Том 94, № 1 (2025)

В последние годы наблюдается возрастание интереса исследователей к микроорганизмам, способным окислять высшие газообразные гомологи метана (этан, пропан, н-бутан). Среди пропан- и бутанокисляющих бактерий особое внимание привлекают представители Rhodococcus ruber, они могут легко адаптироваться к экстремальным условиям среды и обладают значительным потенциалом для биотехнологии. В обзоре подчеркивается значимость R. ruber как биоиндикатора нефтегазовых месторождений и компонента микробных консорциумов для деградации углеводородов и других ксенобиотиков. Представлены данные о природных субстратах и экологических нишах газоокисляющих Rhodococcus, описаны их морфологические и физиологические особенности. Обсуждается их роль в биогеохимических циклах и потенциал промышленного использования. В результате анализа функциональных генов и ферментных систем катаболизма газообразных углеводородов (C₂−C₄) выявлены ключевые этапы окисления пропана у родококков и раскрыта роль пропанотрофии в биоремедиационном потенциале R. ruber. Обоснована необходимость дальнейших исследований для понимания механизмов адаптации этих микроорганизмов к антропогенному воздействию.

Выживание бактерий в неблагоприятных для роста условиях является одной из фундаментальных проблем микробиологии. Прикладной аспект этой проблемы – длительное сохранение клетками бактерий жизнеспособности, имеет особое значение для хранения молочнокислых бактерий в связи с биотехнологической значимостью этой группы микроорганизмов и их высокими скоростями отмирания при длительном хранении. Целью настоящего исследования было изучение длительного выживания молочнокислых бактерий разных физиологических групп (гетероферментативного Enterococcus faecium M3185 и гомоферментативной Lactobacillus paracasei АК 508) в силанольно-гуматных гелях (СГГ), включающих различные органические кислоты, используемые как титранты при получении СГГ (яблочную, молочную, уксусную, аскорбиновую, лимонную). Помещение клеток в СГГ с органическими кислотами приводило к существенному повышению титра жизнеспособных клеток относительно контроля при длительном хранении (до 200 раз) и зависело от культуры бактерий, использованной кислоты и срока хранения (до 5 мес.). Экспериментально доказанными причинами длительного выживания бактерий в СГГ являются: 1) нахождение большей части клеток в состоянии гипометаболизма и потребление ими органических кислот, что доказывается снижением их концентрации при хранении, а также выделением CO₂ в случае E. faecium (при этом уровень метаболизма понижен относительно растущих клеток в 1000 раз); 2) отсутствие массового автолиза клеток, что, предположительно, обусловлено “разобщенностью” клеток в геле и невозможностью создания достаточных концентраций ауторегуляторов и ферментов автолиза; 3) нахождение части клеток в состоянии покоя, в виде стрессоустойчивых цистоподобных клеток. Также есть основания полагать, что при переносе в гель формируется альтернативный (биопленочный) фенотип, обладающий повышенной стрессоустойчивостью. Полученные результаты свидетельствуют о целесообразности иммобилизации клеток молочнокислых бактерий в СГГ с органическими кислотами для длительного хранения.

Полевые испытания ризобиальных инокулянтов требуют использования простых и надежных методов идентификации используемых штаммов для выяснения того, какой именно штамм образовал азотфиксирующий клубенек. Эта задача возникает при испытании конкурентоспособности штаммов-инокулянтов по отношению к местным штаммам ризобий, для отслеживания судьбы штаммов-инокулянтов в длительные периоды после внесения штаммов, наконец, такие методы могут быть востребованы при защите прав собственников и разработчиков штаммов. Суть предлагаемого метода идентификации заключается в поиске штамм-специфичных участков ДНК, отсутствующих в других геномах этого же вида, и конструировании системы праймеров для мультиплексной ПЦР, позволяющей простую, надежную и быструю идентификацию штамма. Преимущества данного подхода по отношению к другим способам идентификации состоят, во-первых, в высокой воспроизводимости, а во-вторых, в том, что способ основан на детекции структурных вариантов, вклад которых в эволюцию геномов ризобий весьма высок, в то время как большинство методов геномного фингерпринтинга (AFLP, RAPD, REP, ERIC и др.) основаны на детекции нуклеотидных полиморфизмов в коротких фрагментах генома, но упускают из поля зрения множество событий, связанных с геномными перестройками и горизонтальным переносом генов. Использование предложенного метода также может послужить для мониторинга эволюционной динамики ризобиальных штаммов-инокулянтов, в особенности в уникальных фрагментах генома, что весьма важно для Rhizobium leguminosarum, где доля уникальных последовательностей намного выше, чем у других ризобий.

Аласные (термокарстовые) котловины с расположенными в них озерами представляют собой уникальные ландшафты криолитозоны, широко распространенные на территории Центральной Якутии и традиционно используемые коренным населением для хозяйственных нужд (в качестве источников воды, пастбищных и сенокосных угодий). Кроме того, аласы имеют важное климатическое значение, поскольку являются активными источниками эмиссии парниковых газов. Микробные сообщества играют ключевую роль в трансформации захороненного и современного органического вещества, поступающего в аласные экосистемы в результате воздействия климатических и антропогенных факторов. Однако микробиологические исследования таких экосистем крайне редки. В данной работе охарактеризовано филогенетическое разнообразие микробных сообществ донных осадков трех аласных озер Центральной Якутии – Тюнгюлю, Табы и Харыялах. Установлено, что в осадках преобладают анаэробные хемогетеротрофные прокариоты, но вместе с тем выявлено большое разнообразие некультивируемых микроорганизмов с неизвестным метаболизмом. Показано, что микробные сообщества донных осадков могут быть индикаторами сельскохозяйственной нагрузки, которую испытывают озера. Микроорганизмы цикла метана имели высокую представленность в озере с наименьшей антропогенной нагрузкой.

С помощью 16S рРНК профилирования исследован микробиом веслоногих рачков рода Diaptomus, обитающих в высокогорном озере Западного Кавказа. Основу микробиома составляли аэробные и анаэробные органотрофные микроорганизмы, метаногенные археи и аэробные метанокисляющие бактерии (МОБ). Выявлены симбионты и бактерии, входящие в рацион питания рачков. Анаэробные органотрофные микроорганизмы, обитающие в рачках, обеспечивают субстратами метаногенов – вторую по относительной численности физиологическую группу прокариот в составе микробиома. В микробиоме доминировали ацетокластические метаногены рода Methanothrix и гидрогенотрофные метаногены родов Methanobacterium и Methanoregula. Цикл метана внутри рачков замкнут, поскольку их микробиом содержал разнообразную популяцию аэробных МОБ, среди которых доминировали МОБ класса Gammaproteobacteria родов Methylobacter и Methyloparacoccus. Предположительно, обмен метаном между метаногенами и метанотрофами происходит в кишечнике рачка в аноксидных условиях при непосредственном контакте целевых микроорганизмов.

Из ризосферы дикорастущих и культурных злаков выделены биотехнологически значимые штаммы бактерий рода Pseudomonas, совмещающие в себе способность к биоконтролю фитопатогенных грибов и бактерий и деградации гербицида глифосат в качестве единственного источника фосфора (P. сhlororaphis subsp. chlororaphis G16, P. chlororaphis subsp. aureofaciens G27, P. protegens G23-4) и гербицида Аксиал в качестве единственного источника углерода (P. chlororaphis G27). Данные штаммы проявляли липолитическую и протеолитическую активности, а P. сhlororaphis G27 также продуцировал цианид водорода, обладающий антифунгальным действием. Изученные в настоящей работе штаммы могут быть рекомендованы в качестве основы биопрепаратов для защиты растений от фитопатогенных микроорганизмов, в том числе на почвах, подвергшихся обработке гербицидами.