BioScience Blog – Научный Биологический блог

Изучение функционирования пресноводных экосистем в современных условиях является одной из приоритетных научных проблем. Микробные сообщества — одни из наиболее существенных компонентов живого населения водоемов. Они играют важную роль в процессах круговорота веществ и энергии и в трофической цепи организмов пелагиали. Общая численность бактерий в пресноводных водоемах варьирует от 103 до 107 клеток/мл, предполагая высокий уровень бактериального разнообразия [1]. В настоящее время известно, что из холодных олиготрофных пресноводных экосистем культивируется самое низкое количество микроорганизмов [2]. Несомненно, что бактерии, населяющие такие места обитания, определенным образом адаптированы к выживанию в экстремальных условиях: при низкой температуре, невысоких концентрациях питательных веществ и низкой общей минерализации. Нами было показано, что при общей численности 0,2—4,6×106 клеток/мл из байкальской воды удается культивировать от 17 до 575 КОЕ/мл (КОЕ — колониеобразующая единица). Таким образом, доля культивируемых гетеротрофных бактерий составляет в среднем 0,5-0,8×10–4% [3].

Применение комплекса молекулярно-генетических методов для изучения пресноводных микробных сообществ озера Байкал выявило широкое разнообразие генотипов микроорганизмов, низкий процент гомологии с известными последовательностями из международной базы данных и доминирование определенных филогенетических групп на разных глубинах [3]. Было показано, что ввиду специфических гидрологических и гидрохимических условий в микробном сообществе озера преобладают некультивируемые формы бактерий, которые могут быть разделены на 3 основные группы. Проблема «некультивируемых» бактерий в настоящее время актуальна, как никогда: показано, что многие патогенные штаммы способны длительное время сохраняться в лабораторных условиях в особом, «спящем» физиологическом состоянии [4]. Что происходит в природных условиях, каким потенциалом обладают природные пресноводные микробные сообщества — ответы именно на эти вопросы волнуют микробиологов, изучающих экологические аспекты. Основными задачами современной экологии микробных сообществ становятся ответы на следующие вопросы: как формируется состав и структура микробных популяций, кто такие «некультивируемые» микроорганизмы и какова их роль в функционировании микробного сообщества?

Нами предпринята попытка культивирования микроорганизмов, находящихся в природных условиях в некультивируемом состоянии. Метод фильтрации-акклиматизации был успешно применен для культивирования гетеротрофных микроорганизмов из различных пресноводных экосистем: глубинных слоев озера Байкал, речных вод рек Ангара и Енисей и Рыбинского водохранилища. Численность культивируемых гетеротрофных бактерий существенно зависела от физико-химических характеристик воды, в то время как после эксперимента из всех мест обитания культивировали от 5 до 23×102 КОЕ/мл. Для доминирующих морфотипов проведена молекулярно-генетическая идентификация. Кроме известных и широко распространенных микроорганизмов были отмечены представители новых, ранее некультивируемых из исследуемых мест обитания родов (Arsenicicoccus spp., Arthrobacter spp., Methylobacterium spp., Rhodococcus spp.).

Литература

1. Mes T.H.M. Microbial diversity — insights from population genetics // Environ. Microbiol. – 2008. – V. 10, № 1. – P. 251-264.

2. Pernthaler J., Amann R. Fate of Heterotrophic Microbes in Pelagic Habitats: Focus on Populations // Microbiol. Mol. Biol. Rev. – 2005. – V. 69, № 3.-P. 440-461.

3. Белькова   Н.Л.   Таксономическое   разнообразие   микробного сообщества водной толщи озера Байкал // Автореф. дисс. … канд. биол. наук. – Владивосток: ДВГУ, 2004. – 20 с.

4. Oliver J.D. The viable but nonculturable state in bacteria // J. Microbiol. – 2005.-V. 43.-P. 93-100.