Оренбургские ученые обнаружили ранее неизвестные науке микроорганизмы

Оренбургские ученые обнаружили ранее неизвестные науке микроорганизмы
Оренбургские ученые обнаружили ранее неизвестные науке микроорганизмы
Оренбургские ученые обнаружили ранее неизвестные науке микроорганизмы
Оренбургские ученые обнаружили ранее неизвестные науке микроорганизмы
Фото: yuzh-ural.ru

Ученые всего мира постоянно ведут поиск новых микроорганизмов.  В ходе таких исследований можно обнаружить бактерии, археи и микроводоросли с важными свойствами, которые впоследствии используются в медицине, фармакологии, сельском хозяйстве, пищевой промышленности.   Несколько редких и даже ранее неизвестных науке видов микроорганизмов удалось «вычислить» сотрудникам оренбургского Института клеточного и внутриклеточного симбиоза УрО РАН. 

Невидимки в соленой воде

  — 27 лет назад, когда был основан наш институт, мы начали изучение микробиоты соленых водоемов, — говорит директор Института клеточного и внутриклеточного симбиоза УрО РАН Андрей Олегович Плотников. — С тех пор, как в Институте внедрили молекулярно-генетические методы исследований, в первую очередь, секвенирование ДНК, возможностей для такой работы стало больше. Например, наш сотрудник  Александр Балкин исследует изменение активности генов сальмонеллы при взаимодействии с отдельно живущими простейшими. Это позволит определить условия сохранения сальмонеллы во внешней среде.  И выяснить, за счет чего она поддерживает свой патогенный потенциал и вызывает многочисленные вспышки заболеваний в Азии и Африке, а также, к счастью, более редкие — в России.

Оренбургские ученые сотрудничают с ведущими научными центрами России — Казанским институтом биохимии и биофизики РАН, Московским и Санкт-Петербургским университетами, Институтом общей и экспериментальной биологии СО РАН в Улан-Удэ. В ходе совместных экспедиций исследуют такие уникальные биосистемы, как пещера Шульган-Таш, озера Белого моря, отличающиеся слоистой структурой. Горизонты этих озер имеют разные физическо-химические свойства и разные микробные сообщества. В одном из слоев, например, массово размножается вид водорослей, который окрашивает воду в ярко-красный цвет. Также уникальные находки можно сделать в пещерах, микробиота которых почти не изучена.

В течение нескольких лет ученые ИКВС УрО РАН с коллегами из Тольятти работали на озере Эльтон в Волгоградской области. Это самое крупное соленое озеро Европы, хотя и почти пересохшее.

— Нас, в первую очередь, интересовали впадающие в него реки, которые имеют высокий градиент солености. В истоках они пресные, а пока текут по воронке, которая образовалась вокруг озера, постепенно набирают соль. Там формируются уникальные сообщества микроорганизмов.  Сейчас ученые Института завершают анализ полученных данных, в 2024 году выйдет монография по результатам изучения соленых водоемов Приэльтонья,  приуроченная к 300-летию Российской академии наук, — отметил Андрей Плотников.

Выделенные  культуры микроорганизмов имеют уникальные метаболические особенности. Их можно использовать, чтобы получить  биоактивные вещества для медицины, фармацевтики, сельского хозяйства, пищевой промышленности. Например, из бактерий, живущих в горячих источниках,  был выделен термостойкий фермент, на основе которого сейчас проводятся все молекулярно-генетические исследования, включая ПЦР.

Древесину разрушают … наноархеи

Ведущий научный сотрудник ИКВС УрО РАН, доцент, к.м.н. Елена Селиванова изучает биоразнообразие соленых водоемов. Результаты её исследований в составе международной команды опубликованы в 2023 году в двух статьях в ведущих мировых журналах. В них рассказывается о микробных ассоциациях, обнаруженных в соленых озерах, с участием нового вида микроорганизмов – наногалоархей.

— Особенности наногалоархей долгое время не были известны, — рассказывает Елена Александровна. – Это симбиотические микроорганизмы с очень маленьким геномом, которые не могут жить сами по себе, а только прикрепившись к клетке хозяина. Впервые мы обнаружили эти микроорганизмы в водоемах Соль-Илецка в 2018 году, а спустя 5 лет усилиями международного коллектива смогли полностью расшифровать их геном и изучить физиологические особенности. Оказалось, что наногалоархеи являются частью микробной ассоциации, которая выделяет разрушающие древесину ферменты. Точнее, они расщепляют входящий в состав древесины ксилан, который в условиях высокой солености обычно плохо разлагается. Поэтому данная ассоциация называется ксиланолитической.

Таким образом древесина и остатки растений включаются в круговорот веществ и служат источником питания для других организмов. Кроме того, новые ферменты, возможно, найдут применение в разложении целлюлозы, поскольку они устойчивы к высокой солености, а значит, могут работать в экстремальных условиях, объясняет Елена Селиванова. Она подчеркивает, что Nanohalococcus occultus (в переводе – загадочный наногалококк) — всего лишь четвертый в мире культивируемый представитель очень мелких (восемь тысячных кубического микрона) галоархей, отнесенных к новому классу.   Это минимальный возможный размер микробной клетки.

Кроме того, Елена Александровна изучает галофильные микроводоросли рода Dunaliella из озера Развал – источник бета-каротина, важного антиоксиданта.

— Мы посмотрели, как сопутствующие микроорганизмы могут влиять на рост водорослей. Нас заинтересовало, что один из ассоциантов обладает вирусом. То есть это многоуровневая симбиотическая система, которая включает водоросль, археи и вирус.  Недавно расшифровали геном археи-ассоцианта, обнаружив гены, кодирующие пигменты с антиоксидантной активностью. Эта находка позволит разработать комбинированный препарат, содержащий биомассу водорослей и архей для усиления антиоксидантного эффекта, — рассказала Елена Селиванова.

Водоросли под электронным микроскопом

Жизнь водоемов напрямую зависит от водорослей.  Под воздействием солнечного света и воды невидимая невооруженным глазом водоросль синтезирует кислород и органику, которой питаются остальные организмы. Насыщение водоема кислородом, его самоочищение тоже зависит от водорослей.  Ведущие научные сотрудники к.б.н. Марина Евгеньевна Игнатенко и д.б.н Татьяна Николаевна Яценко-Степанова идентифицировали  новые виды золотистых водорослей и кокколитофорид под сканирующим электронным микроскопом. Ведь даже под световым микроскопом их не разглядеть!

-Нам удалось впервые зарегистрировать представителей кокколитофорид в Оренбургской области, — подчеркивает Татьяна Николаевна. —  Благодаря электронному микроскопу, приобретенному правительством Оренбуржья для Центра выявления и поддержки одаренных детей «Гагарин», мы получили новую методику изучения водорослей.  Я уже 42 года изучаю водоросли в водоемах области, но такая техника позволила нам выйти на мировой уровень.

Кокколитофориды — специфическая группа микроводорослей, клетки которых покрыты кальцифицированными чешуйками. Предположительно, появились они около 220–225 млн. лет назад, а в меловом периоде их массово отмирающие клетки сформировали мировые запасы меловых отложений. Оренбургским ученым впервые в России удалось обнаружить эти микроводоросли в водоемах Оренбургской области, расположенных на значительном удалении от моря, и при солености существенно ниже морской: в озере Жетыколь и Ащисайском пруду. Кроме того, в реке Урал обнаружен и описан новый для науки вид, Hymenomonas uralensis (Гименомонас уральский) – второй представитель кокколитофорид, найденный в пресных водах.

Другая группа водорослей, определение которых возможно только с помощью сканирующей электронной микроскопии – золотистые водоросли. Среди них есть виды, клетки которых покрыты кремниевыми чешуйками, щетинками, шипами. Некоторые виды золотистых водорослей, обнаруженных в водоемах Оренбуржья, являются первыми такими находками в России. Новым для науки видом является Mallomonas baturinae (Малломонас Батуриной), названный так в честь оренбургского ученого Веры Николаевны Батуриной (1927-2007), изучавшей водоросли Уральского региона.

Золотистые водоросли в ответ на неблагоприятные условия окружающей среды формируют своеобразный скафандр – стоматоцисту.  Если говорить о возможностях практического применения подобных находок, то Татьяна Николаенва приводит такой пример.  Стоматоцисты являются индикатором изменения климата, рН воды, минерализации, трофического статуса водоема, глубины залегания грунтовых вод. На территории Оренбуржья обнаружены 7 новых для науки морфотипов стоматоцист, а 12 – впервые зарегистрированы на территории России.

Валентина СОКОЛОВА

Фото предоставлено ИКВС УрО РАН

Новости соседних регионов по теме:

В Новосибирске ученые из Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН исследовали уникальный фермент,
07:11 08.02.2024 Baikal24.Ru - Иркутск
 
По теме
Организаторы фестиваля «На Николаевской» перечислят доходы пострадавшим от паводка - Газета Оренбуржье С 12 по 14 мая в Оренбурге пройдет региональный этап XXXV фестиваля творчества «Студенческая весна на Николаевской – 2024 ». Конкурс соберет более 5 тысяч участников – талантливых оренбуржцев со всей области.
Газета Оренбуржье