Им удалось выявить выраженную стратификацию микробных сообществ донных отложений, которая объясняется способностью микроорганизмов использовать либо лабильные, легко усваиваемые органические соединения (верхние слои отложений), либо, в условиях недостатка кислорода, разлагать сложные полимерные субстраты (слои донных отложений на глубине 30-50 см). Среди последней группы обнаружено много микроорганизмов, неизвестных в лабораторных культурах, и, предположительно, обладающих ценными для биотехнологии гидролитическими ферментами. Результаты исследования, поддержанного грантом Минобрнауки № 075-15-2021-1396 в рамках реализации национального проекта «Наука и университеты», опубликованы в журнале «Microbiology».
В Кандалакшском заливе Белого моря органическое вещество синтезируется фитопланктоном и макроводорослями, а также поступает с речными стоками с континента, обуславливая дальнейшее формирование сложных трофических цепей, включающих разнообразную морскую фауну. Однако часть органического вещества попадает на дно залива, где идет разложение сложных биомолекул бактериями и археями и возвращение биогенных элементов в их биогеохимические циклы. Органтрофные микроорганизмы, таким образом, играют важную роль в поддержании равновесия в морских экосистемах. Несмотря на то, что в Кандалакшском заливе давно ведутся разнообразные микробиологические исследования, состав микробных сообществ донных отложений там оставался неисследованным.
Целью исследования микробных сообществ Кандалакшского залива было определение состава микробных сообществ в разных точках залива и на разной глубине от поверхности отложений. Отбор проб проводился в июне-июле 2022 г. во время морских экспедиций на научных судах с помощью 3-метрового гравитационного керна. Из кернов были отобраны пробы, соответствующие глубинам 2, 10, 30 и 50 см ниже морского дна. Всего было отобрано 55 образцов. Из всех образцов была выделена ДНК и проведена полимеразная цепная реакция с праймерами, специфичными к вариабельным участкам гена 16S рибосомальной РНК (рРНК). Этот ген в 80-е годы ХХ века был выбран в качестве маркера, позволяющего определить место бактерии или археи в общей системе прокариот. С тех пор приложение анализа генов 16S рРНК к природным образцам изменило наши представления о разнообразии прокариот, выявив много новых микроорганизмов, ранее некультивировавшихся в лабораторных условиях.
Нуклеотидные последовательности продуктов амплификации, полученных из беломорских образцов, были определены путем высокопроизводительного секвенирования (NGS — new generation sequencing), и соответствующие им микроорганизмы были идентифицированы путем сравнения с базами данных. В результате были получены горизонтальные и вертикальные профили микробных сообществ донных отложений Белого моря.
Оказалось, что по результатам секвенирования все образцы можно подразделить на две группы: основная часть образцов имела выраженную стратификацию, а сообщества нижних отложений существенно отличались от верхних. Однако небольшая часть образцов была отобрана в котловинах, где скопилось большое количество органического вещества, которое активно разлагалось. В этих образцах стратификации не было, и состав микроорганизмов в них по всем слоям совпадал с составом сообществ в верхних слоях стратифицированных образцов (2 и 10 см).
Таким образом, стало ясно, что и по всей толщине образцов из котловин, и в верхних слоях остальных образцов идет активное разложение легкодоступного органического вещества. Основными доминирующими группами микроорганизмов в этих образцах были бактерии рода Woesia, а также некультивируемые органотрофные бактерии семейства Sandaracinaceae и порядка Actinomarinales. Среди сульфатредукторов, встречающихся в верхних горизонтах осадков, наиболее многочисленными группами были SEEP-SRB1 и Sva0081 — некультивируемые микроорганизмы, широко распространенные в морских осадках.
В нижних слоях стратифицированных донных отложений (30 и 50 см) возрастала доля микроорганизмов, потенциально участвующих в деградации сложных соединений — представителей семейства Hyphomicrobiaceae, родов Mycobacterium и Desulfatiglans. Увеличилась и доля прокариот с неизвестным метаболизмом, таких как JS1, SG8-4, WCHB1-81, S085, распространенных в морских осадках по всему миру.
«Нам удалось выявить целевые группы микроорганизмов, обладающих гидролитическими ферментами, с помощью которых идет разложение сложных биополимеров, захороненных в анаэробных условиях, — объяснила заведующая кафедрой микробиологии биологического факультета МГУ Елизавета Бонч-Осмоловская. – Это полимеры макроводорослей — агар и альгинат, полимер панцирей беспозвоночных животных — хитин и попадающий на морское дно со стоками с суши лигнин. Метагеномный анализ этих же сообществ даст информацию о возможных путях культивирования неизвестных микроорганизмов, а также обеспечит прямой доступ к новым гидролитическим ферментам, очень важным для современной биотехнологии».
Источник: msu.ru
