CC BY
28
УДК 623.19.47
В. Д. Борисов*, С. В. Калёнов
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125047, Москва, Миусская площадь, 9 e-mail: *[email protected]
ИЗУЧЕНИЕ БИОХИМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК БАКТЕРИИ SALICOLA MARASENSIS, ВЫДЕЛЕННОЙ ИЗ ОЗЕРА ШОТТ-ЭЛЬ-ДЖЕРИД, ДЛЯ ВЫЯВЛЕНИЯ ТРОФИЧЕСКИХ СВЯЗЕЙ В СОСТАВЕ СООБЩЕСТВА
Выделена и идентифицирована метаболически связанная с водорослью Dunaliella salina доминирующая культура экстремально галофильного консорциума солевого озера Шотт-Эль-Джерид (Тунис): Salicola marasensis. Определены ее основные биохимические характеристики, на основании которых выявлены трофические взаимодействия между выделенной культурой и остальными компонентами сообщества.
Ключевые слова: экстремальные галофилы, галофильные сообщества, ферментативные активности.
Галофильные микроорганизмы, обитающие в солевых озерах и солончаках выработали специфические механизмы устойчивости к экстремальным условиям: высокие температуры и концентрации солей необходимы им для поддержания гомеостаза, сохранения устойчивости сообщества. Эти микроорганизмы подвержены воздействию ультрафиолетового излучения, частой нехватки кислорода и источников питания. Существовать в таких экстремальных условиях им позволяет особое строение мембраны, ферменты, функционирующие при высокой температуре, специфические компоненты клетки.
Работ, посвященных галофильным сообществам, в которых бы разбирались трофические связи входящих в них микроорганизмов, немного. Имеются лишь отдельные публикации, констатирующие в общих чертах видовой состав и определенную динамику его изменения, причем причины тех или иных изменений в сообществе не выявляются [3]. Однако установлено, что большинство таких сообществ включает солелюбивые микроводоросли и галобактерии и их видовой состав определяется световым, солевым, температурным режимами соленых водоемов. Параметры подобной среды обитания, как правило, формируют биоценоз, который обеднен по видовому составу и представлен обычно доминирующей культурой водорослей, выдерживающей резкие перепады и широкие границы солености [1], а также несколькими видами доминирующих галобактерий, обеспечивающих до 90% всей бактериальной биомассы. Система с двумя-тремя доминирующими микроорганизмами идеально подходит как модельная для лабораторных исследований.
Несмотря на разнообразие микробных сообществ и условий, в которых они существуют, трофические связи внутри биоценоза сходны в общих чертах. Эти сходства обусловлены общими требованиями к топографии системы. Сообщество во многом определяется возможностью развития первичных продуцентов. Только оксигенные фототрофы удовлетворяют требования
устойчивости, следовательно, сообщество должно иметь поверхность, развернутую к свету. Также в системе должна осуществляться регенерация биогенных элементов из некромассы продуцентов, находящихся вне фотосинтезирующего слоя. Это осуществляется бактериями-деструкторами,
образующими сложную трофическую сеть. По типу разлагаемых биополимеров они делятся на две группы: организмы, способные утилизировать легкогидролизуемые соединения (в основном, аммонификаторы), и организмы, гидролизующие устойчивые компоненты клеточной стенки (целлюлозоразлагающие бактерии) [2]. Для создания управляемой системы в лабораторных условиях необходимо выяснение трофических связей внутри галофильного сообщества.
В данной работе изучены микроорганизмы, выделенные из ассоциата с одноклеточной зеленой водорослью Dunaliella salina (природный источник -озеро Шотт-Эль-Джерид, Тунис) методом накопительных культур на агаризованной среде Семененко (116 г/л NaCl) при интенсивном освещении и температуре 25-28 °С. Состав сбалансированной среды Семененко для культивирования зеленой микроводоросли Dunaliella salina, (г/л): KNO3 - 5,0; KH2P04 - 1,25; MgS04 - 50; FeS04х7H20 - 0,009; NaCl - 116; EDTA - 0,037; 2 мл раствора микроэлементов. 16S-PHK анализ показал, что доминирующей культурой сообщества является Salicola marasensis. Данная культура обладает широким спектром ферментов, осмопротекторов, белков фотосистемы, растет при широком диапазоне солености (200-300 г/л NaCl), температур (35-60 °С). Питательные компоненты для культивирования выделенного галофильного сообщества
оптимизировались по методу математического планирования Плакетта-Бермана. Использовались среды с различным содержанием питательных компонентов, фиксировался прирост биомассы. В результате оптимизации установлены потребности бактерий в источниках питания, среди которых
предпочтительны комплексные источники аминокислот, витаминов, других ростовых факторов. В модельных экспериментах сообщество выращивалось на среде следующего состава (г/л): NaCl, 250; MgSO^Y^O, 10; KCl, 1; цитрат Na, 1; триптон, 8; дрожжевой экстракт, 3; глицерин, 5 мл/л. Культивирование проводилось на качалке G10 New Brunswick при 180 об/мин, освещенности 500 Лк, температуре 38,5°С 7 суток.
Для исследования трофических взаимодействий между компонентами сообщества были изучены биохимические характеристики бактериальной составляющей. Определялись следующие ферментативные активности: протеалитическая и целлюлолитическая. Протеалитическая активность определялась по гидролизу казеина. Получены следующие результаты:
1- культуральная жидкость, среда без дрожжевого экстракта
2- культуральная жидкость, среда с дрожжевым экстрактом
3- глубинная культура клеток, среда без дрожжевого экстракта
4- глубинная культура клеток, среда с дрожжевым экстрактом
А1 =0.0635 (мкМ казеина/мг*мин) А3=0,0175 (мкМ казеина/мг*мин) Во втором и четвертом случае ферментативная активность отсутствует.
Опираясь на полученные результаты можно сделать вывод, что протеолитические ферменты S.
marasensis выделяется клетками в окружающую среду и компоненты дрожжевого экстракта ингибируют их активность.
Определение целлюлолитической активности
1- культуральная жидкость, оптимизированная среда
2- культуральная жидкость, минеральная основа с целлюлозой (2 г/л)
3- культуральная жидкость, минеральная основа с целлюлозой (2 г/л) и глицерином (5 мл/л)
А1=0,038 (мМ глюкозы/мг*мин) А2=9,62*10-3 (мМ глюкозы/мг*мин) А3=0,052 (мМ глюкозы/мг*мин) Для оптимального функционирования целлюлолитических ферментов бактериям необходим глицерин. Активность ферментов выше при отсутствии азотсодержащих соединений в питательной среде.
Первичным источником углерода в изучаемом сообществе являются солелюбивые водоросли Dunaliella salina, являясь оксигенными фототрофами. Salicola marasensis обладает целлюлолитической и протеолитической
активностями, следовательно, она выполняет роль деструктора, разлагая некромассу продуцентов. Ее росту также способствуют глицерин и Р-каротин, вырабатываемые водорослями. Глицерин необходим для построения клеточной стенки бактерий, а Р-каротин дает дополнительную защиту от солнечной радиации и ионизирующего излучения.
Борисов Владимир Дмитриевич, студент кафедры биотехнологии РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва
Калёнов Сергей Владимирович, к. т. н., доцент кафедры биотехнологии РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва
Литература
1. Р.П.Тренкеншу. Основы промышленного культивирования дуналиеллы солоноводной (Dunaliella salina teod.) // Р.П.Тренкеншу, Р. Г. Геворгиз, А. Б. Боровков. - Севастополь., НПЦ «ЭКОСИ-Гидрофизика», 2005. - 10 с.
2. Заварзин, Г. А. Проблемы доантропогенной эволюции биосферы / Г. А. Заварзин, А. Ю. Розанов. - М.: «Наука», 1993. - с. 212-222.
3. Oren A. Halophilic microorganisms and their environment // Oren A. - USA, 2002. - 358 с.
4. Shiladitya DasSarma, Priya DasSarma. Halophiles // John Wiley & Sons. - 2012. - с.1-11.
Borisov Vladimir Dmitrievich*, Kalenov Sergei Vladimirovich
D.I. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia. e-mail: *[email protected]
THE STUDY OF BIOCHEMICAL CHARACTERISTICS OF BACTERIA SALICOLA MARASENSIS ISOLATED FROM CHOTT EL DJERID LAKE FOR DETERMINATION OF TROPHIC RELATIONS AS COMMUNITY PART
Abstract
Metabolic-related to algae Dunaliella salina dominating culture of exteme halophilic consortium of salt lake Chott el Djerid (Tunisia): Salicola marasensis were isolated and identified; its main biochemical characteristics are identified, trophic interactions between isolated culture and other components of the community are detected on that basis.
Keywords: extreme halophiles, halophilic associations, enzymatic activity.
