Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Западное Аральское море, некогда 4 по величине озеро мира, с соленостью 1% и колоссальными запасами рыбы промысловых видов, в настоящее время является гиперсоленым водоемом с 10-кратно меньшей площадью и соленостью 24%. При этом Аральское море и его бывшее дно загрязнены пестицидами и ароматическими углеводородами. Произошедшие изменения заняли всего 50 лет и считаются одной из крупнейших техногенных катастроф ХХ века. Причиной обмеления и загрязнения Аральского моря стало интенсивное развитие сельского хозяйства в Узбекистане, которое требовало отведения воды рек, питавших Аральское море – Аму-Дарьи и Сыр-Дарьи – на сельскохозяйственные земли, а также использования для повышения урожаев большого количества пестицидов и сельскохозяйственной техники. Из богатейшего водоема, кормившего окружающие регионы, Аральское море превратилось в экстремальную экосистему, заселенную специализированными группами микроорганизмов – археями и бактериями. Удивительно, но за прошедшие 50 лет были сделаны лишь единичные попытки исследовать микробные сообщества изменившегося Аральского моря, причем современные метода исследования природных экосистем – высокопроизводительное секвенирование филогенетических маркеров прокариот (генов 16S рРНК) и метагеномное секвенирование природных сообществ – не применялись ни разу. Целью нашего проекта является всестороннее исследование и характеристика микробных сообществ воды, осадков и окружающей почвы Аральского моря, а также поиск микроорганизмов, способных разлагать присутствующие там токсичные соединения, в первую очередь пестициды. План работы на 2025 год (первый год работы по проекту) включал анализ полученных нами ранее метагеномов воды и осадков Аральского моря, профилирование генов 16S рРНК и метагеномное секвенирование новых образцов, а также постановка накопительных культур, использующих различные источники углерода и энергии в условиях повышенной солености среды и их анализ. Основным результатом проекта явилась характеристика микробных сообществ Аральского моря и доминирующих в нем микроорганизмов на основании результатов сборки и анализа индивидуальных геномов архей и бактерий, собранных из метагеномов (так называемые MAGs – metagenome-assembled genomes). Мы установили, что состав микробных сообществ воды Аральского моря является достаточно постоянным – в нем всего лишь два доминирующих компонента, в сумме представляющих от 60 до 95% всего микробного сообщества: это представители нового рода галофильных архей семейства Haloferracaceae и бактерии рода Spiribacter. Геномы представителей двух доминирующих групп микроорганизмов содержали значительное количество генов, кодирующих ферменты, разлагающие разнообразные полисахариды. Это указывается на то, что основным энергетическим субстратом прокариот, обитающих в воде Аральского моря, являются клетки и внеклеточные полисахариды единственного фототрофа, обитающего в Аральском море – одноклеточной зеленой водоросли Dunaliella salina. В геномах Spiribacter мы нашли также гены хитиназы, что коррелирует с присутствием в Аральском море галофильных рачков Artemia sp. В отличие от воды, микробные сообщества осадков Аральского моря и прибрежной зоны, некогда бывшей его дном, оказались гораздо более гетерогенными, что коррелирует с разнообразием имеющихся там условий. Микробные сообщества осадков очень сильно отличались в зависимости от глубины под поверхностью осадков, от структуры осадков, которая могла быть песчаной или глинистой, а также от того, отбирались пробы под водой, или в прибрежной зоне. Лишь в одном случае мы столкнулись с абсолютным доминированием (в сумме 70% от всего сообщества) двух бактерий – Marinomonas sp., обладавшим широким спектром гидролаз, включая хитиназу, и литоавтотрофной бактерией Hydrogenovibrio halophilus, окисляющей сероводород, образующийся в результате сульфатредукции. В остальных пробах микробные сообщества были более разнообразными ли включая различные органотрофные бактерии и археи, в том числе археи рода Halodesulfurarchaeum. Единственный известный в настоящее время вид этого рода является анаэробным литотрофом, восстанавливающим элементную серу водородом. Среди прокариот, обитающих в осадках Аральского моря, встречалось также большое количество представителей глубоких некультивируемых линий архей и бактерий. Всего за отчетный период было получено 6 метагеномов воды и осадков Аральского моря и собрано 157 MAGs. В них было выявлено большое количество генов разложения углеводородов и галогенсодержащих соединений. В частности, в MAG некультивируемого представителя класса Acidomicrobiia (филум Actinomycetota) мы нашли полный набор генов разложения – гексахлорциклогексана – распространенного трудноразлагаемого пестицида, загрязнение которым детектировано в Аральском море и окружающих территориях. Также за отчетный период было поставлено большое количество накопительных культур, использующих различные энергетические субстраты в аэробных и анаэробных условиях, при различной солености среды и температуре инкубации. На среде с хитином и 23% NaCl, в присутствии антибиотиков, был получен рост галофильных архей. Был получен аэробный и анаэробный рост галофильных бактерий на среде с бензоатом и выделены чистые культуры, две из которых были идентифицированы как представители рода Halomonas. Поставлены аэробные накопительные культуры с разнообразными углеводородами в виде энергетических субстратов, а также аэробные накопительные культуры с пестицидами – ДДТ и гексахлорциклогексаном. По материалам проекта представлены устный и постерный доклады на 5 Российском микробиологическом конгрессе (Волгоград, 29.09-3.10 2025 г.). Подготовлено две статьи.