КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
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 проекта 24-24-00116
НазваниеЭкстремофильные представители глубоких линий филума Bacteroidota в горячих источниках Северной Осетии-Алании
Руководитель Подосокорская Ольга Андреевна, Кандидат биологических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Фундаментальные основы биотехнологии" Российской академии наук" , г Москва
Конкурс №89 - Конкурс 2023 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»
Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-110 - Общая и молекулярная микробиология; вирусология
Ключевые слова Термофильные бактерии, алкалифильные бактерии, глубокие филогенетические линии, геномный анализ, горячие источники, термостабильные ферменты, Bacteroidota, Северная Осетия-Алания
Код ГРНТИ34.27.00
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Исследование разнообразия экстремофильных прокариот, обитающих в природных горячих источниках Российской Федерации, активно ведется уже более трех десятилетий. Для наземных и морских гидротерм Курило-Камчатского региона и Байкальской рифтовой зоны был получен большой объем данных, выделены разнообразные по физиологии и метаболизму экстремофильные бактерии и археи. В то же время, до сих пор остаются «слепые зоны», обделенные вниманием микробиологов. В частности, это относится к гидротермам, расположенным в республике Северная Осетия-Алания. Только в 2021 г. с использованием молекулярно-экологических методов было показано, что в наземных североосетинских гидротермах практически отсутствуют археи, а основными обитателями являются бактерии. В ряде источников в качестве доминирующих групп, наряду с некультивируемыми Firmicutes и Patescibacteria, были детектированы представители Bacteroidota (до 36%) глубоких линий SR-FBR-L83 (класс Ignavibacteria) и Blvii28 (класс Bacteroidia). По-видимому, они играют важную роль в метаболических цепях данных микробных консорциумов, однако отсутствие чистых культур представителей упомянутых линий не позволило авторам конкретизировать эту роль.
Данный проект направлен на исследование экстремофильных представителей глубоких линий филума Bacteroidota (включая упомянутых SR-FBR-L83 и Blvii28), обитающих в наземных термальных источниках Северной Осетии. Объектами исследования станут термофильные и термоалкалифильные бактерии, выделенные в чистые культуры либо полученные в виде высокообогащенных накопительных культур.
В ходе данного проекта планируется полностью охарактеризовать этих представителей, используя классические микробиологические и биоинформатические методы. Исследование физиологии и метаболизма позволит не только заполнить пробел в понимании их функции в микробных сообществах североосетинских гидротерм, но и расширит представления о многообразии термофилов филума Bacteroidota, коих на сегодня насчитывается не более десяти. Еще одной задачей проекта является оценка распространения и численности представителей глубоких линий филума в гидротермах Северной Осетии, для чего будут разработаны системы специфических праймеров и проведен широкомасштабный скрининг. Таким образом, впервые будет проведено комплексное исследование гидротерм данного региона России, которое, очевидно, имеет фундаментальную значимость. Наконец, выделенные на данный момент штаммы являются термофильными гидролитическими микроорганизмами, синтезирующими термостабильные ферменты и экзополисахариды, которые могут найти широкое применение в различных областях биотехнологии.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Аннотация результатов, полученных в 2024 году
В ходе первого года реализации проекта мы провели полное фенотипическое описание трех чистых культур глубоких линий филума Bacteroidota, выделенных из горячих источников Северной Осетии: двух представителей нового рода Rosettibacter (cемейство Melioribacteraceae, класс Ignavibacteria) и нового вида рода Tenuifilum (cемейство Tenuifilaceae, класс Bacteroidia). Было показано, что по физиологии данные организмы принадлежат группе умеренно термофильных нейтрофильных бактерий. По метаболизму все три штамма оказались хемоорганогетеротрофами, растущими как на белковых субстратах (желатин, казеин, пептон и др.), так и на простых сахарах и полисахаридах (ксилан, крахмал, лихенан, пахиман, пуллулан и др) с образованием водорода, ацетата и углекислоты. Помимо брожения данные бактерии были способны к дыханию: Rosettibacter primus и R. firmus использовали для дыхания серу, тиосульфат, арсенат, цитрат железа, ферригидрит и кислород (т.е. являлись факультативно анаэробными организмами), а ‘Tenuifilum osseticum’ использовал для дыхания только серу и не рос в аэробных либо микроаэробных условиях, являясь таким образом строгим анаэробом. Были проведены стандартные хемотаксономические анализы (состав жирных кислот и хинонов), результаты которых дополнили диагностические признаки исследуемых родов. Полные геномы трех штаммов были отсеквенированы, проаннотированы и проанализированы. Было показано, что представители рода Rosettibacter обладают впечатляющим (более 170) набором генов, кодирующих ферменты гидролиза полисахаридов (гликозидазы, полисахаридлиазы, углеводэстеразы), в отличие от ‘T. osseticum’, для которого удалось обнаружить только 30 генов гликозидаз. Кроме того, в геномах были проанализированы гены ЭТЦ, кодирующие ферменты для аэробного и анаэробного дыхания. Полученные данные хорошо соотносятся с ростовыми экспериментами. Параллельно с описанием трех штаммов, используя различные микробиологические подходы, из высокообогащенных накопительных культур, полученных ранее при посеве образцов из осетинских гидротерм нами были выделены еще две чистые культуры представителей филума Bacteroidota. Предварительный филогенетический анализ показал, что культура 4129-to представляет новый род внутри семейства Prolixibacteraceae, а культура 4136-str может быть описана как представитель нового семейства “Tepiditomixaceae” внутри порядка Bacteroidales (группа известная ранее как SB-5). Все перечисленные культуры были задепонированы в международных коллекциях, что позволит в дальнейшем валидно опубликовать их имена.
Была проведена экспедиция в район горячих источников республики Северная Осетия-Алания. Отобрано 12 проб осадков, илов, матов, обрастаний и воды из различных по физико-химическим параметрам гидротерм. Из фиксированных образцов в лабораторных условиях были выделены препараты ДНК, которые мы использовали для анализа состава микробных сообществ, используя современные молекулярные методы - высокопроизводительное секвенирование участка V3V4 гена 16S рРНК, а также кПЦР со специфическими праймерами. Праймеры были разработаны для амплификации целевых групп филума Bacteroidota – представителей семейств Melioribacteraceae и Tenuifilaceae – и протестированы на имеющихся коллекционных штаммах. В результате удалось показать значительное разнообразие представителей Bacteroidota, обитающих в горячих источниках Осетии, в том числе глубоких некультивируемых линий (IheB3-7, PHOS-HE36 и др.). Было показано также, присутствие в источниках представителей выделенных нами ранее видов Rosettibacter, Tenuifilum, “Tepiditomix”, что свидетельствует об устойчивости микробных сообществ в данных гидротермах. В ряде случаев доля целевых организмов составляла до 10%, что демонстрирует их важную роль в функционировании микробных сообществ.
Публикации
1.
Подосокорская О.А., Петрова Н.Ф., Тихонова Е.Н., Клюкина А.А., Ельченинов А.Г.
Rosettibacter primus gen. nov., sp. nov., and Rosettibacter firmus sp. nov., facultatively anaerobic moderately thermophilic bacteria of the class Ignavibacteria from hot springs of North Ossetia
Systematic and Applied Microbiology, V. 47, N. 5, P. 126528 (год публикации - 2024)
10.1016/j.syapm.2024.126528