометров с глубин 5, 10, 15 и 25 м и сети Апштейна с поверхности, в литорали отбор проб производили только с поверхности. С каждого горизонта отбирали по 200 мл воды и сливали для получения интегральных проб, затем фильтровали через поликарбонатные фильтры с диаметром пор 0,2 мкм («МИНроге», США). При использовании сет-
ных проб материал фиксировали этанолом (конечная концентрация 70 %).
ДНК цианобактерий выделяли методом фенол-хлороформной экстракции. Пиросеквени-рование образцов произведено на приборе Roche/454 Genome Sequencer FLX Titanium компанией ChunLab Inc. (Национальный университет Сеула, Корея). Амплификацию фрагмента гена 16S рРНК проводили, используя эубактериальные праймеры 9F и 541R [30]. Анализ полученных последовательностей проводили согласно алгоритму, описанному ранее [6].
Для выявления гасуЕ-гена синтеза микро-цистинов применяли универсальные праймеры hepF и hepR [19]. Детально методика описана ранее [3; 24]. Уникальные последовательности депонированы в GenBank под номерами JF837306-11.
Наличие MC в пробах воды определяли методом иммуноферментного анализа (ИФА), используя набор Microcystins-ADDA ELISA kit («Abraxis LLC», США) согласно инструкции производителя. Обработка результатов производилась с использованием программы RIDA® SOFT Win.
Результаты
В августе в пелагиали озера наблюдалась прямая температурная стратификация. Температура воды на поверхности на разрезе м. У хан - м. Тонкий составляла 9,3 °С, на глубине 25 м - 5,9 °С, прозрачность по диску Секки - 6 м. В зал. Турка температурная стратификация отсутствовала, температура воды на поверхности составляла 14 °С, у дна 12,8 °С, прозрачность по диску Секки - 3,2 м.
Из проб планктона прибрежного участка в районе пос. Турка с помощью пиросеквениро-вания получено 1 906 последовательностей гена 16S рРНК, принадлежащих домену Bacteria. Большинство последовательностей отнесены к филам Cyanobacteria, Proteobacteria, Actinobac-teria, Planctomycetes, Verrucomicrobia, Dein-ococcus-Thermus, Chloroflexi, Bacteroidetes, Ac-idobacteria, Firmicutes и Armatimonadetes. Восемь последовательностей принадлежали фантомным филам MATCR, BRC1, TDNP, ТМ7, AD3, OP 11 и ТМ6. Всего выявлен 191 филотип, видовое богатство (кластерное расстояние 0,03), оценённое с помощью непараметрического критерия Chaol, составляло 370.
Основу сообщества формировали представители Cyanobacteria и Proteobacteria, их доля составляла соответственно 50,4 % и 42,1 % от общего числа последовательностей (рис. 1).
Фила Cyanobacteria представлена порядками Chroococcales и Nostocales. При этом доминировали пикопланктонные Synechococcus sp. (729 последовательностей), Cyanobium sp. (119 последовательностей) и Cyanobacterium sp. (26 последовательностей). Среди нанопланктон-ных видов в прибрежном сообществе на основании более чем 97%-ного сходства последовательностей гена 16S рРНК могут быть выделены виды Anabaena flos-aquae, A. lemmermannii, A. solitaria, Gloeotrichia echinulata, Microcystis sp., Mi aeruginosa, Chamaesiphon sp., Phormidi-um sp., Tolypothrix sp. В филе Proteobacteria доминировали представители класса Alphaproteo-bacteria из семейств Rhodobacteraceae (329 последовательностей) и Beijerinckiaceae (282 последовательности) .
Из проб планктона пелагиали Среднего Байкала было получено 2030 последовательностей 16S рРНК, принадлежащих домену Bacteria. Сообщество состояло в основном из представителей фил Cyanobacteria, Proteobacteria, Actinobacteria, Verrucomicrobia и Planctomycetes. Минорными филами, представленными единичными последовательностями, являлись Bacteroidetes, Thermobaculum, Armatimonadetes, Acidobacteria, TM7 и GN02. Цианобактерии составляли более 75 % сообщества, Proteobacteria и Actinobacteria - 11 и 10 % соответственно. Показатели видового разнообразия бактерио-планктона пелагиали были такими же, как и в литорали, выявлено 198 филотипов, коэффициент Chaol равен 405. Доминирующим филоти-пом в сообществе пелагиали был Synechococcus sp. (1 346 последовательностей, 66,3 %). В составе филы Cyanobacteria помимо Synechococcus sp. обнаружены последовательности, принадлежащие родам Cyanobium и Cyanobacterium. В отличие от прибрежного района последовательности нанопланктонных представителей порядка Nostocales не обнаружены. В филе Actinobacteria доминирующим был не-идентифицированный генотип рода llumatobac-ier (138 последовательностей). Среди Proteobacteria доминировал Limnohabitans sp. (33 последовательности) .
Маркерный ген тсуЕ был обнаружен в пробах, отобранных в литорали у пос. Турка, в то время как на глубоководной станции разреза м. Ухан - м. Тонкий он не выявлен. За весь период мониторинга планктона оз. Байкал на наличие генов синтеза микроцистинов (20052010 гг.) положительный результат получен впервые.
100% -1
80% —
60% —
40% —
20% —
0%
ШйЩВЩВ
Турка
Ухан-Тонкий
^ Cyanobacteria ЁЗ Proteobacteria ^ Actinobacteria
| Planctomycetes I ]] Verrucomicrobia ¡Щ Deinococcus-Thermus Щ Chloroflexi Щ Другие
Рис. 1. Результаты метагеномного анализа бактериальных сообществ планктона из прибрежной зоны пос. Турка и станции разреза м. Ухан- м. Тонкий по данным пиросеквенирования последовательностей фрагмента гена 168 рРНК
Из проб, отобранных в прибрежье пос. Турка, было получено 50 клонов, среди них выявлено 6 различных генотипов: ВаТ 10-1, ВаТ 10-3, ВаТ 10-9, ВаТ 10-12, ВаТ 10-13, ВаТ 10-14. Генотипы ВаТ 10-3, ВаТ 10-9, ВаТ 10-12 были на 99 % сходны с последовательностями рода Microcystis, тогда как генотипы ВаТ 10-1, ВаТ 10-13 и ВаТ 10-14 - на 99 % сходны с последовательностями рода Anabaena.
Ранее было показано, что генетический маркер тсуЕ имеет хорошее разрешение на уровне рода. Так, роды Microcystis, Anabaena, Nodulctria, Planktothrix и Phormidhim формируют отдельные устойчивые кластеры [19; 24]. Внутри кластера Microcystis генотипы ВаТ 10-3 и ВаТ 10-9 группируются вместе с последовательностью М. wesenbergii NIES-107 из оз. Ка-вагучи, Япония (статистическая поддержка 94 %). Последовательность ВаТ 10-12 кластеризуется на древе вместе с последовательностью Microcystis sp. В5-4 из Балтийского моря.
В кластере Anabaena последовательность ВаТ 10-1 группируется с последовательностью
К1 из оз. Котокельское и штаммами АпаЪаепа из скандинавских озёр и Балтийского моря. Последовательности ВаТ 10-13 и 10-14 располагаются на отдельных филогенетических ветвях (рис. 2).
Концентрация микроцистинов, измеренная с помощью ИФА, составила в литорали оз. Байкал в районе пос. Турка 0,17 мкг/л (±0,01). Концентрации цианотоксинов на глубоководной станции разреза м. Ухан - м. Тонкий была ниже порога чувствительности метода ИФА.
Обсуждение
В ходе исследования изучены два различных по морфометрии, гидрохимическому и гидрофизическому режиму участка оз. Байкал: глубоководный пелагический и прибрежный, в котором большое влияние оказывает р. Турка-четвёртый по водности приток Байкала |4|. В устье реки отмечаются более высокие показатели концентрации биогенов, численности и биомассы фитопланктона, чем в пелагиали [9].
71
54 100
77
94
г;
951 Microcystis sp. ВаТ 10-12, JF837309, оз. Байкал
Microcystis sp. B5-4, НМ543077, Балтийское море Microcystis sp. В5-1, НМ543074, Балтийское море Microcystis sp. К2, GQ366343, оз. Котокельское Microcystis sp. 10-14, JF739303, оз. Котокельское Microcystis viridis NIES 102, AY817159, оз. Касумигаура, Япония j Microcystis aeruginosa NIES843, АР009552, оз. Касумигаура, Япония Microcystis aeruginosa К-139, АВ032549, оз. Касумигаура, Япония Microcystis wesenbergii NIES-107, AY817158, оз. Кавагучи, Япония Microcystis sp. ВаТ 10-3, JF837307, оз. Байкал Microcystis sp. ВаТ 10-9, JF837308, оз. Байкал 97|— Microcystis aeruginosa LB 2664, AY817161, в-ще, ЮАР ' Microcystis sp. CYN10, FJ393328, озеро, H. Зеландия
Microcystis aeruginosa BR31, GU817051, Берешское в-ще ~~ Microcystis aeruginosa BR29, GU817052, Берешское в-ще
96L
99г Planktothrix sp. 126/8, AJ441056, озеро, Финляндия
Oscillatoria {Planktothrix) sp. 19R, AY817165, озеро, Финляндия
Ю0| Phormidium sp. 1-6с, AY817167, США I
100
Phormidium sp. 2-26b3, AY817166, США
Anabaena sp. ВаТ 10-13, JF837310, оз. Байкал Anabaena sp. ВаТ 10-14, JF837311, оз. Байкал
Anabaena lemmermannii РН256, EU916774, Балтийское море Anabaena flos-aquae NIVA-CYA 269/6, EU916772, Балтийское море 74)— Anabaena sp. ВаТ 10-1, JF837306, оз. Байкал ' Anabaena sp. Kl, GUI86846, оз. Котокельское Anabaena sp. SYKE 971/6, EU916781, Балтийское море " Anabaena sp. 90, AY212249, озеро, Финляндия
62
0,05
Рис. 2. Филогенетическое древо цианобактерий, основанное на результатах анализа последовательностей фрагментов »гсуЕ-генов и построенное методом максимального правдоподобия (МЬ). Цифрами в узлах ветвления обозначены результаты бутстреп-анализа 1000 реплик. Последовательности отсуЕ-гена из оз. Байкал выделены жирным шрифтом
В районе пос. Турка в 2010 г. начато интенсивное строительство туристических объектов, порта и других сооружений в рамках развития особой экономической зоны туристско-рекреационного типа «Байкальская гавань», которая станет одним из ключевых центров водного туризма и первым современным портом на восточном побережье оз. Байкал.
В данной работе для выявления доминирующих генотипов цианобактерий и поиска потенциально токсичных видов было применено 454 пиросеквенирование - самый современный метод оценки состава микробных сообществ. Согласно нашим данным, в августе в оз. Байкал как в литорали, так и в пелагиали доминировали представители бактериальных фил Суапо-Ьасгепа и Рго1еоЬас1спа. Ранее было показано, что в Южном Байкале в июне бактериопланк-тон литорали определяли филы Вас1его1<Мез,
Actinobacteria и Proteobacteria [6]. Все четыре филы, доминировавшие в различные сезоны в планктоне Байкала, а также фила Verrucomi-crobia, являются типичными для большинства пресных водоёмов [31].
В озёрах Эри и Сент-Мэрис из системы североамериканских Великих озёр, планктон которых был также изучен на основе 454 пиросе-квенирования, как и в литорали у пос. Турка в составе сообществ во время цветений преобладали цианобактерии (77-88 %), a Proteobacteria были второй по численности доминирующей филой: на долю этих двух фил приходилось более 90 % разнообразия сообщества. До 70 % последовательностей, полученных из этих озёр, принадлежали пикопланктонным видам. Основной продуцент цианотоксинов Microcystis spp. составлял менее 3 % от общей популяции бактерий [12]. В оз. Байкал вклад последова-
тельностей пикоцианобактерий в прибрежье у пос. Турка составлял более 90 %, на долю Microcystis и Anabaena приходилось 2,9 %; на станции же разреза м. Ухан - м. Тонкий 100 % генотипов были представлены пикопланктон-ными нетоксичными видами. Известно, что представители семейства Rhodobacteraceae, которые доминировали в филе Proteobacteria в литорали, способны разлагать низкомолекулярные токсины, образующиеся при массовом развитии водорослей [29].
Третьей по числу полученных последовательностей в оз. Байкал была фила Actinobacte-ria Как известно, Actinobacteria могут составлять до 50 % от общей численности всех бактерий в эпилимнионе [13]. Их обильное развитие в поверхностных слоях воды связывают с наличием в клетках актинородопсина и устойчивостью к УФ-излучению [11].
С помощью маркеров к mcjE-гену в оз. Байкал обнаружены два МС-продуцирующих рода Anabaena и Microcystis. Потенциально токсичные представители этих родов, содержащие гены синтеза МС, были найдены в большинстве озёр Финляндии [15]. При этом в среднем 59 % цианобактериальных цветений в Финляндии были гепатотоксичными, а концентрация МС, измеренная с помощью ИФА, варьировала от предельно детектируемой до 5200 мкг/л [15; 26]. В оз. Байкал концентрация МС была невысокой (0,17±0,01 мкг/л) и не превышала порога, установленного для питьевой воды [34]. Известно, что содержание токсина зависит от температуры окружающей среды. По данным К. Sivonen и G. Jones [26], наибольшая концентрация МС достигается при 18 и 25 °С, в то время как при низких (10 °С) температурах синтез токсина замедляется в 2-3 раза. Температура воды у поверхности в прибрежном участке оз. Байкал составляла 14 °С, что близко к порогу низких температур для микроцистин-продуцирующих видов. Другой причиной, препятствующей здесь массовому цветению, является перемешивание водных масс вследствие стока р. Турка.
Несмотря на то что Microcystis является наиболее часто выявляемым в токсичных цветениях родом, мы обнаружили одинаковое количество токсичных генотипов родов Anabaena и Microcystis. Вероятно, это обусловлено тем, что содержащие гетероцисты Anabaena spp. способны фиксировать азот и имеют конкурентное преимущество при низких концентрациях биогенов в воде. Ранее показано, что именно в летние месяцы в период лимитирова-
ния биогенных элементов в заливах Байкала наблюдается массовое развитие нанопланктон-ных азотфиксирующих видов цианобактерий [23].
В оз. Котокельское, расположенном в 2 км от оз. Байкал и связанном с ним реками Турка, Исток и Коточик, ежегодно наблюдаются токсичные цветения цианобактерий, выделены и описаны токсичные генотипы, а также три варианта МС [3; 24]. Летом 2008 г. на оз. Котокельское зарегистрирована массовая гибель рыб, водоплавающих птиц и домашних кошек, отмечено 16 случаев отравлений человека, связанных с употреблением в пищу леща, выловленного в озере. Наличие прямой водной связи между озерами Байкал и Котокельское обусловливает возможность заноса видов с речным стоком. Обнаруженные в литорали у пос. Турка генотипы группы ВаТ 10-1 родственны таковым из оз. Котокельское и на филогенетическом древе группируются вместе. Известно, что одним из факторов, способствующим распространению цианобактериального цветения, является миграция МС-продуцирующих генотипов между водоёмами, которая происходит как вследствие интродукции в озеро токсичных видов из расположенных поблизости мелких озёр и луж во время штормов, либо посредством внешних факторов (перемещение рыбачьих лодок, оборудования и т. п.). Подобный факт был описан для Великих озёр (оз. Онтарио) [18].
Токсичные цветения цианобактерий стали обычным явлением в большинстве озёр Европы [21; 28; 33]. Относительно недавно высокие концентрации цианотоксинов были обнаружены в олиготрофных высокогорных озёрах [22] и олигомезотрофных водоёмах [16]. Развитие токсичных цветений связывают с эвтрофиро-ванием и глобальным потеплением [25]. Многолетние исследования показали, что на Байкале также происходят изменения климата. Так, начиная с 1896 г. средняя годовая температура возрастала со средней скоростью 1,2 °С в 100 лет [5]. За последние 60 лет постепенно возрастает температура поверхности и верхних слоёв воды в тёплое время года [27]. В связи с развитием туристической индустрии на оз. Байкал усиливается антропогенная нагрузка, что может привести к эвтрофированию мелководных заливов. Эти и другие факторы оказывают негативное влияние на экосистему озера и могут стать причиной развития токсичных цветений.
Заключение
Впервые получены данные о наличии токсичных генотипов цианобактерий и присутствии токсинов в оз. Байкал. Учитывая все имеющиеся предпосылки развития токсичных цветений в мелководных участках озера, которые являются зонами туризма и рекреации, необходимо продолжать мониторинг с целью своевременного выявления очагов потенциальной опасности.
Работа выполнена при поддержке РФФИ (проекты 09-04-90420 Укрфа, 10-04-0161 За, 12-04-90012 Бел а, 12-04-31672 мол а), публикация статьи осуществлена при финансовой поддержке РФФИ в рамках проекта № 13-0406068- г.
Литература
1. Анализ цианобактерий озера Байкал и Усть-Илимского водохранилища на наличие гена синтеза микроцистина / И. В. Тихонова [и др.] // Докл. Акад. наук. - 2006. - Т. 409, № 3. - С. 1-3.
2. Выявление потенциально токсичных цианобактерий в озере Байкал и водохранилищах Иркутской области с помощью полимеразной цепной реакции / И. В. Тихонова [и др.] // Бюл. ВСНЦ СО РАМН. - 2006. - № 2. - С. 202-205.
3. Выявление токсичных Microcystis в озере Ко-токельское (Бурятия) / О. И. Белых [и др.] // Вестн. ТГУ. Биология. - 2010. - Т. 330. - С. 172-175.
4. Многолетние данные о режиме и ресурсах поверхностных вод суши. - Л. : Гидрометиздат, 1986.-Т. 1, вып. 14.-363 с.
5. О проявлении на Байкале глобальных изменений климата в XX столетии / М. Н. Шимараев [и др.]// Докл. Акад. наук, - 2002,- Т. 383, №3,-С. 397-400.
6. Парфенова В. В. Сравнительный анализ биоразнообразия бактериальных сообществ планктона и биопленки в озере Байкал/ В. В. Парфенова, А. С. Гладких, О. И. Белых // Микробиология. -2013. - Т. 82, № 1. - С. 94-105.
7. Поповская Г. И. Массовые, эндемичные и индикаторные виды планктонных водорослей озера Байкал / Г. И. Поповская, О. И. Белых. - Иркутск : Иркут. ун-т, 2002. - 65 с.
8. Продуцируемые цианобактериями токсины в период «цветения» воды в Нижнем Суздальском озере (Санкт-Петербург, Россия) / Л. Н. Ворошко [и др.] // Альгология. - 2010. - № 2. - С. 210-223.
9. Характеристика летнего фитопланктона и ав-тотрофного пикопланктона озера Байкал в 2005 г. / О. И. Белых [и др.] // Альгология. - 2007. - Т. 17, № 3. - С. 380-396.
10. A global network for cyanobacterial bloom and toxin risk management / G. A. Codd [et al.] // International Hydrologolical Programme. Initial situation
assessment and recommendations. UNESCO. - Paris, 2006,- 138 p.
11. A guide to the natural history of freshwater lake bacteria / R. J. Newton [et al.] // Microbiol. Mol. Biol. Rev. -2011. - Vol. 75. - P. 14-49.
12. Comparative metagenomics of toxic freshwater cyanobacteria bloom communities on two continents/ M. M. Steffen [et al.] // PLoS ONE. - 2012. - Vol. 7, N 8. - e44002. doi:10.1371/journal.pone.0044002.
13. Comparative 16S rRNA analysis of lake bacterioplankton reveals globally distributed phylogenetic clusters including an abundant group of actinobacteria / F. O. Glockner [et al.] // Appl. Environ. Microbiol. - 2000. - Vol. 66, N 11. - P. 5053-5068.
14. Cyanobacterial microcystin-LR is a potent and specific inhibitor of protein phosphatases 1 and 2A from both mammals and higher plants / C. MacKintosh [et al.] // FEBS Letters. - 1990. - Vol. 264. - P. 187192.
15. Detection of microcystin-producing cyanobacteria in Finnish lakes with genus-specific microcystin synthetase gene E (mcyE) PCR and associations with environmental factors / A. Rantala [et al.] // Appl. Environ. Microbiol. - 2006. - Vol. 72, N 9. - P. 6101-6110.
16. Determination of microcystin variants and related peptides present in a water bloom of Planktothrix (Oscillatoria) rubescens in a Spanish drinking reservoir by LC/ESI-MS / M. Barco [et al.] // Toxicon. - 2004. -Vol. 44.-P. 881-886.
17. Ecological development and genetic diversity of Microcystis aeruginosa from artificial reservoir in Russia / N. A. Gaevsky [et al.] // J. of Microbiology. -2011.-Vol. 49, N5.-P. 714-720.
18. Hotto A. M. Molecular characterization of potential microcystin producing cyanobacteria in lake Ontario embayments and nearshore waters / A. M. Hotto, M. F. Satchwell, G. L. Boyer // Appl. and Environ. Microbiol. - 2009. - Vol. 73, N 14. - P. 4570-4578.
19. Jungblut A. D. Molecular identification and evolution of the cyclic peptide hepatotoxins, microcystin and nodularin, synthetase genes in three orders of cyanobacteria/ A. D. Jungblut, B. A. Neilan// Arch. Microbiol. - 2006. - Vol. 185, N2.-P. 107-114.
20. Liver tumor promotion by the cyanobacterial cyclic peptide toxin microcystin-LR/ R. Nishiwaki-Matsushima [et al.] // J. Cancer Res. Clin. Oncol. -1992.-Vol. 118, N6.-P. 420-424.
21. Occurrence and toxicity of cyanobacterial blooms dominated by Anabaena lemmermannii P. Richter and Aphanizomenon spp. in boreal lakes in 2003 / L. Lepisto [et al.] // Algol. Stud. - 2005. - Vol. 117. -P. 315-328.
22. Plötzliche Todesfälle von Alprinderm im Kanton Graubünden / H. Naegali [et al.] // Schweizer Archiv für Tierheilkunde. - 1997. - Vol. 139. - P. 201209.
23. Popovskaya G. I. Ecological monitoring of phytoplankton in Lake Baikal/ G. I. Popovskaya// Aquatic ecosystem and health management. - 2000. -Vol. 3.-P. 215-225.
24. Presence and genetic diversity of microcystin-producing cyanobacteria {Anabaena and Microcystis) in Lake Kotokel (Russia, Lake Baikal region) / O. I. Belykh [et al.]// Hydrobiologia. - 2011,- Vol. 671, N 1.-P. 241-252.
25. Record-setting algal bloom in Lake Erie caused by agricultural and meteorological trends consistent with expected future conditions / A. M. Michalak [et al.] // PNAS. - 2013. -Vol. 110, N 16. - P.6448-6452.
26. Sivonen K. Cyanobacterial toxins / K. Sivonen, G. Jones // Toxic cyanobacteria in water. A guide to their public health consequences, monitoring and management. Eds. I. Chorus and J. Bartram: E and FN Spon. - London, 1999. - P. 41-111.
27. Sixty years of environmental change in the world's largest freshwater lake - Lake Baikal, Siberia / S. E. Hampton [et al.] // Glob. Chang. Biol. - 2008. -Vol. 14, N. 8.-P. 1947-1958.
28. Skulberg O. M. Toxins produced by cyano-phytes in Norwegian inland waters - health and environment / O. M. Skulberg // In Chemical Data as a Basis of Geomedical Investigations. - The Norwegian Academy of Science and Letters, Oslo, 1996. - P. 179216.
29. Stable isotope probing of an algal bloom to identify uncultivated members of the Rhodobacteraceae
associated with low-molecular-weight polycyclic aromatic hydrocarbon degradation / T. Gutierrez [et al.] // Appl. Environ. Micrbiol. - 2011,- Vol. 77, N. 21,-P. 7856-7860.
30. The analysis of oral microbial communities of wild-type and toll-like receptor 2-deficient mice using a 454 GS FLX Titanium pyrosequencer / J. Chun [et al.]// BMC Microbiology.- 2010,- Vol. 10. doi: 10.1186/1471-2180-10-101.
31. Typical freshwater bacteria: an analysis of available 16S rRNA gene sequences from plankton of lakes and rivers / G. Zwart [et al.] // Aquatic Microbial Ecology. - 2002. - Vol. 28, N 2. - P. 141-155.
32. Welker M. Cyanobacterial peptides - Nature's own combinatorial biosynthesis / M. Welker, H. von Dohren// FEMS Microbiology Reviews. - 2006. - Vol. 30, N4.-P. 530-563.
33. Willen N. Water-blooming and toxin-producing cyanobacteria in Swedish fresh and brackish waters, 1981-1995 / N. Willen, R. Mattsson// Hydrobiologia. - 1997. - Vol. 353. - P. 181-192.
34. World Health Organization. Guidelines for drinking-water quality Vol. 1 Third edition. - World Health Organization, Geneva, Switzerland, 2004. - 45 p.
Toxic cyanobacteria in Lake Baikal
O. I. Belykh, A. S. Gladkykh, E. G. Sorokovikova, I. V. Tikhonova, S. A. Potapov
Limnological Institute SB RAS, Irkutsk
Abstract. Cyanobacteria Anabaena and Microcystis containing microcystin synthesis genes were found for the first time in the littoral zone of Lake Baikal near Turka village. Microcystin concentration in water according enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) was 0,17±0,01 mg /1. Genetic and taxonomic composition of microbial community in Central Baikal was characterized by using pyrosequencing, 3936 nucleotide sequences of 16S rRNA gene fragment were identified. The phylum Cyanobacteria was dominant in the summer bacterioplankton of the littoral and pelagic zones, whereas higher biodiversity was recorded in the littoral plankton.
Keywords: Lake Baikal, cyanobacteria, pyrosequencing, microcystins, gene incyE. ELISA.
Белых Ольга Ивановна кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник, доцент Лимнологический институт СО РАН 664033, г. Иркутск, ул. Улан-Баторская, 3 тел. (3952) 42-54-15 E-mail: [email protected]
ГладкихАнна Сергеевна кандидат биологических наук, научный сотрудник Лимнологический институт СО РАН 664033, г. Иркутск, ул. Улан-Баторская, 3 тел. (3952) 42-54-15 E-mail: [email protected]
Belykh Olga Ivanovna
Ph. D. in Biology, Leading Research Scientist, Associate Professor Limnological Institute SB RAS 3 Ulan-Batorskaya st., Irkutsk, 664033 tel.: (3952) 42-54-15 E-mail: [email protected]
Gladkykh Anna Sergeevna
Ph. D. in Biology, Research Scientist
Limnological Institute SB RAS
3 Ulan-Batorskaya st., Irkutsk, 664033
tel.: (3952) 42-54-15
E-mail: [email protected]
Сороковикова Екатерина Георгиевна кандидат биологических наук, научный сотрудник Лимнологический институт СО РАН 664033, г. Иркутск, ул. Улан-Баторская, 3 тел. (3952) 42-54-15 E-mail: [email protected]
Тихонова Ирина Васильевна
кандидат биологических наук, научный сотрудник Лимнологический институт СО РАН 664033, г. Иркутск, ул. Улан-Баторская, 3 тел. (3952) 42-54-15 E-mail: [email protected]
Потапов Сергей Анатольевич аспирант
Лимнологический институт СО РАН 664033, г. Иркутск, ул. Улан-Баторская, 3 тел. (3952) 42-54-15 E-mail: [email protected]
Sorokovikova Ekaterina Georgievna Ph. D. in Biology, Research Scientist Limnological Institute SB RAS 3 Ulan-Batorskaya st., Irkutsk, 664033 tel.: (3952) 42-54-15 E-mail: [email protected]
Tikhonova Irina Vasilyevna
Ph. D. in Biology, Research Scientist
Limnological Institute SB RAS
3 Clan-Bator skay a st., Irkutsk, 664033
tel.: (3952) 42-54-15
E-mail: [email protected]
Potapov Sergey Anatolyevich Doctoral Student Limnological Institute SB RAS 3 Clan-Bator skay a st., Irkutsk, 664033 tel.: (3952) 42-54-15 E-mail: [email protected]
