КАРТОЧКА ПРОЕКТА,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер 18-14-00130

НазваниеВыделение, культивирование и характеристика новых ранее некультивируемых экстремофильных микроорганизмов из экосистем Сибири

РуководительКарначук Ольга Викторовна, Доктор биологических наук

Организация финансирования, регионфедеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет", Томская обл

Года выполнения при поддержке РНФ 2018 - 2020 

КонкурсКонкурс 2018 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни, 04-110 - Общая и молекулярная микробиология; вирусология

Ключевые слованекультивируемые микроорганизмы, биоразнообразие, подземная биосфера, экстремофилы, сульфатредуцирующие бактерии, Desulforudis

Код ГРНТИ34.27.00


СтатусУспешно завершен


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Проект направлен на поиск новых, ранее некультивируемых микроорганизмов в удаленных труднодоступных экосистемах в Сибири. Уникальный организм, термофильный ‘Candidatus Desulforudis audaxviator’ был недавно выделен в нашей лаборатории. Мы планируем изучение этого организма, а также ацидофильных Desulfovibrio, также полученных в чистой культуре и перспективных для использования в биотехнологиях. Стратегия и методы, разработанные и использованные при выделении ранее некультивируемых микробов, будут применены для получения и культивирования новых изолятов. Два типа экосистем в Сибири будут рассмотрены для выделения экстремофилов – глубокие подземные водоносные горизонты (глубже 2 км) или кислые отходы горнодобывающей промышленности. Мы планируем получить новые изоляты, изучить их физиологию, секвенировать геномы и предоставить эту информацию международному научному сообществу в виде штаммов, депонированных в международные коллекции, геномов, депонированных в международные базы данных и научных публикаций, описывающих физиологию и таксономию новых организмов.

Ожидаемые результаты
1. Будут охарактеризованы и описаны ранее некультивируемые и выделенные недавно в чистую культуру в нашей лаборатории из экосистем в Сибири “Candidatus Desulforudis audaxviator” BYF и ацидофильные Desulfovibrio spp. 2. Будут выделены в чистую культуру и охарактеризованы новые микроорганизмы известные ранее только по «молекулярным подписям» из малоизученных с точки зрения микробного разнообразия экосистем в Сибири. В частности акцент будет сделан на представителях глубинной биосферы и микроорганизмах, обитающих в отходах горнодобывающей промышленности, характеризующихся низким рН, высоким содержанием металлов и других токсичных веществ. 3. Будут определены последовательности и депонированы в GenBank NCBI геномы новых микроорганизмов. 4. Новые микроорганизмы будут депонированы в международные коллекции культур и проведено их таксономическое описание. 5. Будут изучены физиология и особенности организации клеток новых изолятов. 6. Результаты физиологических наблюдений, таксономические описания и анализ геномов будут опубликованы в авторитетных изданиях, индексируемых Scopus, WoS.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2018 году
Проект посвящен культивированию и изучению новых ранее некультивируемых экстремофильных микроорганизмов из экосистем Сибири. Из глубинных подземных вод (более 2 км), вскрываемых артезианской скважиной на территории Томской области, был выделен Desulforudis audaxviator штамм BYF. Бактерия длительное время была известна только по геномным подписям, считалась медленнорастущей и не подверженной культивированию. Анализ генома Candidatus Desulforudis audaxviator и данные метагеномных исследований предполагали, что бактерия может развиваться в экстремально олиготрофных условиях подземной биосферы, использовать энергию, получаемую от радиолиза воды, и формировать экосистемы, основанные на одном виде. Считалось, что бактерия претерпевает деление раз в сто или даже тысячу лет. Нами была получена лабораторная культура Desulforudis audaxviator штамм BYF, растущая со скоростью 0.027 час-1 и временем удвоения 28.5 часов, что продемонстрировало возможность относительно быстрого роста в лабораторных условиях. Спектр субстратов, используемых штаммом BYF, кроме молекулярного водорода включал ряд простых органических кислот и спиртов. Электронно-микроскопические наблюдения тонких срезов клеток выявили уникальные детали морфологии, заключающиеся в связи спор с газовыми вакуолями и присутствие электрон-плотных структур в цитоплазме, обогащенных фосфором, железом и кальцием. Газовые вакуоли могут играть важную роль в распространении десульфорудиса. В ходе выполнения проекта в 2018 году проведены хемотаксономические исследования и депонирование в международные коллекции новых ацидофильных и ацидотолерантных штаммов бактерий, что позволит выполнить таксономические описания новых видов Desulfovibrio и Desulfosporosinus. С целью выделения новых прокариот получены накопительные культуры сульфидогенов, хитинолитиков, сахаролитиков и гетеротрофов, утилизирующих мономеры сахаров и органические кислоты из: (1) проб воды нефтеразведочной скважины в пос. Сухая; (2) скважины, вскрывающей подземные горизонты добычи угля в Новокузнецке (разрез Бунгурский-Северный) и дренажной скважины на шахте «Северная»; (3) глубинной скважины в поселке Белый Яр Томской области; (4) осадков содового озера Танатар в Алтайском крае. Предварительные молекулярные исследования показали наличие филогенетически-удаленных и биотехнологически значимых филотипов в этих экосистемах. Дальнейшие исследования будут направлены на выделение целевых организмов из накопительных культур.

 

Публикации

1. - Ученые ТГУ поищут новые бактерии в труднодоступных районах Сибири РИАТОМСК, - (год публикации - ).

2. - Ученые ТГУ поищут новые бактерии в труднодоступных районах Сибири сайт РНФ, - (год публикации - ).

3. Карначук О.В., Франк Ю.А., Лукина А.П., Кадников В.В.,Белецкий А.В., Марданов А.В., Равин Н.В. Domestication of previously uncultivated Candidatus Desulforudis audaxviator from a deep aquifer in Siberia sheds light on its physiology and evolution The ISME Journal, - (год публикации - 2019).


Аннотация результатов, полученных в 2019 году
Проект посвящен культивированию и изучению новых ранее некультивируемых экстремофильных микроорганизмов из экосистем Сибири. Из глубинных подземных вод (более 2 км), вскрываемых артезианскими скважиной на территории Томской области, были выделены уникальные организмы, в том числе (1) долгое время не поддающегося культивированию Desulforudis audaxviator, (2) представителя нового филогенетически удаленного кластера подземных спирохет ‘Longinema margaulisae', (3) представителей новых родов сульфидогенов, относящихся к семейству Peptococcaceae. Выделение новых изолятов стало возможно благодаря разработке новых подходов к культивированию, включая: (1) подбор сред на основе информации о составе сообщества микроорганизмов в пробе, содержащий целевой организм, полученной молекулярными методами; (2) анализе путей метаболизма целевого организма в композитном геноме, собранном из метагенома (MAG); (3) использовании микробных обрастаний на выходе термальных скважин в качестве своеобразных «ловушек» для микроорганизмов глубинной биосферы. Также продолжена работа по таксономическому описанию полученных ранее изолятов экстремофилов, включая депонирование штаммов в международные коллекции, определение состава жирных кислот клеточной стенки, определение хемиотаксономических параметров организмов, определение последовательностей геномов (драфты). В ходе выполнения проекта в 2019 году также проведен дополнительный отбор проб термальных подземных вод из глубинных нефтепоисковых скважин в Новосибирской и Тюменской областях и Республике Алтай, а также пробы сульфатного озера в республике Алтай. Получены накопительные культуры термофилов и галофилов. Молекулярный анализ накопительных кульутр показал присутствие филогенетически удаленных групп микроорганизмов. Дальнейшие исследования будут направлены на выделение целевых организмов из накопительных культур, их изучение и таксономическое описание.

 

Публикации

1. - Ученые «поймали» подземную бактерию, которая смогла бы жить на Марсе Наука в Сибири, - (год публикации - ).

2. - Томские ученые впервые выделили бактерию, способную выжить в космосе Тайга.Инфо, - (год публикации - ).

3. - Томские ученые первыми в мире смогли выделить и изучить бактерию Desulforudis audaxviator TACC Наука, - (год публикации - ).

4. Карначук О.В., Франк Ю.А., Лукина А.П., Кадников В.В., Белецкий А.В., Марданов А.В., Равин Н.В. Domestication of previously uncultivated Candidatus Desulforudis audaxviator from a deep aquifer in Siberia sheds light on its physiology and evolution. ISME Journal, Volume 13, Issue 8, 1 August 2019, Pages 1947-1959 (год публикации - 2019).

5. Лукина А.П., Франк Ю.А., Ивасенко Д.А., Глухова Л.Б., Данилова Э.В., Авакян М.Р., Карначук О.В. Выделение новых термофильных сульфидогенов из микробных обрастаний, ассоциированных с местом излива подземных вод в Тункинской долине. Микробиология, Том: 88 Номер: 5, стр 619-623 (год публикации - 2019).


Аннотация результатов, полученных в 2020 году
Проект посвящен культивированию и изучению новых ранее некультивируемых экстремофильных микроорганизмов из экосистем Сибири. В ходе выполнения проекта в 2020 году проведен отбор проб термальных подземных вод из глубинных нефтепоисковых скважин в Тюменской и Томской областях, а также проб отходов добычи угля и ртути в Кемеровской области и Республике Алтай. Ранее из глубинных подземных горизонтов, вскрываемых нефтепоисковой скважиной в Томской области, был выделен уникальный организм “Desulforudis audaxviator”, долгое время не поддающийся культивированию. Использование данных молекулярного анализа позволило разработать стратегию и быстро выделить в чистую культуру бактерию, родственную “Desulforudis audaxviator” из микробных обрастаний на изливе другой глубиной термальной скважины в поселке Чажемто Томской области. Еще один изолят из этой филогенетической группы был выделен из отобранной ранее пробы термальных вод в Тюмени. Полученные в 2020 году результаты свидетельствуют о существовании группы гидрогенотрофных сульфатредукторов, населяющих подземную биосферу и использующую водород и сульфат в качестве источников энергии. “Desulforudis audaxviator” является одним из представителей этой группы. Наши исследования показывают, что бактерии могут быть культивируемы в лаборатории и использованы для исследований биохимических путей. Оптимизация условий культивирования “Desulforudis audaxviator”, выполненная в 2020 году, позволит депонировать штамм в международные коллекции. В международные коллекции были депонированы чистые культуры сульфатредуцирующих бактерий, выделенные ранее из отходов добычи полезных ископаемых и подземных термальных вод. В 2020 году были выделены в чистую культуру новые хемоорганотрофные организмы, представляющие удаленные филогенетические группы, внутри филумов Firmicutes и Chloroflexi. Выделенная ранее из поземных вод новая термофильная спирохета была описана как новый вид и род, Longinema margulisiae. Новый род представляет новое семейство Longinemaceae.

 

Публикации

1. Карначук О.В., Лукина А.П., Кадников В.В., Щербакова В.А., Белецкий А.В., Марданов А.В., Равин Н.В. Targeted isolation based on metagenome-assembled genomes reveals a phylogenetically distinct group of thermophilic spirochetes from deep biosphere Environmental Microbiology, - (год публикации - 2020).

2. Лукина А.П., Авакян М.Р., Данилова Э.В., Карначук О.В. Application of microbial mats for the isolation of spore-forming prokaryotes from deep biosphere Microbiology, V. 89 (6), P. 789-792 (год публикации - 2020).

3. Лукина А.П., Карначук О.В. ОПТИМИЗАЦИЯ СРЕДЫ ДЛЯ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ CANDIDATUS DESULFORUDIS AUDAXVIATOR Microbiology, - (год публикации - 2021).

4. Панова И.А., Григорьев М.А., Глухова Л.Б., Авакян М.Р., Карначук О.В. ВЫДЕЛЕНИЕ НОВОГО ХЕМОЛИТОТРОФНОГО СУЛЬФАТРЕДУЦИРУЮЩЕГО ФИРМИКУТА ИЗ ТЕРМАЛЬНОЙ СКВАЖИНЫ В ТЮМЕНИ Microbiology, - (год публикации - 2021).