Актиномицеты рода Streptomyces и рода Micromonospora в микробном сообществе озера Байкал

Теркина, Ирина Анатольевна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Актиномицеты рода Streptomyces и рода Micromonospora в микробном сообществе озера Байкал
ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Актиномицеты рода Streptomyces и рода Micromonospora в микробном сообществе озера Байкал"

На правах рукописи

ТЕРКИНА ИРИНА АНАТОЛЬЕВНА

АКТИНОМИЦЕТЫ РОДА 8ТЯЕРТ0МУСЕ8 И РОДА М1СЯ0М0М08Р0ЯЛ В МИКРОБНОМ СООБЩЕСТВЕ ОЗЕРА БАЙКАЛ

Экология-03.00.16

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Иркутск - 2004

Работа выполнена в лаборатории водной микробиологии Лимнологического института СО РАН, г. Иркутск

доктор биологических наук, профессор Дрюккер Валентин Валерьянович доктор биологических наук, профессор. Драбкова Валентина Гавриловна доктор биологических наук, профессор, Стом Дэвард Иосифович

Институт водных и экологических проблем ДВО РАН, г. Хабаровск

Защита состоится «.3»1Л.ЮНА. 2004 г. в {^ час. на заседании диссертационного совета Д. 212.074.07 при Иркутском государственном университете по адресу 664003, г. Иркутск, ул. Сухэ-Батора, 5, Байкальский музей им. профессора М. М. Кожова (ауд. 219).

Почтовый адрес: 664003, г. Иркутск, ул. Сухэ-Батора, 5, биолого-почвенный факультет ИГУ.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Иркутского государственного университета.

Автореферат разослан 2004 г.

Научный руководитель-

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

Ученый секретарь диссертационного совета, к.б.н.

УЬ

Купчинская Е. С.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В озере Байкал при участии микроорганизмов постоянно идут процессы деструкции органического вещества, непрерывно поддерживаются процессы биопродукции, происходит интенсивное самоочищение водоема. Участие каждой физиологической группы микроорганизмов и каждой бактерии неотделимо друг от друга и протекает в комплексе. Чтобы лучше понять структуру и функционирование микробного сообщества озера Байкал, необходимо исследовать роль отдельно взятых его представителей. Большой интерес представляет изучение актиномицетов -особой группы прокариотических организмов, которые способны к мицелиальному росту и образованию на воздушном мицелии гидрофобных спор. В настоящее время их известно около 100 родов и 1000 видов [Miyadoh S., 1997]. По данным многих исследователей существенной и неотъемлемой частью микробного сообщества любой водной экосистемы являются актиномицеты, принадлежащие к родам Streptomyces и Micromonospora [Вштпап N. Р., 1973; Weyland H. etal, 1988; Sponga F. etal, 1999; Mincer Т. J. et al., 2002]. Преимущество представителей этих родов заключается в том, что они способны минерализовать весьма устойчивые и труднодоступные для других микроорганизмов органические вещества, такие как хитин, целлюлоза, гемицеллюлоза, лигнин, водный гумус, фенольные соединения [Горленко В. М. и др., 1977; Peczynska-Czoch W. et al., 1988; Crawford D. L. et al., 1993b; Jiang C. et al., 1996]. Актиномицеты из родов Streptomyces и Micromonospora являются продуцентами самых сильных антибиотических и цитотоксических веществ, а водная среда в последнее десятилетие рассматривается в качестве источника этих продуцентов [Miyadoh S., 1993; Lazzarini A. et al., 2000; Kurtboke I., 2003].

Филогенетический анализ и данные флуоресцентной гибридизации in situ микробного сообщества озера Байкал показали присутствие актиномицетоподобных бактерий в водной толще озера, в частности Streptomyces [Денисова Л. Я. и др., 1999; Glockner F. О. et al, 2000]. В целом, при подсчете общей численности гетеротрофных бактерий актиномицеты учитывали, но отдельно, как компонент бактериального сообщества, ранее не изучали [Гоман Г. А. и др., 1983; Максимова Э. А. и др., 1989].

Цель и задачи исследования. Цель настоящей работы состояла в исследовании актиномицетов родов Streptomyces и Micromonospora в структуре и функционировании микробного сообщества озера Байкал.

Для достижения этой цели поставлены следующие задачи:

1. Выделить актиномицеты родов Streptomyces и Micromonospora из воды, донных осадков и губок различных районов озера Байкал и идентифицировать их до вида.

2. Исследовать особенности распространения актиномицетов в воде, в донных осадках и губках и установить экологические факторы, влияющие на их обитание в озере Байкал.

3. Изучить ферментативную активность актиномицетов родов Streptomyces и Micromonospora при низких температурах.

НОС. НА'ЛИОЫАЛ»ХЛЯ

4. Выявить антагонистические взаимоотношения актиномицетов с другими автохтонными и аллохтонными микроорганизмами.

Научная новизна и практическая значимость работы. Впервые из

озера Байкал выделены 336 штаммов актиномицетов родов Streptomyces и Micromonospora. Установлено, что эти два рода являются олигокарбофилами и факультативными психрофилами. Наиболее часто встречаемые актиномицеты представлены 32 видами. Изучены экологические особенности их обитания в водной толще литоральной и глубоководной частях озера, в донных осадках районов с различной антропогенной нагрузкой и в разных видах байкальских губок. Впервые установлено, что представители родов Streptomyces и Micromonospora проявляют высокую ферментативную активностью, а также антагонистическую активностью по отношению к автохтонным и аллохтонным микроорганизмам.

Актиномицеты родов Streptomyces и Micromonospora могут быть использованы в комплексном экологическом мониторинге экосистемы озера Байкал, как показатели поступления трудно разлагаемого органического вещества в водоем. Штаммы актиномицетов, обладающие целлюлозоразрушающей активностью, могут быть рекомендованы для биологической очистки сточных вод целлюлозо-бумажной промышленности. Способность байкальских актиномицетов подавлять рост антибиотико-резистентных штаммов микроорганизмов, вызывающих разные инфекционные заболевания у людей, указывает на возможность их применения в качестве продуцентов новых биологически активных веществ.

Защищаемые положения:

1. Впервые из озера Байкал выделены актиномицеты, принадлежащие к родам Streptomyces и Micromonospora. Способность актиномицетов к активному образу жизни в водоеме обусловлена тем, что они являются олигокарбофилами и психрофилами.

2. Наиболее распространенными в воде, донных осадках и губках озера Байкал являются S. globisporus и М. echinospora. Обнаружены виды, которые занимают строго определенные экологические ниши: S. viridogenes, S. chrysomallus, S. helvaticus, S. longisporoflavus, S. pluricolorescens и S.flavofuscus обитают только в воде, а 51 nitrosporeus в губках. Выявлено 11 видов Streptomyces, которые живут только в донных осадках районов, подверженных антропогенному воздействию.

3. Актиномицеты родов Streptomyces и Micromonospora могут служить показателем поступления трудно разлагаемого органического вещества в озеро Байкал, т. к. в районах, испытывающих антропогенную нагрузку, их численность на 1 - 2 порядка больше, чем в районах, не подверженных такому влиянию.

4. Байкальские актиномицеты родов Streptomyces и Micromonospora, обладая высокой потенциальной ферментативной активностью, а также способностью к продуцированию антимикробных веществ, имеющих антибактериальное и противогрибковое действие, оказывают значительное

влияние на структуру и функционирование микробного сообщества озера Байкал.

Апробация работы и публикации. Основные результаты исследований представлены и обсуждены на: международной конференции «Экология Сибири, Дальнего Востока и Арктики (ESFEA -2001)», Томск, 2001; региональной научно-практической конференции «Интеграция фундаментальной науки и высшей школы в устойчивом развитии Сибири», Иркутск, 2001; российской научно-практической конференции «Оценка современного состояния микробиологических исследований в ВосточноСибирском регионе», Иркутск, 2002; международном конгрессе по экологии «VIII INTECOL, Ecology in a changing world», Сеул (Корея), 2002; третьем международном симпозиуме «Ancient lakes: speciation, development in time and space, natural history», Иркутск, 2002; первом конгрессе микробиологов Европы «FEMS congress of European microbiologists», Любляна (Словения), 2003; международном байкальском симпозиуме по микробиологии «Microorganisms in ecosystems of lakes, rivers and reservoirs», Иркутск, 2003; XIII международном симпозиуме по биологии актиномицетов «Actinomycetes are Multicultural», Мельбурн (Австралия), 2003; Иркутском региональном отделении Микробиологического общества, 2004. По теме диссертации опубликовано 11 работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, объектов и методов исследования, 3 глав, в которых обсуждены собственные результаты исследований, заключения, выводов, списка литературы из 185 источников и приложения. Материал диссертации изложен на Í56 страницах, содержит 31 рисунок и 9 таблиц.

Глава 1. Обзор литературы

Дана общая характеристика актиномицетов, их отличительные признаки и принципы классификации. Приводятся данные по распространению разных групп актиномицетов в морских и пресноводных средах, в том числе и в озере Байкал. Обсуждено влияние разных экологических факторов окружающей среды на жизнедеятельность актиномицетов. Рассмотрены вопросы о происхождении и об активности актиномицетов, обитающих в водной среде, а также об их участии в деградации устойчивых органических веществ и роли в микробном сообществе водных экосистем. Особое внимание уделено родам Streptomyces и Micromonospora, их ферментативной и антимикробной активности.

Глава 2. Объекты и методы исследования

В глубоководной части озера в сентябре 2000-2001 гг. и в июне 2002 г. пробы отбирали по всей вертикали от поверхности до придонного слоя на центральных станциях следующих разрезов: Солзан - Маритуй, Листвянка -Танхой, Харауз - Красный Яр, Анга-Сухая, Болдаково - Ольхонские ворота,

Ухан-Турка, Хобой - Крестовый, хр. Академический, м. Покойники - Ушканьи о-ва, м. Заворотный, Елохин-Давша, м. Котельниковский - Амнундакан, Байкальское - Туроли, Тыя - Немнянка. В литоральной зоне западного берега Южного Байкала у мыса Березовый с марта 2001 по апрель 2003 годов посезонно изучали пробы воды, донных осадков, и губок (Lubomirskaia baicalensis, Baicalospongia bacillifera и Baicalospongia intermedia). Отбор проб воды в озере Байкал проводили стандартным способом с помощью батометра. Образцы донных осадков в придельтовом районе р. Селенги и в районе Байкальского ЦБК отбирали ковшовым дночерпателем, а в районе Посольской Банки гравитационной трубкой. В целом, за период с 2000 по 2003 годы обработано и изучено более 1000 проб воды, около 190 проб донных осадков и 26 образцов байкальских губок.

Из воды актиномицеты выделяли прямым глубинным посевом [Родина А. Г., 1965], посевом сконцентрированного образца [Burman N. P. et al., 1969] и на мембранных фильтрах [Романенко В. И. и др., 1974]. Количество актиномицетов в донных осадках и в губках определяли методом Коха. [Практикум по микробиологии, 1976; Sponga F. et al., 1999]. Для выделения актиномицетов использовали 14 разных селективных сред, предлагаемых в отечественной и зарубежной литературе. Посевы культивировали в течение 2 -10 недель при температуре + 5°С, +10°С и +25°С. Статистическую обработку данных проводили по стандартным методикам [Плохинский Н. А., 1970] с использованием программного пакета Microsoft Excel 7.0 для Windows 95. Все эксперименты проводили в трех повторностях. Выводы сделаны с учетом уровня значимости а = 0.05

Актиномицеты идентифицировали на основании морфологических, культуральных и физиолого-биохимических признаков с помощью определителя бактерий Берги и определителя актиномицетов Гаузе [Краткий определитель бактерий Берги, 1980; Гаузе Г. Ф. и др., 1983; Определитель бактерий Берджи, 1997]. Форму, расположение спороносцев и характер поверхности оболочки спор исследовали с помощью светового и сканирующего электронного микроскопов.

Амилазную, протеолитическую (молоко, желатин), липазную (оливковое масло), фосфолипазную (яичный желток) и целлюлазную (целлюлозо-бумажный фильтр) активности актиномицетов определяли по качественной реакции [Большой практикум по микробиологии, 1962; Родина А. Г., 1965; Практикум по микробиологии, 1976]. Фосфатазную активность исследовали с помощью тестового набора реагентов «Alkaline phosphatase -2». Использование актиномицетами бис-(2-этилгексил)фталата изучали методом

высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) на микроколоночном хроматографе «Милихром А-02» [Барам Г. И. и др., 2000].

Спектр антимикробной активности актиномицетов определяли методом перпендикулярных штрихов [Практикум по микробиологии, 1976] и методом одновременного культивирования тестируемого продуцента и тест-культуры [Long R. et al., 2001]. В качестве тест-культур использовали штаммы бактерий Pseudomonas aeruginosa, Escherichia coli, Bacillus cereus и дрожжеподобный

гриб Saccharomyces cereviseae, выделенные из озера Байкал, а также бактерии, выделенные от инфицированных больных людей. Это - Escherichia coli, Hafnia alvei, Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus и Candida albicans. Для последней группы микроорганизмов определена чувствительность к канамицину, цефуроксиму, цефазолину, эритромицину, оксациллину, линкомицину, тетрациклину, гентамицину, стрептомицину,

бензилпенициллину, левомицетину, ампициллину, карбенициллину и фурадонину, а для С. albicans - к клотримазолу, нистатину и амфотерицину В [Методические указания по определению чувствительности микроорганизмов к антибиотикам методом диффузии в агар с использованием дисков, 1983].

Глава 3. Биоразнообразие актиномицетов родов Streptomyces и Micromonospora в озере Байкал

Впервые из озера Байкал изолированы актиномицеты, принадлежащие к родам Streptomyces и Micromonospora.

Рис. 1. Разнообразные формы спороносцев некоторых байкальских актиномицетов рода Streptomyces: А - прямые длинные разветвленные, Б -короткие извитые, В - спиралевидные, Г- петлеобразные, (х 3750).

Всего с 2000 по 2003 годы из воды, донных осадков и губок различных районов озера Байкал выделено и изучено 336 подобных штаммов. Многие из них являются олигокарбофилами. Хотя Streptomyces и Micromonospora растут

практически на всех исследованных средах, однако наибольшее их количество выделено на очень бедных средах, таких как 0.01% пептонно-дрожжевая среда [Moaledi V. К., 1978] и голодный агар [Романенко В. И , 1973; Korn-Werdish F. et al., 1992]. Благоприятными для культивирования актиномицетов являются также крахмало-аммиачный агар [Красильников Н. А., 1950], крахмало-казеиновый агар, агар для выделения актиномицетов [Korn-Werdish F. et al., 1992] и рыбо-пептонный агар [Горбенко Ю. П, 1961], однако содержание источника углерода в них составляет всего 10 % от рекомендуемого количества. Селективное выделение этих актиномицетов при разных температурах показало, что они относятся к факультативным психрофилам. Несмотря на то, что оптимальной температурой для их жизнедеятельности является +20 - +25°С, актиномицеты способны развиваться и проявлять активность при более низком температурном режиме + 5 - + 10°С.

Представители рода Streptomyces имеют хорошо развитый воздушный и субстратный мицелий. У большинства штаммов цвет воздушного мицелия на минеральном агаре 1 серый с зеленым, коричневым, розоватым или черным оттенками (секция Cinereus). Кроме серой окраски, воздушный мицелий может быть желтый или кремовый (секция Helvolo-Flavus, серия Helvolus) и белый (секция Albus) с разными оттенками.

Рис. 2. Споры: А - шиповатые, шипы длинные, М. echinospora штамм 210, Б -гладкие, М. halophytica штамм 350, В - шиповатые, шипы длинные, М melanosporea штамм 24, Г - М. ршрика штамм 110 (сканирующий электронный микроскоп, х 5950 - 11900).

Спороносцы представителей рода Streptomyces располагаются на воздушном мицелии моноподиально и имеют разную форму: короткие прямые или чуть извитые, прямые длинные разветвленные, в виде правильных спиралей и в виде крючков и петель (рис. 1). Оболочка спор всех исследованных штаммов имеет гладкую поверхность.

Наиболее часто встречаемые в озере Байкал актиномицеты рода Streptomyces представлены 28 видами, а рода Micromonospora - четырьмя видами. Виды S. globisporus и М. echinospora являются широко распространенными в воде, донных осадках и губках озера. Некоторые виды занимают строго определенные экологические ниши. Так, S. viridogenes, S. chrysomallus, S. helvaticus, S. longisporoflavus, S. pluricolorescens и S. flavofuscus обитают только в воде, a S. nitrosporeus обнаружен в губках. Богат и разнообразен видовой состав актиномицетов — обитателей донных осадков районов, подверженных антропогенному влиянию. Виды S. bikiniensis, S. bottropensis, S. carpaticus, S. rubrogriseus, S. griseobrunneus, S. violaceoruber, S. achromogenes S. candidus, S. baarnensis, S. hydroscopicus и S. viridobrunneus обитают только в донных осадках Байкальского ЦБК и в осадках придельтового района реки Селенги. Кроме М. echinospora, в озере Байкал обитают М. halophytica, М. melanosporea и М. purpurea. Все представители этого рода имеют хорошо развитый субстратный мицелий со спорами, воздушный мицелий отсутствует. Поверхность спор М. echinospora и М. melanosporea имеет шипы, а у M. halophytica и М. purpurea споры гладкие (рис. 2).

Глава 4. Распространение актиномицетов родов Streptomyces и Micromonospora в озере Байкал

4.1. Глубоководная зона озера Байкал

Результаты трехлетних исследований показывали, что актиномицеты из родов Streptomyces и Micromonospora обитают в водной толще всей акватории озера Байкал (рис. 3).

В глубоководной зоне Южного, Среднего и Северного Байкала представители этих родов обнаружены от поверхностного слоя до самого дна. Численность актиномицетов находится в прямой зависимости от количества гетеротрофных бактерий. В Южном Байкале количество актиномицетов в поверхностном слое максимальное и достигает 22 ± 3 клетки в 1 мл. На глубине 200 - 400 м численность актиномицетов составляет 6 ± 1 клеток, а в придонных слоях на глубине 1400 м 3 ± 1 клетки в 1 мл. Численность гетеротрофных бактерий по вертикали постепенно снижается от 700 ± 35 до 20 ± 4 клеток в 1 мл. В Среднем Байкале актиномицеты обитают на глубине 0, 25, 100, 700 и 800 м, а в Северном Байкале - на глубине 50, 200, 300 и 400 метров. Споры актиномицетов родов Streptomyces и Micromonospora устойчивы к повышенному гидростатическому давлению [Cross Т. et al., 1974; Helmke E., 1981 ], поэтому они обнаружены на больших глубинах до 1400 м.

■_1— _lwt km

Рис. 3. Карта-схема мест выделения актиномицетов из озера Байкал.

Очевидно, благодаря баротолерантности споры актиномицетов рода Streptomyces и рода Micromonospora сохранились и на трехметровой глубине в донных отложениях района Посольской банки. Этот район расположен на южном окончании Селенгино-Бугульдейской перемычки, разделяющей Центральную и Южную глубоководные котловины Байкала [Лут Б. Ф., 1978]. Основная масса актиномицетов в осадках сосредоточена на глубине от 0 до 50 см, где их численность достигает до 600 ± 40 клеток в 1 г, и на глубине от 297 до 336 см - до 400 ± 25 клеток в 1 г. Представители Micromonospora обитают до глубины 54 см, а в более глубоких слоях от 105 до 336 см обнаружены только представители рода Streptomyces.

4.2. Литоральная зона озера Байкал

По данным литературы [Jensen P. et al., 1991; Takizawa M. et al., 1993; Jiang С. et al., 1996; Mincer T. J. et al., 2002] актиномицеты родов Streptomyces и Micromonospora являются обитателями прибрежной зоны водоемов. Литоральная зона западного берега Южного Байкала у мыса Березовый характеризуется отсутствием речных стоков и минимальной антропогенной нагрузкой. Обнаружено, что распределение актиномицетов родов Streptomyces и Micromonospora в воде в этом районе является неравномерным. В течение 2001-2003 годов в различные сезоны наблюдались периоды резкого увеличения их численности и внезапного уменьшения до нуля. Несмотря на то, что представители этих двух родов практически постоянно присутствуют в этом

районе озера, а именно в придонном слое и у самого дна, никакои закономерности в их распределении по сезонам не обнаружено. Следует отметить, что в поверхностном слое актиномицеты встречаются в основном в подледный период в феврале, марте и апреле и осенью в ноябре (рис. 4). Замечено, что с удалением от береговой линии численность актиномицетов уменьшается в поверхностном слое и, наоборот, возрастает у дна. Представители рода Streptomyces преобладают в прибрежной зоне, где сказывается влияние прилегающих территорий. Род Micromonospora доминирует в отдаленных от берега районах, и на большой глубине. В целом, пространственное распределение представителей этих двух родов в озере Байкал подчиняется общей закономерности распределения актиномицетов в морях и океанах, согласно которой с удалением от берега численность актиномицетов уменьшается и в открытом водоеме их количество минимальное [Weyland. H.et al, 1988].

Рис. 4. Сезонное распределение актиномицетов в литоральной зоне Южного Байкала в 150 м от берега (А) и в 700 м от берега (Б) в 2001-2003 гг.

Обнаружено, что актиномицеты рода Streptomyces и рода Micromonospora являются постоянным компонентом микробного сообщества бактерий,

ассоциированных с байкальскими губками. Подсчитано, что в весенние месяцы частота встречаемости актиномицетов в L. baikalensis составляет от 7.8 до 89 %, а осенью 0.6-8.9 % в 1 г от количества культивируемых гетеротрофов. Весной в В. baicalensis численность актиномицетов достигает 2.7 %, а в В. intermedia -14.6 - 35.4 % от числа гетеротрофов. Зимой частота встречаемости актиномицетов во всех видах губок практически одинаковая и составляет от 12.5 до 17.6%. В отдельных экземплярах актиномицеты составляют до 90% от количества гетеротрофных бактерий. Не зависимо от времени года род Micromonospora доминирует во всех видах губок.

В донных осадках литоральной зоны также наблюдаются периоды увеличения и уменьшения численности актиномицетов, причем представители рода Micromonospora также доминируют. Летом частота встречаемости актиномицетов составляет 0.1 - 2.3% от количества гетеротрофных бактерий, численность которых максимальная от 6000 до 9500 клеток в 1 г. В остальные месяцы численность актиномицетов варьирует от 7.6 до14.3% от количества гетеротрофов. В среднем количество актиномицетов составляет около 300 клеток в 1 г грунта.

43. Антропогенное влияние на распределение актиномицетов

в озере Байкал

Установлено, что преобладающим местом обитания актиномицетов из родов Streptomyces и Micromonospora являются донные осадки, особенно в районах, подверженных антропогенному влиянию. По сравнению с мелководной зоной, численность актиномицетов в донных осадках Байкальского ЦБК значительно возрастает, составляя от 500 ± 30 до 4500 ± 150 клеток в 1 г осадка или 0.1 - 5.1 % от количества культивируемых гетеротрофных бактерий. Причем, максимальное количество актиномицетов находится в месте выпуска сточных вод из коллектора. Как известно, в донных осадках БЦБК присутствуют целлюлозные волокна, остатки древесины и древесного волокна с высоким содержанием лигнина [Гоман Г. А. и др., 1983], а актиномицеты из родов Streptomyces и Micromonospora обладают высокой целлюлозоразрушающей способностью [Peczynska-Czoch W. et al., 1988; Kawamoto I, 1989; Schlosser A. et al., 1999]. Обнаружено, что представители рода Micromonospora доминируют в 25 пробах донных осадков из 38 исследованных, а из рода Streptomyces - в четырех пробах.

В донных осадках придельтового района реки Селенги численность актиномицетов составляет от 500 ± 10 до 30500 ± 860 клеток на 1 г фунта или 0.3 - 8.5 % от количества гетеротрофов. Пространственное распределение актиномицетов подчиняется общей закономерности [Weyland H. et al., 1988; Jensen P. et al., 1991]. В районе выхода крупных проток Усть-Харауз, Средняя и Лобановская содержание актиномицетов в 1 г грунта максимальное - от 19.5 до 30.5 тыс. клеток. По мере удаления от дельты их количество в донных осадках уменьшается, и в самом Байкале численность актиномицетов составляет от 0 до 2 тыс. клеток в 1 г фунта (рис. 5). По некоторым данным большая часть актиномицетов в водоемах имеют аллохтонное происхождение, особенно это

касается рода Streptomyces [Burman N. P., 1973; Cross Т., 1981; Goodfellow M. et al., 1984; Bull A. T. et al., 2000]. Стоит отметить, что в воде основных притоков реки Селенги обнаружены в основном актиномицеты из рода Streptomyces, а в донных осадках придельтового района и участков, удаленных от дельты, обитают преимущественно актиномицеты из рода Micromonospora.

Рис. 5. Количественное распределение актиномицетов родов 81гвр1атусв8 и М1сгатопо8рага в донных осадках придельтового района реки Селенги (0.5 см - 0-500, 1 см - 500-1500, 2 см - 1500-6000, 3 см - 6000-20000, 4 см - > 20000 клеток в 1 г).

Глава 5. Биологическая активность рода Streptomyces и рода Ыкготопозрога

5.1. Ферментативная активность актиномицетов

Установлено, что актиномицеты, выделенные из озера Байкал, обладают высокой гидролитической активностью в низкотемпературных условиях среды обитания. Всего протестирован 81 штамм из рода Streptomyces и 41 штамм из рода И1сготопо8рога. В результате тестирования выявлено 60 штаммов Streptomyces (74%) и 18 штаммов И1сготопо8рога (43%), способных пептонизировать молоко. Коллагеназной активностью обладают только штаммы Streptomyces - 34%. Гидролизуют крахмал 93% штаммов Streptomyces и 51% штаммов Micromonospora. Способность образовывать щелочную фосфатазу обнаружена у 72% штаммов Streptomyces и у 63% штаммов рода Micromonospora. Причем, у 80% активных штаммов этот фермент начинает работать сразу же в течение часа. Лецитиназная или фосфолипазная активность

отмечена у 63% (26 штаммов) Мгеготопоярога и только у 14% (11 штаммов) Streptomyces. Липазная активность обнаружена у 57 штаммов (70%) Streptomyces и 24 штамма (59%) Micromonospora (рис. 6). Выявлено 3 штамма Streptomyces и 5 штаммов Micromonospora, которые одновременно обладают фосфолипазной и липазной активностями. В целом, 28% исследованных штаммов рода Streptomyces обладают протеолитической, фосфатазной и липазной активностями одновременно.

Экспериментальным путем доказана способность выделенных штаммов актиномицетов разлагать вещества природного и антропогенного происхождения, такие как целлюлоза и фталаты. Целлюлазная активность выявлена у 51 штамма (63%) рода Streptomyces, причем как на среде Гетчинсона, так и просто в байкальской воде, как при комнатной температуре, так и при + 5°С. Обнаружено 25 штаммов (61%) из рода Micromonospora, которые не только растут в байкальской воде на целлюлозном фильтре и изменяют его окраску, но и полностью разрушают его (рис. 6).

Рис. 6. Ферментативная активность некоторых штаммов актиномицетов.

Кроме того, представители этого рода являются активными участниками в процессе деградации фталатов - веществ химического производства полимерных материалов, обнаруживаемых в воде озера. Micromonospora purpurea штамм ПО разрушил 36.5% фталата от исходного количества, содержащегося в среде, за 11 суток инкубирования при + 4 °С. Участие байкальских актиномицетов родов Streptomyces и Micromonospora в деградации веществ природного и антропогенного происхождения является доказательством того, что они могут служить показателями поступления трудно разлагаемого вещества в озеро Байкал.

5.2. Антимикробная активность актиномицетов

Установлено, что байкальские актиномицеты родов Streptomyces и Micromonospora являются сильными антагонистами по отношению к другим микроорганизмам. Первые исследования по определению антагонистических взаимоотношений с бактериями, выделенными из озера Байкал, показали, что 17 штаммов Streptomyces из 27 протестированных подавляют рост В. cereus, 13 штаммов угнетают Е. coli, 12 штаммов - S. cereviseae и 11 штаммов - Р. aeruginosa. Диаметр зоны угнетения роста в среднем достигает 5-15 мм. Количество активных штаммов рода Micromonospora значительно меньше. Только 16 штаммов из 26 протестированных подавляют рост 1-2 тест-культур. В среднем диаметр зоны задержки роста составляет 3-5 мм.

Рис. 8. Антимикробная активность байкальских штаммов Streptomyces и Micromonospora.

Представители родов Streptomyces и Micromonospora, выделенные из озера Байкал, подавляют не только бактерии, которые живут вместе с ними в окружающей среде, но и микроорганизмы, которые вызывают разные заболевания у людей и являются устойчивыми к действию ряда антибиотиков. Обнаружено, что S. aureus проявляет резистентность к тетрациклину, эритромицину и ампициллину, Е. coli - к стрептомицину и канамицину, Н. alvei - к стрептомицину и тетрациклину, P. aeruginosa устойчив к действию антибиотиков цефалоспоринового и пенициллинового рядов, и к карбенициллину, С. albicans - к действию клотримазола.

Количество штаммов Streptomyces, подавляющих рост С. albicans, составляет 35.1% (38 штаммов), S. aureus - 28.7% (31 штамм), 13% (14 штаммов) угнетают Е. coli, 5.6% (6 штаммов) - Н. alvei и 8.3% (9 штаммов) подавляют развитие P. aeruginosa. Пять штаммов Micromonospora подавляют рост S. aureus (10.8%), 6 штаммов угнетают С. albicans (13%), 4 штамма подавляют рост - P. aeruginosa (8.7%) и один штамм является активным против Е. coli (2.2%) (рис. 8). Обнаружено, что актиномицеты способны ингибировать развитие одновременно нескольких тест - культур. Выявлено два штамма Streptomyces, которые подавляют рост всех 5 тест-культур, и 3 штамма Streptomyces, подавляющие одновременно 4 тест-культуры, кроме Н. alvei. Двадцать один штамм Streptomyces угнетают одновременно С. albicans и S.

aureus, причем пять из них подавляют еще и бактерии кишечной группы. Широкий спектр антимикробной активности тестируемых штаммов актиномицетов, по-видимому, обусловлен их способностью, продуцировать сразу несколько антибиотических веществ [Goodfellow M. et al, 1983]. По сравнению со Streptomyces, представители Micromonospora способны угнетать одновременно максимум две тест-культуры. Обнаружено 7 штаммов, подавляющих только С. albicans, 3 штамма - S. aureus и 2 штамма, угнетающие оба микроорганизма. В целом, количество актиномицетов, образующих зону диффузии активного вещества и задержки роста тест-культуры более 10 мм, составляет 29.3% для С. albicans, 20.9% - S. aureus, 7.1% - Е. coli и 2.6% - для Р. aeruginosa. У 15 штаммов рода Streptomyces и у 3 штаммов рода Micromonospora диаметр зоны подавления роста достигает 25-40 мм.

Выводы:

1. Впервые из воды, донных осадков и губок озера Байкал выделены 336 штаммов актиномицетов родов Streptomyces и Micromonospora. Эти микроорганизмы являются олигокарбофилами и способны к активной жизнедеятельности при температурах + 5 - +10°С.

2. Установлено, что наиболее часто встречаемые в озере Байкал актиномицеты представлены 32 видами. Виды S. globisporus и М. echinospora широко распространены в воде, в донных осадках и губках. Обнаружены виды, которые занимают строго определенные экологические ниши: S. viridogenes, S. chrysomallus, S. helvaticus, S. longisporoflavus, S. pluricolorescens и S. flavofuscus обитают только в воде, a S. nitrosporeus в губках. Выявлено 11 видов Streptomyces, которые являются обитателями донных осадков районов, подверженных антропогенному влиянию.

3. В литоральной зоне озера Байкал численность актиномицетов с удалением от берега уменьшается в поверхностных слоях воды и увеличивается у дна. Представители рода Streptomyces преобладают в прибрежной зоне, а с глубиной доминируют представители рода Micromonospora.

4. Актиномицеты рода Streptomyces и рода Micromonospora являются постоянным компонентом микробного сообщества бактерий, ассоциированных с байкальскими губками. Частота их встречаемости составляет от 0.6 до 35.4% от числа гетеротрофных бактерий, а в отдельных экземплярах губок она достигает 90%. Род Micromonospora доминирует не зависимо от времени года и видовой принадлежности губок.

количество актиномицетов в среднем составляет около 300 клеток в 1 г, в осадках БЦБК и дельты реки Селенги численность возрастает в 10 и 100 раз, соответственно. Споры Streptomyces и Micromonospora обнаружены в донных отложениях озера на трехметровой глубине.

6. Для актиномицетов озера Байкал характерна высокая потенциальная ферментативная активность. Более 70% штаммов Streptomyces проявляют фосфатазную, протеазную и липазную активности и около 60% штаммов Micromonospora - фосфатазную, липазную, амилазную и целлюлазную активности. Девяносто три процента штаммов Streptomyces расщепляют крахмал и 63% разрушают целлюлозу.

7. Доказано, что представители родов Streptomyces и Micromonospora участвуют в деградации целлюлозы и фталатов, поэтому они могут быть показателями поступления в озеро Байкал трудно разлагаемых веществ природного и антропогенного происхождения.

8. Байкальские актиномицеты являются мшьными антагонистами по отношению к бактериям, обитающим озере Байкал, и к таким бактериям, как S. aureus, E. coli, H. alvei, P. aeruginosa и С. albicans, которые выделены от больных людей. Обнаружено, что эти микроорганизмы являются устойчивыми к широкому спектру антибиотических веществ, поэтому актиномицеты могут быть использованы в качестве продуцентов новых биологически активных веществ.

Список работ, опубликованных по теме диссертации:

1. Теркина И. А., Дрюккер В. В., Парфенова В. В., Косторнова Т. Я. Изучение актиномицетов в воде и донных осадках оз. Байкал // Экология Сибири, Дальнего Востока и Арктики: Материалы межд. конф., сент. 2001 г. - Томск, 2001.-С. 183.

2. Теркина И. А., Дрюккер В. В., Парфенова В. В., Косторнова Т. Я. Актиномицеты — неотъемлемая часть самоочищающейся системы оз. Байкал // Интеграция фундаментальной науки и высшей школы в устойчивом развитии Сибири: Материалы регион, науч.-практ. конф., окт. 2001 г. - Иркутск, 2001. -С. 88-89.

3. Дрюккер В. В., Теркина И. А. Систематика актиномицетов, выделенных из озера Байкал // Оценка современного состояния микробиологических исследований в Восточно-Сибирском регионе: Материалы Рос. науч.-практ. конф., март 2002 г. - Иркутск, 2002. - С. 50-53.

4. Теркина И. А., Дрюккер В. В., Парфенова В. В., Косторнова Т. Я. К вопросу о биоразнообразии актиномицетов в озере Байкал // Микробиол. - 2002. - Т.71, № 3. - С. 404-408.

5. Drucker V., Parfenova V., Kostornova Т., Pavlova О., Terkina I., Bel'kova N. Biodiversity of microbial community in Lake Baikal // Ecology in a changing world: Absracts of Intern. Congress of Ecology, August 2002. - Seoul, Korea, 2002. - P. 57.

6. Tyorkina I. A., Drucker V. V., Ahn T. S., Timoshkin O. A. Study of actinomycetes of genera Streptomyces and Micromonospora in Lake Baikal // Ancient lakes: speciation, development in time and space, natural history: Abstracts ofthe 3rd Intern. Symp., Sept. 2002. - Irkutsk, Russia, 2002. - P. 194.

7. Terkina I. A., Drucker V. V. Actinomycetes in microbial community of Lake Baikal // FEMS Congress of European Microbiologists: Abstracts of the 1st FEMS, Jun.- Jul. 2003. - Ljubljana, Slovenia, 2003. - P. 230.

8. Азарова И. Н. Парфенова В. В., Барам Г. И., Теркина И. А., Павлова О. Н., Суслова М. Ю. Деградация бис-(2-этилгексил)фталата микроорганизмами воды и донных осадков р. Селенги и оз. Байкал в условиях модельного эксперимента // Прикл. биохимия и микробиол. - 2003. - Т. 39, № 6. - С. 665-669.

9. Terkina I. A., Parfenova V. V., Ahn Т. S., Drucker V. V. Study of Actinomycetes in Lake Baikal // Microorganisms in ecosystems of lakes, rivers and reservoirs: Abstracts ofthe Intern. Baikal Symp., Sept. 2003. - Irkutsk, Russia, 2003. - P. 177.

10. Terkina I. A., Parfenova V. V. Antibiotic activity of actinomycetes in Lake Baikal // Microorganisms in ecosystems of lakes, rivers and reservoirs: Abstracts of the Intern. Baikal Symp., Sept. 2003. - Irkutsk, Russia, 2003. - P. 179.

11. Terkina I. A., Parfenova V. V., Drucker V. V., Ahn T. S. Actinomycetes in Lake Baikal // Actinomycetes are Multicultural: Abstracts of the 13th International Symposium on the Biology of Actinomycetes, Dec. 2003. - Melbourne, Australia, 2003. - P. 9.

Автор выражает благодарность научному руководителю д.б.н., профессору, чл.-корр. РЭА В. В. Дрюккеру, зав. лабораторией водной микробиологии, к.б.н. В. В. Парфеновой за поддержку, внимание и помощь в проводимых исследованиях, к.б.н. О. А. Тимошкину, к.х.н. И. Н. Азаровой, к.г.н. В. Л. Потемкину и всем сотрудникам лаборатории водной микробиологии за помощь на разных этапах работы.

Подписано к печати 26.04.2004 г. Объем 1.0 п.л. Тираж 100 экз. Заказ № 273. Издательство Института географии СО РАН 664033 г. Иркутск, ул. Улан-Баторская, 1

04" 1 4985

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Теркина, Ирина Анатольевна

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1. Общая характеристика актиномицетов.

1.2. Распространение актиномицетов в водоемах

1.3. Влияние факторов окружающей среды на жизнедеятельность актиномицетов.

1.4. Роль актиномицетов в природе.

1.5. Антагонистические свойства актиномицетов.

Глава 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

Глава 3. БИОРАЗНООБРАЗИЕ АКТИНОМИЦЕТОВ РОДОВ

STREPTOMYCES И MCROMONOSPORA В ОЗЕРЕ БАЙКАЛ.

Глава 4. РАСПРОСТРАНЕНИЕ АКТИНОМИЦЕТОВ РОДОВ STREPTOMYCES И MCROMONOSPORA В ОЗЕРЕ БАЙКАЛ.

4.1. Глубоководная зона озера Байкал.

4.2. Литоральная зона озера Байкал.

4.3. Антропогенное влияние на распределение актиномицетов в озере Байкал.

Глава 5. БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ РОДА STREPTOMYCES И РОДА MCROMONOSPORA.

5.1. Ферментативная активность актиномицетов.

5.2. Антимикробная активность актиномицетов.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Актиномицеты рода Streptomyces и рода Micromonospora в микробном сообществе озера Байкал"

В озере Байкал при участии микроорганизмов постоянно идут процессы деструкции органического вещества автохтонного и аллохтонного происхождения. В результате непрерывно поддерживаются процессы биопродукции, происходит интенсивное самоочищение водоема. Участие каждой физиологической группы микроорганизмов и каждой бактерии Ф неотделимо друг от друга и протекает в комплексе. Для того чтобы лучше понять структуру и функционирование микробного сообщества озера Байкал, необходимо исследовать роль отдельно взятых его представителей.

В аспекте этой проблемы представляет большой интерес изучение группы актиномицетов, которые широко распространены в природе. Актиномицеты являются особой группой грамположительных бактерий со сложным онтогенезом, составляющих порядок Actinomycetales. Только эти микроорганизмы способны к мицелиальному росту и образованию на воздушном мицелии гидрофобных спор [Методы почвенной микробиологии и биохимии, 1991]. В настоящее время известно около 100 родов и 1000 видов ® актиномицетов, что составляет примерно 10 % от всех прокариотических организмов [Miyadoh S., 1997].

Изучением водных актиномицетов занимаются многие иностранные ученые. Это Burman N., Cross Т., Okami Y., Okasaki Т., Weyland H., Jensen P., Jiang C., Sponga F., Mincer Т., Moran M., Webster N. и другие. Согласно их данным существенной и неотъемлемой частью микробного сообщества любой водной экосистемы являются актиномицеты родов Streptomyces и Micromonospora. Среди культивируемых актиномицетов - это две наиболее распространенные и доминирующие группы [Jensen P. et al., 1991; Jiang С. et • al, 1996; Sponga F. et al., 1999; Mincer T. et al, 2002]. Основным местом их обитания являются донные осадки, однако, они также встречаются в воде и в губках [Burman N. P., 1973; Jensen P. et al., 1991; Takizavva M. et al., 1993; Sponga F. et al., 1999; Webster N. et al., 2001а]. Одной из проблем, которую на протяжении нескольких десятилетий пытаются решить ученые, является доказательство активного образа жизни актиномицетов в воде. Очень много вопросов и споров вызывает род Streptomyces, который является широко распространенным почвенным актиномицетом. Исследования показывают, что представители этого рода обитают как в донных осадках, так и в водной толще морских и пресноводных водоемов, иногда доминируя среди других актиномицетов [Weyland Н., 1981; Okami Y., 1986; Jensen P. et al., 1991; Moran M. et al., 1995; Mincer T. et al., 2002]. Использование меченого pPHK родоспецифичного зонда доказало водное происхождение рода Streptomyces [Moran М. et al., 1995]. Однако, на самом деле, ситуация более сложная, так как в водной среде присутствуют как автохтонные, так и аллохтонные актиномицеты.

Благодаря лабильности ферментативного аппарата, представители рода Streptomyces и рода Micromonospora легко приспосабливаются к изменяющимся условиям среды обитания, а высокая антагонистическая активность позволяет им подавлять или полностью угнетать жизнедеятельность других бактерий. Обладая этими свойствами, актиномицеты оказывают влияние на экологию всего микробного сообщества, на его состав и видовое разнообразие. В результате изменяется природа и скорость трансформации биогеохимических веществ, что влияет на круговорот органического вещества в целом. Преимущество представителей родов Streptomyces и Micromonospora заключается в том, что они способны минерализовать весьма устойчивые и труднодоступные для других микроорганизмов органические вещества, такие как хитин, целлюлоза, гемицеллюлоза, лигнин, водный гумус, фенольные соединения, которые попадают в водоем из окружающей среды или образуются при отмирании фитопланктона и высшей водной растительности [Горленко В. М. и др., 1977; Peczynska-Czoch W. et al., 1988; Crawford D. L. et al., 1993b; Jiang C. et al., 1996]. Однако и здесь существует проблема, в решении которой мнения ученых расходятся. Это участие актиномицетов в деградации сложных органических соединений, таких как лигнин-целлюлозный комплекс. Целлюлоза, как составная часть этого комплекса, легко разрушается под действием эндоглюконаз и экзоглюконаз Streptomyces и Micromonospora. Что касается лигнина, одни ученые считают, что актиномицеты, выделяя разные ферменты, полностью переводят лигнин в растворимое состояние [Crawford D. L., 1988; Crawford D. L. et al., 1993b; Hernandez M. et al, 1999]. С другой стороны, актиномицеты способны утилизировать только мономеры лигнина и родственные соединения [Eggeling L. et al., 1980; McCarthy A. et al., 1984]. Представители родов Streptomyces и Micromonospora являются продуцентами не только самых сильных антибиотиков, но и цитотоксических противоопухолевых веществ. Поэтому водная среда, в последнее десятилетие, рассматривается в качестве источника получения продуцентов таких биологически активных веществ [Miyadoh S., 1993; Bernan V. et al., 1994; McCracken G. H., 1997; Lazzarini A. et al., 2000; Kurtboke I., 2003].

В последние годы уделяется много внимания филогенетическому анализу микробного сообщества озера Байкал. Результаты показали присутствие актиномицетоподобных бактерий в водной толще озера, в частности Streptomyces. В Южном Байкале на глубине 400 м количество актиномицетных последовательностей составляет около 30 %, а в центральном бассейне озера методом флуоресценции при гибридизации обнаружено до 4 % актиномицетов [Семенова Е. А. и др., 1998; Денисова JI. Я. и др., 1999; Glockner F. О. et al., 2000]. Некоторые исследователи указывают на присутствие немицелиальных актиномицетоподобных бактерий в микробном сообществе в воде озера [Максимова Э. А. и др., 1989; Лаптева Н. А., 1990]. В целом, при подсчете общей численности гетеротрофных бактерий актиномицеты учитывали, но отдельно, как компонент бактериального сообщества, ранее не изучали [Гоман Г. А. и др., 1983].

Как известно, представители родов Streptomyces и Micromonospora способны расти на очень бедных по содержанию органического вещества средах, то есть являются олигокарбофилами [Korn-Werdish F. et al., 1992; Vobis G., 1992]. Кроме того, эти актиномицеты жизнеспособны в низкотемпературных условиях, а их споры устойчивы к высокому давлению кислорода [Helmke Е., 1981; Weyland Н., 1981; Korn-Werdish F. et al., 1992]. Поэтому, большой интерес представляет изучение родов Streptomyces и Micromonospora в озере Байкал, так как это уникальный, пресноводный, олиготрофный и глубоководный водоем, среднегодовая температура воды в котором, составляет всего +3-4°С.

Цель данной работы — исследование актиномицетов рода Streptomyces и рода Micromonospora в структуре и функционировании микробного сообщества озера Байкал.

Для достижения этой цели были поставлены следующие основные задачи:

3. Изучить ферментативную активность актиномицетов родов Streptomyces и Micromonospora при низких температурах.

На защиту выносятся следующие положения:

2. Наиболее распространенными в воде, донных осадках и губках озера Байкал являются S. globisporus и М. echinospora. Обнаружены виды, которые занимают строго определенные экологические ниши: S. viridogenes, S. ф chrysomallus, S. helvaticus, S. longisporoflavus, »£ pluricolorescens и S. flavofuscits обитают только в воде, a S. nitrosporeus в губках. Выявлено 11 видов Streptomyces, которые живут только в донных осадках районов, подверженных антропогенному воздействию.

Научная новизна и практическая значимость работы. Впервые из озера Байкал выделены 336 штаммов актиномицетов родов Streptomyces и Micromonospora. Установлено, что эти два рода являются олигокарбофилами и # факультативными психрофилами. Наиболее часто встречаемые актиномицеты представлены 32 видами. Изучены экологические особенности их обитания в водной толще литоральной и глубоководной частях озера, в донных осадках районов с различной антропогенной нагрузкой и в разных видах байкальских губок. Впервые установлено, что представители родов Streptomyces и Micromonospora проявляют высокую ферментативную активность, а также антагонистическую активность по отношению к автохтонным и аллохтонным микроорганизмам.

Актиномицеты родов Streptomyces и Micromonospora могут быть % использованы в комплексном экологическом мониторинге экосистемы озера Байкал, как показатели поступления трудно разлагаемого органического вещества в водоем. Штаммы актиномицетов, обладающие ч целлюлозоразрушающей активностью, могут быть рекомендованы для биологической очистки сточных вод целлюлозо-бумажной промышленности. Способность байкальских актиномицетов подавлять рост антибиотико-резистентных штаммов микроорганизмов, вызывающих разные инфекционные заболевания у людей, указывает на возможность их применения в качестве продуцентов новых биологически активных веществ.

Апробация работы и публикации. Основные результаты исследований представлены и обсуждены на: международной конференции «Экология Сибири, Дальнего Востока и Арктики (ESFEA -2001)», Томск, 2001; региональной научно-практической конференции «Интеграция фундаментальной науки и высшей школы в устойчивом развитии Сибири»,^ Иркутск, 2001; российской научно-практической конференции «Оценка современного состояния микробиологических исследований в ВосточноСибирском регионе», Иркутск, 2002; международном конгрессе по экологии «VIII INTECOL, Ecology in a changing world», Сеул (Корея), 2002; третьем международном симпозиуме «Ancient lakes: speciation, development in time and space, natural history», Иркутск, 2002; первом конгрессе микробиологов Европы «FEMS congress of European microbiologists», Любляна (Словения), 2003; международном байкальском симпозиуме по микробиологии «Microorganisms in ecosystems of lakes, rivers and reservoirs», Иркутск, 2003; XIII международном симпозиуме по биологии актиномицетов «Actinomycetes are Multicultural», Мельбурн (Австралия), 2003; Иркутском региональном отделении Микробиологического общества, 2004.

По теме диссертации опубликовано 11 работ.

Заключение Диссертация по теме "Экология", Теркина, Ирина Анатольевна

выводы

2. Установлено, что наиболее часто встречаемые в озере Байкал актиномицеты представлены 32 видами. Виды S. globisporus и М. echinospora широко распространены в воде, в донных осадках и губках. Обнаружены виды, которые занимают строго определенные экологические ниши: S. viridogenes, S. chrysomallus, S. helvaticus, S. longisporoflavus, S. pluricolorescens и S. flavofuscus обитают только в воде, a S. nitrosporeus в губках. Выявлено 11 видов Streptomyces, которые являются обитателями донных осадков районов» подверженных антропогенному влиянию.

5. Преобладающим местом обитания актиномицетов являются донные осадки, где их численность, в зависимости от сезона года и местонахождения, варьирует от 0.1 до 14.3% от количества гетеротрофных бактерий, причем род Micromonospora доминирует. В донных осадках районов, не подверженных антропогенной нагрузке, количество актиномицетов в среднем составляет около 300 клеток в 1 г, в осадках БЦБК и дельты реки Селенги численность возрастает в 10 и 100 раз, соответственно. Споры Streptomyces и Micromonospora обнаружены в донных отложениях озера на трехметровой глубине.

8. Байкальские актиномицеты являются сильными антагонистами по отношению к бактериям, обитающим в озере Байкал, и к таким бактериям, как S. aureus, Е. coli, Н. alvei, P. aeruginosa и С. albicans, которые выделены от больных людей. Обнаружено, что эти микроорганизмы являются устойчивыми к широкому спектру антибиотических веществ, поэтому актиномицеты могут быть использованы в качестве продуцентов новых биологически активных веществ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Впервые исследованы распределение, численность, видовой состав и свойства актиномицетов родов Streptomyces и Micromonospora в озере Байкал. Представители этих групп актиномицетов встречаются по всей акватории водоема, в южной, средней и северной котловинах. Они обитают в водной толще глубоководной части озера и в мелководной зоне, в донных осадках и в губках. Актиномицеты родов Streptomyces и Micromonospora, выделенные из озера Байкал, являются олигокарбофилами и относятся к факультативным психрофилам. Несмотря на то, что оптимальной температурой для их жизнедеятельности является + 20-25°С, они способны развиваться и проявлять активность при более низком температурном режиме + 5 - +10°С.

Видовой состав этих актиномицетов очень разнообразный, как по морфологическим, так и по культуральным признакам. Наиболее часто встречаемые в озере Байкал актиномицеты рода Streptomyces представлены 28 видами, а рода Micromonospora четырьмя видами. Виды S. globisporus и М. echinospora являются широко распространенными в воде, донных осадках и губках озера. Некоторые виды занимают строго определенные экологические ниши. Так, S. viridogenes, S. chrysomallus, S. helvaticus, S. longisporoflavus, S. pluricolorescens и S. flavofuscus обитают только в воде, a S. nitrosporeus обнаружен в губках. Богат и разнообразен видовой состав актиномицетов — обитателей донных осадков районов, подверженных антропогенному влиянию. Виды S. bikiniensis, S. bottropensis, S. carpaticus, S. rubrogriseus, S. griseobrunneus, S. violaceoruber, S. achromogenes S. candidus, S. baarnensis, S. hydroscopicus и S. viridobrunneiis обитают только в донных осадках района Байкальского ЦБК и в осадках придельтового района реки Селенги.

В глубоководной части озера актиномицеты обнаружены как в поверхностном слое, так и у самого дна. Численность актиномицетов находится в прямой зависимости от количества гетеротрофных бактерий. Споры Streptomyces, а особенно Micromonospora устойчивы к повышенному гидростатичекому давлению, поэтому способны к активному образу жизни на больших глубинах до 1400 м. Очевидно, благодаря баротолерантности споры актиномицетов рода Streptomyces и рода Micromonospora сохранились и на трехметровой глубине в донных отложениях озера Байкал.

Распределение актиномицетов в литоральной зоне является неравномерным. Несмотря на то, что представители из родов Streptomyces и Micromonospora практически постоянно присутствуют в этом районе озера, как в поверхностных слоях, так и у самого дна, никакой закономерности в их распределении по сезонам не обнаружено. Однако замечено, что с удалением от береговой линии численность актиномицетов возрастает у дна, и наоборот уменьшается в поверхностном слое. Представители рода Streptomyces преобладают в прибрежной зоне, где сказывается влияние прилегающих территорий. Род Micromonospora доминирует в отдаленных от берега районах, и на большой глубине. В целом, пространственное распределение представителей этих двух родов в озере Байкал подчиняется общей закономерности распределения актиномицетов в морях и океанах, согласно которой с удалением от берега численность актиномицетов уменьшается и в открытом водоеме их количество минимальное.

Установлено, что основная масса актиномицетов все же сосредоточена в донных осадках, где содержание органического вещества больше, чем в воде. Причем, чем сильнее район подвержен антропогенному воздействию, или влиянию притоков, несущих большое количество аллохтонного вещества, тем выше численность актиномицетов в осадках. Обнаружено, что численность актиномицетов в донных осадках полигона у мыса Березовый, а также в глубинных донных отложениях составляет в среднем около 300 клеток в 1 г, в районе БЦБК их количество возрастает до 4000 клеток в 1 г, а в придельтовом районе реки Селенги до 30000 клеток в 1 г. В целом, в донных осадках, в зависимости от района исследования, количество актиномицетов варьирует от

0.1 до 14. 3%. Увеличение численности актиномицетов в донных осадках района БЦБК и дельты реки Селенги можно объяснить содержанием в них значительного количества устойчивых к деградации соединений. Экспериментальным путем выявлена способность байкальских актиномицетов родов Streptomyces и Micromonospora разлагать вещества природного и антропогенного происхождения, такие как целлюлоза и фталаты. Это является доказательством того, что они могут служить показателями поступления трудно разлагаемого органического вещества в озеро Байкал. Значительное количество актиномицетов из рода Streptomyces поступает в Байкал с водами реки Селенги. В «собственно байкальских водах» численность стрептомицетов меньше, а в донных осадках придельтового района и участков, удаленных от дельты, обитают преимущественно актиномицеты из рода Micromonospora. Представители этого рода доминируют не только в донных осадках всех исследованных районов, но также и во всех видах байкальских губок, где их численность в разные сезоны года варьирует от 0.6 до 35.4% от количества культивируемых гетеротрофных бактерий. В отдельных экземплярах губок актиномицеты составляют до 90% от числа гетеротрофов.

Для актиномицетов озера Байкал характерна высокая потенциальная гидролитическая активность. Более 70% штаммов Streptomyces проявляют протеолитическую, фосфатазную и липазную активность, причем 28% обладают всеми тремя активностями сразу. Девяносто три процента способны разрушать крахмал и 63 % - целлюлозу. Около 60% штаммов рода Micromonospora проявляют фосфатазную, липазную, фосфолипазную, амилазную и целлюлазную активности и 43% - протеазную. По-видимому, имея такой разнообразный набор ферментов, актиномицеты становятся конкурентно-способными в выборе источника питания и принимают активное участие в расщеплении белков жиров, углеводов, фосфорорганических соединений, а значит, в целом, в круговороте органического вещества в озере Байкал. Мы считаем, что большая часть актиномицетов имеет аллохтонное происхождение.

В озере Байкал они не только выживают, но и адаптируют свой ферментативный аппарат к низкотемпературным условиям среды обитания.

Несмотря на то, что актиномицеты родов Streptomyces и Micromonospora составляют незначительную часть культивируемого микробного сообщества озера Байкал, кроме того, очень медленно растут и размножаются, они обладают очень высокой антагонистической активностью по отношению к другим микроорганизмам. Это одно из главных преимуществ, которое позволяет байкальским актиномицетам занять соответствующее место среди других бактерий, конкурировать за пищу и выживать в суровых условиях водоема. Актиномицеты, угнетая развитие бактерий, обитающих вместе с ними в микробном сообществе, могут изменять его структуру, то есть состав и разнообразие видов бактерий, а значит, влиять на функционирование сообщества, природу и скорость биогеохимической трансформации органических веществ в водоеме. Представители родов Streptomyces и Micromonospora подавляют жизнедеятельность не только бактерий, которые живут вместе с ними в окружающей среде, но и бактерий, которые вызывают разные инфекционные заболевания у людей и являются устойчивыми к действию ряда антибиотиков. S. aureus проявляет резистентность к тетрациклину, эритромицину и ампициллину, Е. coli - к стрептомицину и канамицину, Н. alvei - к стрептомицину и тетрациклину, P. aeruginosa устойчив к действию антибиотиков цефалоспоринового и пенициллинового рядов, и к карбенициллину, С. albicans - к действию клотримазола. Количество штаммов Streptomyces, подавляющих рост С. albicans, составляет 35.1% (38 штаммов), S. aureus - 28.7% (31 штамм), 13% (14 штаммов) угнетают Е. coli, 5.6% (6 штаммов) - Н. alvei и 8.3% (9 штаммов) подавляют развитие P. aeruginosa. Пять штаммов Micromonospora подавляют рост S. aureus (10.8%), 6 штаммов угнетают С. albicans (13%), 4 штамма подавляют рост - P. aeruginosa (8.7%) и один штамм является активным против Е. coli (2.2%). Многие актиномицеты из этих двух родов образуют зону задержки роста тест - культур от 10 до 40 мм. Мы полагаем, что актиномицеты, которые способны подавлять рост антибиотико-резистентных штаммов бактерий, продуцируют какие-то более активные антимикробные вещества, чем уже известные антибактериальные препараты. Причем, эти вещества обладают как антибактериальным, так и противогрибковым действием. Среди представителей рода Streptomyces и рода Micromonospora обнаружены штаммы с широким спектром активности и узкоспециализированные культуры. Это свойство актиномицетов можно использовать в практических целях. Озеро Байкал может стать благодатным источником получения биологически активных веществ.

Ill

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Теркина, Ирина Анатольевна, Иркутск

1. Абызов С. С., Бирюзова В. И., Кострикина Н. А. Актиномицет из древнейших слоев ледника центральной Антарктиды // Микробиология. -1990.- Вып. 59, No. 6.- С. 1094-1101.

2. Авраменко И. Ф. Микробиология. М.: Колос, 1979. — 176 е., ил.

3. Белькова Н. Л., Парфенова В. В., Косторнова Т. Я., Денисова Л. Я., Зайчиков Е. Ф. Характеристика биоразнообразия микробного сообщества водной толщи озера Байкал // Микробиология.- 2003. Т.-72, No. 2. - С. 239-249.

4. Большой практикум по микробиологии / Под ред. Г. Л. Селибера. М.: Высш. шк., 1962. - 492 с.

5. Введение. Бактерии и актиномицеты. // Жизнь растений. / Под ред. А. А. Федорова. М.: Просвещение, 1974. Т. 1. - 488с.

6. Вотинцев К. К. Гидрохимия озера Байкал. М., 1961. - 310 с.

7. Вотинцев К. К., Поповская Г. И., Мазепова Г. Ф. Физико химический режим и жизнь планктона Селенгинского района озера Байкал // Труды Лимнологического института. -М., 1963. - Т. 7, No. 27. - С.10 -14.

8. Вотинцев К. К., Мещерякова А. И., Поповская Г. И. Круговороторганического вещества в озере Байкал. Н.: Наука, 1975. - 190 с.

9. Галазий Г. И. Байкал в вопросах и ответах. И.: Вост.-Сиб. кн. изд-во, 1987.-384 с.

10. Гаузе Г. Ф. Преображенская Т. П. Определитель актиномицетов. М.: Наука, 1983. -245с.

11. Голдырев Г. С., Выхристюк JI. А., Лазо Ф. И. Донные отложения авандельты р. Селенги // Лимнология придельтовых пространств Байкала. -Л.: Наука, 1971. С. 43 - 64.

12. Гоман Г. А., Младова Т. А., Штевнева А. И. Микрофлора воды и грунта // Экология Южного Байкала / Под ред. Г. И. Галазия. И., 1983. - 320 с.

13. Горленко В. М., Дубинина Г. А., Кузнецов С. И. Экология водных микроорганизмов. М.: Наука, 1977. - 289 с.

14. Горбенко Ю. П. О наиболее благоприятном количестве «сухого питательного агара» в средах для культивирования морских гетеротрофных микроорганизмов // Микробиология. 1961. - Т. 30, Вып. 1.-С. 168-172.

15. Денисова Л. Я., Белькова Н. Л., Тулохонов И. И., Зайчиков Е. Ф. Биоразнообразие бактерий на различных глубинах южной котловины озера Байкал, выявленное по последовательностям 16S РРНК // Микробиология. 1999. -Т. 68, No. 4. С. 475-483.

16. Егоров Н. С. Микробы-антагонисты и биологические методы определения антибиотической активности. М.: Высш. шк., 1965. - 221 с.

17. Иванова Е. П., Бакунина И. Ю., Горшкова Н. М. и др. Распространение хитинразлагающих ферментов у морских и пресноводных микроорганизмов // Биология моря. 1992. - Вып. 3-4. - С. 69-75.

18. Калакуцкий Л. В., Агре Н. С. Развитие актиномицетов. М.: Наука, 1977. - 285 с.

19. Кожов М. М. Биология озера Байкал. М.: АН СССР, 1962. - 316 с.

20. Кожов М. М. Очерки по байкаловедению. И.: Вост.-Сиб. кн. изд-во, 1972.-254 с.

21. Кочкина Г. А., Иванушкина Н. Е., Карасев С. Г. и др. Микромицеты и актинобактерии в условиях многолетней естественной криоконсервации // Микробиология. 2001. - Т. 70, No. 3. - С. 412-420.

22. Красильников Н. А. Лучистые грибки и родственные им организмы. М.: АН СССР, 1938.-304 с.

23. Красильников Н. А. Актиномицеты-антагонисты и антибиотические вещества. М.: АН СССР, 1950. - 303 с.

24. Красильников Н. А. Антагонизм микробов и антибиотические вещества. М.: Сов. наука, 1958. - 338 с.

25. Краткий определитель бактерий Берги / Под ред. Дж. Хоулта. М.: Мир, 1980.-496 с.

26. Кузнецов С. И. Микрофлора озер и ее геохимическая деятельность. Л.: Наука, 1970. - 440 с.

27. Кузнецов С. И., Дубинина Г. А. Методы изучения водных микроорганизмов. М., 1989. - 288 с.

28. Лаптева Н. А. Видовая характеристика гетеротрофных бактерий в озере Байкал //Микробиология. 1990. - Т. 65, Вып. 3. - С. 499-506.

29. Лут Б. Ф. Геоморфология Прибайкалья и впадины озера Байкал. — Н.: Наука, 1978.-213 с.

30. Максимова Э. А., Максимов В. Н. Микробиология вод Байкала. И.: ИГУ, 1989. - 168 с.

31. Медицинская микробиология / Под ред. В. И. Покровского, О. К. Поздеева. М.: ГЭОТАР МЕДИЦИНА, 1999. - 1200 с.

32. Методические указания по определению чувствительности микроорганизмов к антибиотикам методом диффузии в агар сиспользованием дисков. -М., 1983. 15 с.

33. Методы почвенной микробиологии и биохимии: Учебное Пособие / Под ред. Д. Г. Звягинцева. М.: МГУ, 1991. - 304 с.

34. Михайлов В. В., Кузнецова Т. А., Еляков Г. Б. Морские микроорганизмы и их вторичные биологические активные метаболиты. Вл.: Дальнаука, 1999.- 131 с.

35. Мусил Я., Новикова О., Кунц К. Современная биохимия в схемах. М.: Мир, 1981.-216 с.

36. Определитель бактерий Берджи. / Под ред. Дж. Хоулта и др. М.: Мир, Т. 2. 1997.-368 с.

37. Парфенова В. В. Количественная характеристика и сезонная динамика микроорганизмов, мобилизующих фосфаты в воде Байкала // Микроорганизмы в экосистемах озер и водохранилищ / Под ред. В. В. Дрюккера. Н.: Наука, 1985. - С. 42-55.

38. Пешков М. А. Сравнительная цитология синезеленых водорослей, бактерий и актиномицетов. М.: Наука, 1966.

39. Плохинский Н. А. Биометрия. М.: МГУ, 1970. - 367 с.

40. Попкова К. В. Общая фитопатология. М.: Агропромиздат, 1989. - 399 с.

41. Практикум по микробиологии / Под ред. Н. С. Егорова. Учебное пособие. М.: МГУ, 1976. - 307 с.

42. Прокофьева-Бельговская А. А. Строение и развитие актиномицетов. М.: Академия наук СССР, 1963.

43. Разумов А. С. Микробиологический планктон воды // Труды Всесоюзн. Гидробиол. Общ-ва. 1962. -В. 12. - С. 60-190.

44. Родина А. Г. Бактерии литорали озера Байкал // Труды проблемных и тематических совещаний ЗИН / Пробл. гидробиол. внутрен. вод. 1954. -В. 2.-С. 172-201.

45. Родина А. Г. Методы водной микробиологии. JL: Наука, 1965. — 363 с.

46. Романенко В. И. Размножение бактерий на природной воде / Информ. Бюл. Ин-та биол. Внутр. Вод. АН СССР. 1973. - Вып. 17. - С. 5-7.

47. Романенко В. И., Кузнецов С. И. Экология микроорганизмов пресных водоемов. JL: Наука, 1974. - 194 с.

48. Романова А. П. Сезонная динамика бактериопланктона, его горизонтальное и вертикальное распределение в Южной части Байкала. -М.: СО АН СССР, 1958.-No.7. С. 114-124.

49. Семенова Е. А., Кузнеделов К. Д. Изучение разнообразия пиколланктона озера Байкал путем сравнительного анализа 5'-концевых участков генов 16S рРНК // Молекулярная биология. 1998. - Т. 32, No. 5. - С. 895-901.

50. Сорокин Ю. И. Экосистемы коралловых рифов. М.: Наука, 1990. - 503 с.

51. Сороковикова J1. М., Авдеев В. В. Первичная продукция и деструкция органического вещества р. Селенги // Водные ресурсы. 1992. No. 5. - С. 163 - 165.

52. Теппер Е. 3. Микроорганизмы рода Nocardia и разложение гумуса. М., 1976.

53. Теркина И. А., Дрюккер В. В., Парфенова В. В., Косторнова Т. Я. К вопросу о биоразнообразии актиномицетов в озере Байкал // Микробиология. 2002. - Т. 71, No. 3. - С. 404-408.

54. Федер Дж. Фосфатазы // Фосфор в окружающей среде. / Под ред. Э. Гриффита, А. Битона, Дж. Спенсера, Д. Митчелла. М.: Мир, 1977. - С. 516-551.

55. Шлегель Г. Общая микробиология. М.: Мир, 1972. - 480 с.

56. Эппликвист Д., Де Пью Ч., Райнхарт К. Введение в органическую химию. М.: Мир, 1985. - 382 с.

57. Al-Diwany L. J., Cross Т. Ecological studies on nocardioforms and other actinomycetes in aquatic habitats / Ed. by Mordarski M., Kurylowicz W. and Jeljaszewicz J. Stuttgart: Gustav Fischer Verlag, 1978. - P. 153-160.

58. Al-Musallam A. A., Al-Zarban S. S., Fasasi Y. A., Kroppenstedt R. M., Stackebrandt E. Amycolatopsis keratiniphila sp. nov., a novel keratinolytic soil actinomycete from Kuwait // Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 2003. - V. 53. - P. 871-874.

59. Anderson A. S., Wellington E. M. H. The taxonomy of streptomycetes and related genera // Int. J. of Syst. Evol. Microbiol. 2001. - V. 51. - P. 278-282.

60. Andersson A. M., Weis N., Rainey F., Salkinoja-Salonen Dust-borne bacteria in animal sheds, schools and children's day care centers // Appl. Microbiol. -1999.-V. 86,1. 4.-P. 622-634

61. Berdy J. New ways to obtain new antibiotics // Chin. J. Antibiot. 1984. - V. 7. - P. 384-360.

62. Bernan V., Montenegro D., Korshalla J., Maiese W., Steinberg D., Greenstein M. Bioxalomycines, new antibiotics produced by the marine Streptomyces sp. LL-31F508: Taxonomy and fermentation // J. Antibiot. 1994. - V. 47, No. 47. -P. 1417-1424.

63. Bockle В., Galunsky В., Muller R. Characterization of a keratinolytic serine proteinase from Streptomyces pactum DSM 40530 // Appl. Environ. Microbiol. 1995. -V. 61, No. 10. - P. 3705-3710

64. Bode H. В., Zeeck A., Pluckhalmand K., Jendrossek D. Physiological and chemical inverstigations into microbial degradation of synthetic poly(cis-l,4-isoprene) //Appl. Environ. Microbiol. 2000. - V. 66. - P. 3680-3685.

65. Bressollier P., Letourneau F., Urdaci M. and B. Verneuil Purification and characterization of a keratinolytic serine proteinase from Streptomyces albidoflavus II Appl. Environ. Microbiol. 1999.- V. 65, No. 6. - P. 25702576.

66. Bruhlmann F., Kim K. S., Zimmerman W., Flechter A. Pectinolytic enzymes from actinomycetes for the degumming of ramie bast fibers //Appl. Environ. Microbiol. 1994. - V. 60. - P. 2107-2112.

67. Bull А. Т., Ward A. C., Goodfellow M. Search and discovery strategies for biotechnology: the paradigm shift // Mol. Biol. Rev. 2000. - V. 64. - P. 573606.

68. Burman N. P. The occurrence and sighniflcance of actinomycetes in water supply // Actinomycetales: Characteristics and practical importance. / Ed. by G. Sykes, and F. A. Skinner. London: Academic Press, 1973. - P. 219-230.

69. Chu M., Mierzwa R., Jenkins J., Chan Т. M., Das P., Pramanik В., Patel M., Gullo V. Isolation and characterization of novel oligosaccharides related to Ziracin // J. Nat. Prod. 2002. - V. 65. - P. 1588-1593.

70. Crawford D. L. Biodegradation of agricultural and urban wasters // Actinomycetes in biotechnology. / Ed. by M. Goodfellow, S. T. Williams, and M. Mordarski. London: Academic Press, 1988. - P. 433-459.

71. Crawford D. L., Lynch J. M., Whipps J. M., Ousley M. A. Isolation and characterization of actinomycete antagonists of a fungal root pathogen // Appl. Environ. Microbiol. 1993a. - V. 59, No. 11. - P. 3899-3905.

72. Crawford D. L., Doyle L. Effects of a lignin peroxidase-expressing recombinant, Streptomyces lividans TK23.1, on biogeochemical cycling and numbers and activities of microorganisms in soil // Appl. Environ. Microbiol. — 1993b.-V. 62. -P. 865-869.

73. Cross Т., Attwell R. W. Recovery of viable thermoactinomycete endospores from deep mud cores // Spore research / Ed. by Barker A. N., Gould G. W., J. Wolf. London: Academic Press, 1974. - P. 11-20.

74. Cross Т. Aquatic actinomycetes: A critical survey of the occurrence, growth and role of actinomycetes in aquatic habitats // J. Appl. Bacteriol. 1981. - V. 50. - P. 397-423.

75. Deobald, L. A., Crawford D. L. Activities of cellulase and other extracellular enzymes during lignin solubilization by Streptomyces viridosporus I I Appl. Microbiol. Biotechnol. 1987. - V. 26. - P. 158-163.

76. Dhaliwal B. S. Nocardia amarae and activated sludge foaming // J. Water Poll. Contr. Fed. 1979. - V. 51. - P. 344-350.

77. Dhar K., Rosazza J. P. N. Purification and characterization of Streptomyces griseus catechol o-methyltransferase // Appl. Environ. Microbiol. 2000. - V. 66. - P. 4877-4882.

78. Dixit V. S., Pant A. Hydrocarbon degradation and protease production by Nocardiopsis sp. NCIM 5124 // Lett. Appl. Microbiol. 2000. - V. 30, No. 1. -P. 67-69.

79. Eggeling, L., Sahm H. Degradation of coniferyl alcohol and other lignin-related aromatic compounds by Nocardia sp. DSM 1069 // Arch. Microbiol. -1980.-V. 126.-P. 141-148.

80. Elegir G., Szakaacs G., JeffriesT. W. Purification, characterization, and substrate specificities of multiple xylanases from Streptomyces sp. strain B-12-2 // Appl. Environ. Microbiol. 1994. - V. 60. - P. 2609-2615.

81. Embley Т. M., Stackebrandt E. The molecular phylogeny and systematics of the actinomycetes //Annu. Rev. Microbiol. 1994. - V. 48. - P. 257-289.

82. Fox G., Stackebrandt E., Hespell R., Gibson J., Maniloff J., Dyer T. The phylogeny of prokaryotes // Science. 1980. - V. 209. - P. 457-463.

83. Frostegard A., Tunlid A., Baath E. Phospholipid fatty acid composition, biomass and activity of microbial communities from two soil types experimentally exposed to different heavy metals // Appl. Environ. Microbiol. 1993.-V. 59.-P. 3605-3617.

84. Gacto M., Vicente-Soler J., Cansado J., Villa T. G. Characterization of an extracellular enzyme system produced by Micromonospora chalcea with lytic activity on yeast cells // Appl. Microbiol. 2000. - V. 88. - P. 961-967.

85. Goodfellow M., Williams S. T. Ecology of Actinomycetes // Annals of Review of Microbiology. 1983. - V. 37. - P. 189-216.

86. Goodfellow M., Haynes J. A. Actinomycetes in marine sediments // Biological, biochemical and biomedical aspects of Actinomycetes. / Ed. by L. Ortiz-Ortiz, L. F. Bojalil and V. Yakoleff. New York: Academic Press, 1984. -P. 643.

87. Gounot A. M. Psychrophilic and psychrotrophic microorganisms // Experientia. 1986. - V. 42, No. 11-12. - P. 1192-1197.

88. Grein A., Meyers S. P. Growth characteristics and antibiotic production of actinomycetes isolated from littoral sediments and materials suspended in seawater// J. Bacteriol. 1958. - V. 76. - P. 457-463.

89. Hammamura N., Yeager С. M., Arp D. J. Two distinct monooxygenases for alkane oxidation in Nocardioid.es sp. strain CF8 // Appl. Environ. Microbiol. -2001. V. 67. - P. 4992-4998.

90. Hanne L., Kirk L., Appel S. M., Narayan A. D., Bains К. K. Degradation and induction specificity in actinomycetes that degrade p-nitrophenol // Appl. Environ. Microbiol. 1993. - V. 59. - P. 3505-3508.

91. Heisey R., Papadatos S. Isolation of microorganisms able to metabolize purified natural rubber // Appl. Environ. Microbiol. 1995. - V. 61. - P. 30923097.

92. Helge B. Bode, Zeeck A. Physiological and chemical investigations into microbial degradation of synthetic poly(cis-l,4-isopren) // Appl. Environ. Microbiol. 2000. - V. 66, No. 9. - P. 3680-3685.

93. Hernandez M., Rodriguez J., Soliveri J., Сора J. L., Perez M. I., Arias M. E. Paper mill effluent decolorization by fifty Streptomyces II Appl. Environ. Microbiol. 1999. - V.60. - P. 3909-3913.

94. Hiraishi A., Ueda Y., Ishihara J. Quinone profiling of bacterial communities in natural and synthetic sewage activated sludge for enchanced phosphate removal // Appl. Environ. Microbiol. 1998. - V. 64. - P. 992-998.

95. Hopwood D. A., Bibb M. J., Chater K. F. et al. Genetic manupulation of Streptomyces: a laboratory manual // The John Innes Foundation. 1985.

96. Jabionska-Gorzaia D., Russel S. Characteristics of cellulolytic actinomycetes isolated from selected forest soils // FEMS Congress of European

97. Microbiologists: Abstracts of the 1st FEMS, Jun.- Jul. 2003. Ljubljana, Slovenia, 2003.-P. 221.

98. Jensen P., Dwight R., Fenical W. Distribution of actinomycetes in near-shore tropical marine sediments // Appl. Environ. Microbiol. 1991. - V. 54. - P. 1102-1108.

99. Jiang C., Xu L. Diversity of aquatic actinomycetes in lakes of the middle plateau, Yunnan, China // Appl. Environ. Microbiol. 1996. - V. 62, No. 1. - P. 249-253.

100. Kawamoto I. Genus Micromonospora 0rskov // Bergey's manual of systematic bacteriology. / Ed. by S. T. Williams. Baltimore: Williams &Wilkins, 1989. - V. 4. - P. 2442-2450.

101. Kajari D., Rosanna J. Purification and characterization of Streptomyces griseus catechol o-methyltransferase // Appl. Environ. Microbiol. 2000. - V. 66. - P. 4877-4882.

102. Khan M. R., Williams S. T. Studies on the ecology of actinomycetes in soil. 8. Distribution and characteristics of acidophilic actinomycetes // Soil Biol. Biochem. 1975. - V. 7. - P. 345-348.

103. Kitahara Т., Nagasawa H., Okazaki Т., Okami Y., Umezawa H. The structure of SS-228 an antibiotic from Chainia sp II J. Antibiotics. 1975. - V. 28. - P. 280-285.

104. Kluepfel D. Characterization of cellulase and xylanase activities of Streptomyces lividans II Appl. Microbiol. Biotechnol. 1986. - V. 24. - P. 230234.

105. Kukolya J., Nagy I., Laday M., Toth E., Oravecz O., Marialigeti K., Hornok L. Thermobifida cellulolytica sp. nov., a novel lignocellulose-decomposing actinomycete // Int. J. Syst. Evolut. Microbiol. 2002. - V. 52. - P. 1193-1199.

106. Kurnt M., Bitsch F., Ponelle M., Sanglier J. J., Wang Y., Wolff B. Microbial conversion products of leptomycin В // Appl. Environ. Microbiol. 1998. - V. 64. - P. 714-720.

107. Kurtboke I. Selection isolation of rare actinomycetes. Queensland: Complete Printing Services, 2003. 128 p.

108. Lacey J. Actinomycetes as biodeteriogens and pollutants of the environment // Actinomycetes in biotechnology. / Ed. by M. Goodfellow, S. T. Williams and M. Mordarski. London: Academic Press, 1988. - P. 359-432.

109. Lazzarini A., Cavaletti L., Toppo G., Marinelli F. Rare genera of actinomycetes as potential producers of new antibiotics // Antonie Van Leeuwenhoek. 2000. - V. 79. - P. 399-405.

110. Lechevalier M. P., Lechevalier H. A. Nocardia amarae sp. nov. and actinomycetes common in foaming activated sludge // Int. J. Syst. Bacteriol. -1974. V. 24. - P. 278-288.

111. Lee J. Y., Hwang В. K. Diversity of antifungal actinomycetes in various vegetative soils of Korea // Can. J. Microbiol. 2002. - V. 48. - P. 407-417.

112. Lindel Т., Jensen P., Fenical W. Lagunapyrones A-C: Cytotoxic acetogenins of a new skeletal class from a marine sediment bacterium // Tetrahedron Lett. -1996. V. 37, No. 9. - P. 1327-1330.

113. Linos A., Berekaa M. M., Reichelt R. et al. Biodegradation of cis-1,4-polyisoprene rubbers by distinct actinomycetes: microbial strategies and detailed surface analysis // Appl. Environ. Microbiol. 2000. - V. 66. - P. 1639-1645.

114. Linos A., Berekaa M. M., Steinbuchel A., Kim К. K., Sproer C., Kroppenstedt R. M. Gordonia westfalica sp. nov., a novel rubber-degrading actinomycete // Int. J. Syst. and Evolut. Microbiol. 2002. - V. 52. - P. 11331139.

115. Long R., Azam F. Antagonistic interactions among marine pelagic bacteria // Appl. Environ. Microbiol. 2001. - V. 67. - P. 4975-4983.

116. Luedemann G. M., Casmer C. J. Electron microscope study of whole mounts ф and thin sections of Micromonospora chalcea ATCC 12452 // Int. J. Syst.

117. Bacteriol. V. 23. - P. 243-255.

118. MacKenzie C., Bilous D., Johnson K. Purification and characterization of an exoglucanase from Streptomyces flavogriseus II Can. J. Microbiol. 1984. - V. 30.-P. 1171-1178.

119. Mercer D. K., Iqbal M., Miller P. G. G., McCarthy A. J. Screening actinomycetes for extracellular peroxidase activity // Appl. Environ. Microbiol.- 1996.-V. 62.-P. 2186-2190.

120. Mikami Y., Miyashita K., Arai T. Diaminopimelic acid profiles of alkalophilic and alkaline-resistant strains of actinomycetes // J. Gen. Microbiol.- 1982. V. 128. - P. 1709-1712.

121. Mincer T. J., Jensen P. R., Kauffman C. A., Fenical W. Widespread and ® persistent populations of a major new marine actinomycete taxon in oceansediments // Appl. Environ. Microbiol. 2002. - V. 68. - P. 5005-5011.

122. Miyadoh S. Research on antibiotic screening in Japan over the last decade: a producing microorganism approach // Actinomycetologica. 1993. - V. 7. - P. 100-106.

123. Miyadoh S. Atlas of Actinomycetes. Yokohama: Asakura Publishing Co., 1997.

124. Moran M., Rutherford L. Т., Hodson R. E. Evidence for indigenous Streptomyces populations in a marine environment determined with a 16SrRNA probe // Appl. Environ. Microbiol. 1995. - V. 61. - P. 3695-3700.

125. Moaledi V. К. Qualitive analysis of an oligocarbophilic aquatic microflora in the Plupsee // Arch. Hydrobiol. 1978. - B. 82. - P. 98-113.

126. Okami Y. Marine microorganisms as a source of bioactive agents // Microbiol. Ecol. 1986. - V. 12. - P. 65-78.

127. Okami Y., Hotta K. Search and discovery of new antibiotics // Actinomycetes in biotechnology / Ed. by Goodfellow S. et al. London: Academic Press, 1988. - P. 33-67.

128. Okasaki Т., Okami Y. Actinomycetes in marine environments // Nocardia and Streptomyces. Proc. Int. Symp. on Nocardia and Streptomyces. / Ed. by Mordarski M., Kurylowicz W. and Jeljaszewicz J. Stuttgart: Gustav Fischer Verlag, 1978.-P. 145-151.

129. Pasti-Grigsby M., Lewis T. A., Crawford D. L., Crawford R. L. Transformation of 2, 4, 6-trinitrotoluene (TNT) by actinomycetes isolated from TNT-contaminated and uncontaminated environments // Appl. Environ. Microbiol. 1996. - V. 62. - P. 1120-1123.

130. Pathirana C., Jensen P., Dwight R., Fenical W. Rare phenazine L-quinovose esters from a marine actinomycete // J. Org. Chem. 1992a. - V. 57. - P. 740742.

131. Pathirana C., Jensen P., Fenical W. Marinone and debromomarinone -antibiotic sesquiterpenoid naphthoquinones of a new structure class from a marine bacterium // Tetrahedron Lett. 1992b. - V. 33. - P. 7663-7666.

132. Peczynska-Czoch W., Mordarski M. Actinomycete enzymes // Actinomycetes in biotechnology. / Ed. by M. Goodfellow, S. T. Williams, and M. Mordarski. San Diego: Academic Press, 1988. - P. 219-283.

133. Pometto A. L., Lee В. Т., Johnson К. E. Production of an extracellular polyethylene-degrading enzyme by Streptomyces species // Appl. Environ. Microbiol. -1992. V. 58, No. 2. - P. 731-733.

134. Ravel J., Amoroso M. J. Colwell R. R., Hill R. T. Mercury-resistant actinomycetes from the Chesapeake bay // FEMS Microbiol. Lett. 1998a. - V. 162.-P. 177-184.

135. Ravel J., Schrempf H., Hill R. T. Mercury resistance is encoded by transferable giant linear plasmids in two Chesapeake bay Streptomyces strains // Appl. Environ. Microbiol. 1998b. - V. 64. - P. 3383-3388.

136. Ruddick S. M., Williams S. T. Studies on the ecology of actinomycetes in soil. V. Some factors influencing the dispersal and adsorption of spores in soil // Soil Biol. Biochem. 1972. - V. 4. - P. 93-103.

137. Ruiz-Arribas A., Fernandez-Abalos J. Overproduction, purification and biochemical characterization of a xylanase (xyl 1) from Streptomyces halstedii JM8 // Appl. Environ. Microbiol. 1995. - V. 61. - P. 2414-2419.

138. Rusnak K., Troyanovich J., Mierzwa R., Chu M., Patel M., Weinstein M. An antibiotic with activity against gram-positive bacteria from the gentamicin-producing strain of Micromonospora purpurea II Appl. Microbiol. Biotechnol. 2001. - V. 56.-P. 502-503.

139. Saito A., Miyashita K., Biukov G., Schrempf H. Characteristics of a Streptomyces coelicolor A3(2) extracellular protein targeting chitin and chitosan//Appl. Environ. Microbiol. 2001. - V. 67. - P. 1268-1273.

140. Saito K., Kondo K., Kojima I., Yokota A., Tomita F. Purification and characterization of 2,6-B-D-fructan 6-levanbiohydrolase from Streptomyces exfoliates F3-2 II Appl. Environ. Microbiol. 2000. - V. 66. - P. 252-256.

141. Schlochtermeier A., Niemeyer F., Schrempf H. Biochemical and electron ф microscopic studies of the Streptomyces reticuli cellulase (avicelase) in itsmycelium-associated and extracellular forms // Appl. Environ. Microbiol. -1992.-V. 58.-P. 3240-3248.

142. Schlosser A., Jantos J., Hackmann K., Schrempf H. Characterization of the binding protein-dependent cellobiose and cellotriose transport system of the cellulose degrader Streptomyces reticuli II Appl. Environ. Microbiol. 1999. -V. 65.-P. 2636-2643.

143. Solano-Serena F., Marchal R., Casaregola S., Vasnier C., Lebeaut J.-M., ^ Vandecasteele J.-P. A Mycobacterium strain with extended capacities fordegradation of gasoline hydrocarbons // Appl. Environ. Microbiol. 2000. - V. 66. - P. 2392-2399.

144. Sommer P., Bormann C., Gotz F. Genetic and biochemical characterization of a new extracellular lipase from Streptomyces cinnamomeus II Appl. Environ. Microbiol. 1997. - V. 63. - P. 3553-3560.

145. Sponga F., Cavaletti L., Lazzarini A. et al. Biodiversity and potentials of marine-derived microorganisms // J. of Biotechnology. 1999. - V. 70. - P. 6569.

146. Stackebrandt E., Rainey F. A., Ward-Rainey N. L. Proposal for a new Ф hierarchic classification system, Actinobacteria classis nov И Int. J. Syst.

147. Bacteriol. 1997. - V. 47. - P. 479-491.

148. Staley J. T. Prosthecomicrobium and Ancalomicrobium: new freshwater prosthecate bacteria// J. Bacteriol. 1968. - V. 95. - P. 1921-1942.

149. Takahashi A., Ikeda D., Nakamura H., Kurosawa S. Altemicidin, a new acaricidal and antitumor substance // J. Antibiotics. 1989. - V. 42. - P. 15621566.

150. Takahashi Y., Omura S. Isolation of new actinomycete strains for the screening of new bioactive compounds // J. Gen. Appl. Microbiol. 2003. - V.• 49.-P. 141-154.

151. Takizawa M., Colwell P., Hill R. Isolation and diversity of actinomycetes in the Chesapeake bay // Appl. Environ. Microbiol. 1993. - V. 59. - P. 9971002.

152. Tarlow M. J., Block S. L., Harris J. Kolokathis A. Future indications for macrolides // Pediatrics Infection and Disease Journal. 1997. - V. 16. - P. 457-462.

153. Tay S., Hemond H. F., Polz M. F., Cavanaugh С. M., Dejesus I., Krumholz L. R. Two new Mycobacterium strains and their role in toluene degradation in a contaminated stream // Appl. Environ. Microbiol. 1998. - V. 64. - P. 17151720.

154. Terekhova L. Isolation of actinomycetes with the use of microwaves and electric pulses // Selection isolation of rare Actinomycetes. /Ed. By I. Kurtboke. Queensland: Complete Printing Services, 2003. - 128 p.

155. Tsujibo H., Kubota Т., Yamamoto M., Miyamoto K. and Y. Inamori Characterization of chitinase genes from an alkaliphilic actinomycete, Nocardiopsis prasina OPC-131 // Appl. Environ. Microbiol. 2003. - V. 69. -P. 894-900.

156. Valois D., Fayad K., Barasubiye T. Glucanolytic actinomycetes antogonistic to Phytophthora fragariae var. Rubi the causal agent of raspberry root rot // Appl. Environ. Microbiol. 1996. - V. 62, No. 5. - P. 1630-1635.

157. Van Zyl W. H. A study of the cellulases produced by three mesophilic actinomycetes grown on bagasse as substrate // Biotechnol. Bioeng. 1985. -V. 27.-P. 1367-1373.

158. Wagman G. H., Weinstein M. J. Antibiotics from Micromonospora // Ann. Rev. Microbiol. 1980. - V. 34. - P. 537-557.

159. Walter S., Schrempf H. Physiological studies of cellulase (avicelase) synthesis in Streptomyces reticuli II Appl. Environ. Microbiol. 1996. - V. 62. -P. 1065-1069.

160. Watson E., Williams S. Studies on the ecology of actinomycetes in soil. Actinomycetes in a coastal sand belt. // Soil Biol. Biochem. 1974. - V. 7. - P. 43-52.

161. Webster N. S., Wilson K. J., Blackall L. L., Hill R. T. Phylogenetic diversity . of bacteria associated with the marine sponge Rhopaloeides odorabile II Appl.

162. Environ. Microbiol. 2001a. - V. 67. - P. 434-444.

163. Webster N. S., Hill R. T. The culturable microbial community of the Great Barrier Reef sponge Rhopaloeides odorabile is dominated by an a-Proteobacterium // Marine Biology. 2001b. - V. 138. - P. 843-851.

164. Weyland H. Characteristics of actinomycetes isolated from marine sediments // Actinomycetes. Proc. 4th Int. Symp. on actinomycete biology. / Ed. By Schaal K. P. and Pulverer G. Stuttgart: Gustav Fischer Verlag, 1981. - P. 309314.

165. Weyland H., Helmke E. Actinomycetes in the marine environment // Proc. 7th Int. Symp. on Biology of Actinomycetes. / Ed. by Okami Y., Beppu T. and Ogawara H. Tokyo: Japan Scientific Societies Press, 1988. - P. 294-299.

166. Wiegel J., Schlegel H. Enrichment and isolation of nitrogen fixing hydrogen bacteria // Arch. Microbiol. 1976. - V. 107. - P. 139-142.

167. Williams S. Т., Vickers J. C. The ecology of antibiotics production // J. Microb. Ecol. 1986. - V. 12. - P. 43-52.

168. Wilkinson C., Garrone R. Nutrition of marine sponge: role of symbiotic bacteria // Nutrition in the Lower Metazoa. Oxford: Pergamon Press, 1980. -P. 157-161.

169. Wilkinson C. Phylogeny of bacterial and cyanobacterial symbionts in marine sponges // Endocytobiology: Proc. II Intern. Coll. Endocytobiology. / Ed. by H. E. A. Schenk, W. Schwemmler. Berlin: Walter de Gruiter, 1983. - V. 2. -P. 993-1002.

170. Yuan W. M., Crawford D. L. Characterization of Streptomyces lydicus WYEC108 as a potential biocontrol agent against fungal root and seed rots // Appl. Environ. Microbiol. 1995. - V. 61. - P. 3119-3128.

171. Zhang L., Liu S., Zhang J. et al. Identification of Actinomycetes producting activity of herbicide // Wei Sheng Wu Xue Bao. 1998. - V. 38. - P. 233-236.

172. Zheng Z., Zeng W., Huang Y., Li J., Cai H., Su W. Detection of antitumor and antimicrobiol activities in marine organism associated actinomycetes isolated from the Taiwan Strait, China // FEMS Microbiol. Lett. 2000. - V. 188. No. l.-P. 87-91.

173. Примечание: MA 1 минеральный агар 1, ВМ - воздушный мицелий, СМ - субстратный мицелий, МП - меланоидный пигмент, РП - растворимый пигмент.

Информация о работе

Теркина, Ирина Анатольевна
кандидата биологических наук
Иркутск, 2004
ВАК 03.00.16

Диссертация

Актиномицеты рода Streptomyces и рода Micromonospora в микробном сообществе озера Байкал - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы