Углерод-концентрирующий механизм как компонент адаптации экстремально натронофильной цианобактерии `Euhalothece natronophila` к существованию в содовых озёрах

Самылина, Ольга Сергеевна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Углерод-концентрирующий механизм как компонент адаптации экстремально натронофильной цианобактерии `Euhalothece natronophila` к существованию в содовых озёрах
ВАК РФ 03.00.07, Микробиология

Автореферат диссертации по теме "Углерод-концентрирующий механизм как компонент адаптации экстремально натронофильной цианобактерии `Euhalothece natronophila` к существованию в содовых озёрах"

На правах рукописи

003460412

Самылина Ольга Сергеевна

Углерод-концентрирующий механизм как компонент адаптации экстремально натронофильной цианобактерии 'ЕикаШкесе пМгопорЬИа' к существованию в содовых

озёрах

специальность 03.00.07 - микробиология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата биологических наук

Москва, 2008

003460412

Работа выполнена на кафедре микробиологии биологического факультета Московского Государственного Университета им. М.В. Ломоносова и в Институте микробиологии им. С.Н. Виноградского РАН в лаборатории реликтовых микробных сообществ, г. Москва.

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ: доктор биологических наук профессор

Ивановский Руслан Николаевич

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ: доктор биологических наук, профессор

доктор биологических наук

Пронина Наталия Александровна Горленко Владимир Михайлович

ВЕДУЩЕЕ УЧРЕЖДЕНИЕ: Санкт-Петербургский Государственный

Университет, биолого-почвенный факультет

Защита диссертации состоится «08» декабря 2008 г. в 12.00 ч. на заседании Диссертационного совета Д.002.224.01 в Институте микробиологии им. С.Н. Виноградского РАН по адресу: 117312 г. Москва, Пр-т 60-летия Октября, д. 7, к. 2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института микробиологии им. С. Н. Виноградского РАН

Автореферат разослан 20О8 г.

Учёный секретарь Диссертационного совета, кандидат биологических наук

Т.В. Хижняк

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Специфика жизни в содовых озёрах связана, в первую очередь, с гидрохимическими особенностями таких местообитаний. Два важнейших фактора, действующие на организмы содовых озёр - это щёлочность и pH, обусловленные, соответственно, концентрацией и соотношением НСОз'/СО/'-анионов.

Микроорганизмы в местообитаниях с высокой солёностью (в том числе, щёлочностью) подвержены особым стрессовым факторам, таким как ионная сила и ионный состав, что обуславливает необходимость формирования у них особых приспособительных механизмов, таких как осмоадаптация и натрий-зависимая энергетика (Питрюк и др., 2004). Кроме того, важную фундаментальную проблему представляет собой организация и функционирование углерод-концентрирующего механизма (ССМ) у галоалкалофильных (натронофильных) цианобактерий из содовых озёр, поскольку эти организмы в отличие от пресноводных и морских цианобактерий обитают в принципиально отличных по содержанию неорганического углерода (Снсорг) условиях, характеризующихся экстремально высоким содержанием Снеорг- Поэтому становятся актуальными следующие вопросы. Обладают ли натронофильные цианобактерии полноценным ССМ? Каковы особенности ССМ этих организмов, отличающие его от ССМ пресноводных и морских форм? Является ли ССМ натронофильных цианобактерий важным механизмом адаптации к условиям существования? Насколько он функционально значим в условиях содовых озёр с высокой концентрацией карбонатов? Все эти вопросы на данный момент открыты.

ССМ цианобактерий в настоящее время вызывает большой интерес и активно изучается (Пронина, 2000; Marcus, 1997; Kaplan a. Reinhold, 1999; Moroney et al., 2001; Badger a. Price, 2003; Badger et al., 2006; Price et al., 2008), но, как правило, для исследований используются модельные штаммы цианобактерий (Badger a. Price, 2003; Badger et al., 2006; Price et al., 2008), которые исходно выделены из неэкстремальных мест обитания. В основном, это, пресноводные или морские нейтрофильные штаммы. Очень мало информации по функционированию ССМ у экстремофильных галоалкалофильных и натронофильных цианобактерий, хоть они довольно широко распространены в природе, а в геологическом прошлом нашей планеты, до появления эукариотических водорослей и растений, были основными первичными продуцентами (Заварзин, 2004).

В связи с этим актуальной задачей на данный момент является изучение углерод-концентрирующего механизма натронофильных цианобактерий включающего системы транспорта Снеорг внутрь клетки, карбоксисомы и карбоангидразы, обеспечивающих в совокупности клетки цианобактерий необходимым количеством С„еорг - главного субстрата для фотоавтотрофных организмов.

Цели и задачи работы. Целью данной работы было исследование экофизиологических особенностей штамма Z-M001 ('Euhalothece natronophila')

и углерод-концентрирующего механизма как возможного механизма адаптации одноклеточной экстремально натронофильной цианобактерии к жизни в карбонатных рассолах.

В соответствии с целью работы были поставлены следующие задачи:

1. Определить систематическое положение штамма Z-M001 по морфологическим и филогенетическим признакам.

2. Исследовать экофизиологические характеристики штамма Z-M001 ('Е. natronophila') как экстремального натронофила.

3. Выявить наличие у 'Е. natronophila' углерод-концентрирующего механизма (транспортных систем для Снеорг. карбоангидраз и карбоксисом) и особенности его функционирования в концентрированных карбонатных рассолах.

Научная новизна. Определено систематическое положение экстремально натронофильного штамма одноклеточной цианобактерии Z-M001, вошедшего по результатам анализа сиквенсов для гена 16S рРНК в филогенетическую группу Euhalothece ('Е. natronophila'), куда ранее входили только галофильные и галотолерантные штаммы. 'Е. natronophila' является облигатным натронофилом. По своим эколого-физиологическим характеристикам он сопоставим с экстремально алкалофильными органотрофными натронобактериями. Это означает что в природных биотопах, характеризующихся экстремально высоким содержанием соды, эти цианобактерии совместно с экстремально алкалофильными органотрофными натронобактериями могут осуществлять полноценный цикл углерода, включающий продукционную и деструкционную фазу. Впервые показано наличие всех компонентов ССМ (транспортных систем, карбоангидраз и карбоксисом) у экстремально натронофильной цианобактерии в концентрированных карбонатных рассолах и их зависимость от концентрации Снеорг в среде культивирования. Показано наличие трёх транспортных систем, различающихся кинетическими характеристиками и оптимумами действия. Исследована корреляция между образованием инволюционных форм 'Е. natronophila' и лимитированием по доступным формам С„Сорг-

Научно-практическое значение. Полученные результаты важны для понимания единого принципа устройства и функционирования ССМ цианобактерий из разных местообитаний, а также для выяснения особенностей ССМ, связанных с условиями обитания. В рамках актуалистической бактериальной палеонтологии полученные данные могут быть использованы для эволюционных построений и моделирования процессов с участием реликтовых цианобактерий, происходивших в геологическом прошлом нашей планеты.

Четвёртая международная научная конференция «Вулканизм, биосфера и экологические проблемы» (Туапсе, 2006); V Международная научно-практическая конференция молодых учёных по проблемам водных экосистем «Pontus Euxinus - 2007» (Севастополь, 2007); III международная молодёжная школа-конференция «Актуальные аспекты современной микробиологии» (Москва, 2007); Международная научная конференция и VII Школа по морской биологии «Современные проблемы альгологии» (Ростов-на-Дону, 2008); Международная конференция молодых учёных «Актуальные проблемы ботаники и экологии» (Каменец-Подольский, 2008).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 12 работ (4 статьи, 8 тезисов и материалов конференций), 1 статья находится в печати.

Структура диссертации. Диссертация состоит из разделов: Введение, Литературный обзор, Объект и методы исследований (включая раздел «Обоснование выбора объекта»), Результаты и обсуждение, Заключение, Выводы, Список литературы. Работа изложена на страницах

машинописного текста, включает ЗУ рисунков и таблиц; список

литературы содержит /^¿Р наименований.

ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Обоснование выбора объекта. В круг наших интересов вошли экстремально галофильные цианобактерии, поскольку абсолютное большинство детальных исследований ССМ цианобактерий посвящены пресноводным и морским организмам (Marcus, 1997; Kaplan а. Reinhold, 1999; Moroney et al., 2001; Badger a. Price, 2003; Badger et al., 2006; Price et al„ 2008). Исключение представляют работы по исследованию карбоангидраз галоалкалофильных цианобактерий, проводимые группой Н. А. Прониной в ИФР им. К.А. Тимирязева РАН в сотрудничестве с лабораторией реликтовых микробных сообществ Института микробиологии им. С.Н. Виноградского РАН (Дудоладова, 2005; Куприянова и др., 2003, 2004). Таким образом, исходной задачей работы было выбрать цианобактерию из экстремального местообитания, наиболее интересную в плане изучения особенностей ССМ. К объекту исследования мы предъявляли следующие требования: цианобактерия должна быть экстремально галофильной и быть натронофилом, то есть обитать в насыщенных рассолах солей. Желательно, чтобы организм был максимально простым морфологически, то есть одноклеточным без выраженных слизистых капсул.

Поэтому, своё внимание мы сконцентрировали на высокоминерализованных озёрах, с концентрацией солей выше, чем в море (то есть более 35%с). Поскольку значения pH в зоне развития цианобактерий в дневные часы за счёт активного фотосинтеза могут довольно сильно сдвигаться в щелочную сторону, нам были интересны высокоминерализованные озёра как карбонатного, так и хлоридного типа.

Нами были исследованы гиперсолёные хлоридные озёра как морского, так и континентального происхождения в Крыму и аталассофильные

карбонатные озёра Алтайского края. В Крыму были исследованы пять озёр с общей минерализацией до 360%о по рефрактометру в зависимости от сезона и места отбора проб, значениями рН от 7.4 до 9.9 в зависимости также от времени суток. Основным компонентом рапы является NaCl. Карбонаты присутствуют в незначительных количествах (от 0.1 до 1 г/л НСОз") и представлены, в основном, бикарбонатом. В Алтайском крае были исследованы озёра Танатары I-VI с минерализацией до 235%с по рефрактометру, значениями рН от 9.4 до 10.2 в зависимости от места отбора проб. Основными компонентами рапы этих озёр являются Na2C03+NaHC03 и NaCl.

Наиболее галофильные одноклеточные цианобактерии были обнаружены нами в гиперсолёных озёрах Крыма. Однако, в озёрах, изученных нами, концентрация НСОз" не поднималась выше 1 г/л. В наиболее же интересном Кояшском озере, где были обнаружены экстремофильные одноклеточные цианобактерии, развивающиеся непосредственно под осадком соли, карбонатная щёлочность составляла не более 0.3 г/л НСОз" (0.03%), что примерно соответствует естественной атмосферной концентрации.

В планктоне содовых озёр Танатар с высокой минерализацией одноклеточных цианобактерий нами обнаружено не было, в то время как работа с нитчатыми формами, типичными для центрально-азиатских озёр (Еленкин А.А., 1936; Герасименко и др., 1996), представляла бы ряд дополнительных методических трудностей.

Из широко исследуемых содовых озёр, наиболее известным высокоминерализованным по NaCl и Na2C03+NaHC03 (вплоть до насыщения) является озеро Магади в Кении. Для этого озера характерно массовое развитие в первую очередь планктонных форм цианобактерий, нитчатых и одноклеточных (Дубинин и др., 1995). Таким образом, интересной оказалась возможность выделить экстремофильную одноклеточную планктонную цианобактерию из проб, привезённых ранее Г. А. Заварзиным из озера Магади.

Выделение экстремально алкалофильной одноклеточной цианобактерии. Объект исследования. Пробы воды с обильным развитием трихомных цианобактерий из оз. Магади были отобраны Г.А. Заварзиным в 1992 г. Первичное описание сообщества цианобактерий из этих проб дано в работе Дубинина с соавт. (1995). Этим материалом был засеян цилиндр Виноградского объёмом 1 л, содержащий бессульфатную среду, имитирующую состав воды озера и насыщенную карбонатами (200 г/л). Сообщество поддерживалась в течение нескольких лет с пополнением испаряющейся воды дистиллированной. За этот период состав биоценоза изменился, и доминирующим организмом стала одноклеточная кокковидная цианобактерия. Такое изменение состава биоценоза согласуется с экологическим правилом Тинеманна об уменьшении биоразнообразия в экстремальных условиях с обильным развитием одного вида.

Накопительные культуры алкалофильной одноклеточной цианобактерии были получены при высеве из цилиндра Виноградского на среду с насыщением содой. Альгологически чистая культура цианобактерий была получена при

пересеве материала из накопительных культур на ту же среду и выделении методом разведений. Культура получила обозначение штамм Z-M001.

Определение систематического положения штамма Z-M001 по морфологическим признакам проводили с помощью определителей (Голлербах и др., 1953; Komärek a. Anagnostidis, 1999).

Филогенетическое определение систематического положения штамма Z-M001 проводил В. Н. Акимов в ИБФМ им. Г.К. Скрябина РАН (г. Пущино). Для определения нуклеотидной последовательности гена 16S рРНК штамма Z-М001 выделение ДНК проводили фенольным методом (Ausubel et al., 1994), амплифицировали с универсальными эубактериальными праймерами 27f и 1492г почти весь ген 16S рРНК на приборе GeneAmp PCR System 2700 (Applied Biosystems, США) и проводили секвенирование амплифицированного фрагмента гена 16S рРНК на автоматическом секвенаторе CEQ2000 XL (Beckman Coulter, США) в соответствии с предлагаемой фирмой инструкцией. Для нахождения близкородственных организмов к штамму Z-M001 использовали банк генов центра биологической информации (NCBI -http://www.ncbi.nlm.nih.gov). Построение филогенетического дерева производили с помощью пакета программ TREECON (Van de Peer а. De Wächter, 1994).

Условия культивирования. Для выращивания культуры использовали стандартную среду «М» следующего состава (г/л): №2СОз - 100, NaCl - 50, KCl - 2, Na2S04 - 1.4, KN03 - 2.5, K2HP04-3H20-0.5, FeCl3 - 0.0003, ЭДТА -0.0005, 1 мл раствора микроэлементов А5 состава (г/л): Н3ВО3 - 2.86, MgCl2-6H20 - 1.81, ZnS04-7H20 - 0.222, Na2Mo04-2H20 - 0.39, CuS04-5H20 -0.079, Co(N03)2-6H20 - 0.0494. pH 10-10.5.

В зависимости от задач эксперимента культуру выращивали либо в плоскодонных конических колбах на 250 или 50 мл, либо в пробирках на 10 мл на шейкере при 130-140 об/мин, температуре 35 °С, освещённости 2000 люкс. Опыты проводили в трёх повторностях.

Оптическую плотность культуры определяли при длине волны 683 нм (0D683) на спектрофотометре Hitachi 200-20.

Содержание белка в исследуемой суспензии клеток определяли, измеряя оптическую плотность культуры (OD6S3), и пересчитывали на содержание белка (в мкг/мл суспензии) с помощью экспериментально установленного коэффициента 70.6. Белок для этого определяли по Лоури.

Экспериментальные условия культивирования. Для выяснения зависимости урожая биомассы и морфологии клеток от осмотических характеристик и соотношения солей культуру выращивали при разных концентрациях Ыа2СОз (от 0 до 200 г/л с шагом 20 г/л) и NaCl (от 0 до 100 г/л с шагом 25 г/л). Для всех вариантов устанавливали начальное значение pH 10.5.

Для изучения способности культуры расти в безнатриевой среде заменяли эквимолярно Na2C03 и NaCl на К2С03 и KCl. Влияние концентрации ионов натрия в среде на рост цианобактерии оценивали для трёх концентраций Na2C03: 0.2, 0.4 и 0.6 М. В каждом варианте изменяли содержание Na+,

добавляя ИаС1. Концентрацию Ыа+ определяли как суммарный натрий из Ыа2СОз и ИаС1. Для всех вариантов устанавливали начальное значение рН 10.5.

Для выяснения зависимости урожая биомассы и морфологии клеток от значений рН среды культуру выращивали на средах с 1 и 0.1 М общего карбоната (Иа2СОз + ИаНСОз) при значениях рН 8, 9, 10 и 11 и сохранении эквимолярности сред за счёт добавления необходимого количества КаС1.

Урожай биомассы (по белку) и морфологию клеток оценивали на 7 сутки культивирования.

Для определения влияния концентрации карбоната на фотовыделение 02 и фиксацию С02 цианобактерией изменяли его концентрацию в среде, параллельно изменяя и концентрацию ШС1 с тем, чтобы сохранить общую молярность среды равную 2.8 М и избежать осмотического шока клеток. Далее на иллюстрациях будет указываться лишь концентрация (№2СОз+ЫаНСОз), подразумевая, что общая молярность среды сохраняется.

Опыты проводили с 3-суточной культурой, выращенной на стандартной среде «М» и находящейся в начале экспоненциальной фазы роста. Клетки отделяли от среды центрифугированием (15 мин, 6000£), предварительно разбавив культуру водой в 2 раза для улучшения условий осаждения. В качестве источника освещения использовали лампу накаливания. Освещённость измеряли люксметром.

Фотовыделение кислорода измеряли полярографически с использованием электрода Кларка. Отцентрифугированные клетки ресуспендировали в среде до плотности 50-60 мкг белка/мл. Затем инкубировали суспензию 10-15 мин на свету, после чего вакуумированием удаляли избыток растворённого кислорода и помещали её в полярографическую ячейку. Между источником освещения и ячейкой устанавливали водяной фильтр, чтобы избежать нагревания суспензии и электрода во время опыта.

Измерение фиксации Н14СОз" проводили в планшете для иммунологических реакций с лунками объемом 2 мл. В лунку добавляли 500 мкл среды с необходимой концентрацией ИаНСОз и ИаС1 и 50 мкл суспензии клеток (с плотностью около 5 мг белка/мл), ресуспендированной в 10% р-ре №С1 (1.7 М), выдерживали клетки 15 мин. на свету и начинали фиксацию добавлением 10 мкл р-ра Н14СОз~ (0.04 мБк). Затем инкубировали клетки 30 мин при заданной интенсивности света. Между планшетом и источником освещения устанавливали водяной фильтр, чтобы избежать интенсивного испарения среды и перегрева клеток во время опыта. После инкубации 500 мкл суспензии из лунки отфильтровывали через нитроцеллюлозные фильтры с диаметром пор 0.45 мкм, промывали 10%-ным р-ром №С1, подсушивали на воздухе и помещали в сцинтилляционные флаконы с 7 мл универсальной сцинтилляционной жидкости (Эколюм).

Значение рН среды устанавливали, изменяя соотношение Ыа2СОз и ИаНСОз. В отдельных случаях доводили до нужного значения рН концентрированными растворами НС1, ЫаОН и КОН.

Значение pH определяли комбинированным стеклянным электродом на рН-метре-иономере «Эксперт-001» непосредственно в среде, без разбавления образца.

Определение соотношения форм НСО3' и СО32' в средах проводили титрометрическим методом (Лурье, 1984).

Кинетические характеристики транспортных систем (Ks 0.5 и Vmax) определяли, используя уравнение Лайнуивера-Бэрка.

Активность карбоангидразы (КА) определяли электрометрически по изменению концентрации Н+ в реакции гидратации диоксида углерода (Wilbur a. Andersen, 1948) с помощью рН-метра М-901 с высокочувствительным микроэлектродом и самописцем М-951 (Orion Research, США). Активность К А рассчитывали по разнице начальной скорости гидратации С02 в контроле (неферментативная реакция) и в образце, и выражали в условных единицах Вильбура-Андерсена на мг белка.

Электрофорез и иммунодетекция. Электрофоретическое разделение белков проводили в денатурирующих условиях в 12% ПААГ, используя стандартную методику (Laemmli, 1970). Количество нанесенного белка составляло 20 мкг на дорожку геля.

Для вестерн-блот-анализа пользовались протоколом Bio-Rad Laboratories и набором стандартных реагентов. В качестве первичных антител использовали афинно-очищенные антитела к а-КА из Chlamidomonas reinhardtii (cah3) и к ß-КА из Соссотуха sp. в качестве вторичных антител использовали антитела, конъюгированные с пероксидазой хрена (Amersham). Специфическое связывание визуализировали, используя хемилюминесцентные субстраты (ECL, Amersham).

Световая и трансмиссионная электронная микроскопия (ТЭМ).

Морфологию и размеры клеток изучали в нативных препаратах («раздавленная капля») под световым микроскопом "CarlZeiss Axio Imager Dl".

Для ТЭМ клетки цианобактерий фиксировали 4% р-ром формалина на 0.1 M Na-P-буфере (pH 7.2-7.5). Ультратонкие срезы исследовали на трансмиссионном электронном микроскопе JEM JEOL Х-100 (Япония) в ИФР им. К.А. Тимирязева РАН (г. Москва).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Определение систематического положения штамма Z-M001 по морфологическим и филогенетическим характеристикам.

Культура штамма цианобактерии Z-M001 имела насыщенный зелёный цвет. Морфологически она была представлена круглыми клетками диаметром 2.7-4 мкм, как правило, одиночными или делящимися перегородкой на две дочерние клетки одинакового размера. Деление в двух взаимно-перпендикулярных плоскостях. В стационарной фазе отмечено образование микроколоний, состоящих из небольшого числа клеток. Активно растущие клетки либо не образуют слизь, либо имеют очень тонкий слой аморфной слизи вокруг клетки.

0.02

100| Euhalothece sp. MPI N303 (AJ0007I2)

92] 79

73-Jffl

Euhalothece sp. MPI 96N304 (AJ000713) Euhalothece sp. MPI 95AH13 (AJ000710) Клон LL15B (EF106408) Euhalothece sp. MPI 95AH 10 (AJ000709) Клон WN-HWB-191 (DQ432359) Euhalothece sp. Z-M001 (EU628548) Cyanothece sp. PCC 7418 (AJ000708)

— Cyanothece sp. 113 (DQ243689)

Dactylococcopsis salina PCC 8305 (AJ0007U)

-Synechococcus sp. PCC 7002 (AJ000716)

-Microcystis aeruginosa PCC 7941 (U40340)

- Gloeothece membranacea PCC 6501 (X78680) -Cyanothece sp. PCC 7424 (AJ000715)

- Stanieria cyanosphaera PCC 7437 (AF132931)

Рис. 1.

Филогенетическое дерево,

показывающее положение штамма г-М001 среди одноклеточных цианобактсрий. На дереве

представлены также некультивируемые цианобактерии, обнаруженные в клоновых библиотеках генов 165 рРНК, выделенных непосредственно из природных образцов (0(2432359 и ЕР106408).

На основании анализа нуклеотидной последовательности длиной 1295 нуклеотидов для гена 16S рРНК штамма цианобактерии Z-M001, наиболее близкими культивируемыми и некультивируемыми (из клоновых библиотек) организмами, по результатам поиска в ГенБанке, оказались представители ещё неузаконенной, но широко исследуемой (Burns et al., 2004; Garcia-Pichel et al., 1998; Kedar et al., 2002; Margheri et al., 1999; Mesbah et al., 2007; Nubel et al., 1997; Sahl et al., 2008; Turner et al., 2001) филогенетической группы одноклеточных кокковидных галофильных цианобактерий Euhalothece с уровнями гомологии 97-98% (рис. 1).

Ряд одноклеточных экстремально галотолерантных и галофильных цианобактерий был выделен Garcia-Pichel с соавторами (Garcia-Pichel et al., 1998) в кластер Halothece на основание филогенетических, морфологических и физиологических признаков. Субкластер Euhalothece выделен в пределах кластера Halothece как группа очень близких штаммов с различиями в нуклеотидных последовательностях генов 16S рРНК не более 5% (Garcia-Pichel et al., 1998). Однако, таксономическое и номенклатурное положение этих групп до сих пор остаётся неузаконенным, и название Euhalothece не включено в список узаконенных таксонов цианобактерий

(http://www.cyanodb.cz/valid_genera), соответствующий требованиям как Ботанического, так и Бактериологического Кода (Komârek a. Anagnostidis, 1999; Bergey's Manual..., 2001).

Среди культивируемых представителей кластера Euhalothece к штамму Z-М001 наиболее близки штаммы MPI 95АН13 и MPI 95АН10 (Garcia-Pichel et al., 1998). Среди некультивируемых представителей субкластера Euhalothece

наиболее близки организмы, представленные в клоповых библиотеках в работах (Mesbah et al„ 2007; Sahl et al., 2008).

В настоящее время известно, по крайней мере, 45 клонов и штаммов, принадлежащих субкластеру Euhalothece. Все известные штаммы Euhalothece ранее были выделены из гиперсолёных водоёмов по всему миру (Niibel et al., 1997; Garcia-Pichel et al., 1998; Margheri et al., 1999; Turner et al., 2001; Kedar et al., 2002; Burns et al., 2004). Только четыре из них (Mesbah et al., 2007) обнаружены молекулярно-биологическими методами в природных образцах осадков щелочных гиперсолёных озёр впадины Вади-Натрун (Египет) с рН 8.59.8, но и в этих озёрах преобладающей солью является NaCl (до 30% в/о). Таким образом, в субкластер Euhalothece вошли экофизиологически близкие штаммы. Все они были экстремально галотолерантными, требуя как минимум 1.5-6% NaCl и NaClonT от 6 до 25%. Штамм Euhalothece sp. Z-M001 отличается от всех изученных штаммов Euhalothece по эколого-физиологическим характеристикам, так как выделен из содового озера Магади, характерной особенностью которого является высокая (вплоть до насыщения) концентрация не только NaCl, но и №гСОз. Чтобы подчеркнуть это отличие, штамм Z-M001 был назван нами 'Euhalothece natronophila'.

По морфологическим признакам с использованием классических альгологических определителей (Голлерабах и др., 1953; Komarek а. Anagnostidis, 1999) штамм Z-M001 может быть определён как Synechocystis salina Wislouch 1924. По микробиологической систематике (Bergey's Manual..., 2001), которая также основана в большой степени на морфологических особенностях организма, штамм Z-M001 можно отнести к «группе культур» Synechocystis (form-genus XIV).

Если соотносить морфологическую и филогенетическую идентификацию, то оказывается примечательным, что в субкластер Euhalothece вошли штаммы, близкие экофизиологически, но принадлежащие по ботанической классификации (Komarek a. Anagnostidis, 1999) не только к разным родам, но и разным семействам: Synechococcaceae и Хепососсасеае, а штамм Z-M001 относится к третьему семейству - Merismopediaceae.

Таким образом, морфологическое и филогенетическое определения систематического положения штамма Z-M001 не совпадают. Приоритетным в микробиологических исследованиях в настоящее время является филогенетическое определение, поэтому в данной работе мы придерживались именно его. В то же время, следует отметить ряд особенностей штамма Z-M001 СЕ. natronophila'), которые экологически выделяют его из филогенетической группы Euhalothece.

Экофизиологические характеристики 'Е. natronophila' как экстремального натронофила.

Главными факторами, имеющими значение для организмов, обитающих в содовом озере, являются общая концентрация солей, щёлочность (концентрация карбонатов), концентрация Na+ и рН. Эти параметры связаны между собой и подвержены периодическим изменениям, в частности с

Рис. 2. Соотношение форм Снеорг в зависимости от рН: сравнение теоретического распределения по уравнению Гендерсона-Хассельбаха с реальным распределением в среде «М».

Уравнение Гендерсона-Хассельбаха: [СОз2]

рН=рК2 + 1в -

[НСОз]

Рис. 3. Зависимость роста 'Е. natronophila' от содержания карбонатов в среде. Исходное значение рН во всех вариантах устанавливалось 10.5; уменьшенную концентрацию NaíCOa компенсировали добавлением NaCl до конечной молярности среды 2.8 М Na+. После 13 суток во всех вариантах начинается фаза отмирания.

сезонными циклами распреснения и засоления. Так, при распреснении содовых водоёмов в период дождей происходит снижение концентрации бикарбоната и уменьшение буферной ёмкости среды обитания, в которой карбонат является основным буферным компонентом, что в открытых системах сопровождается также снижением значения рН за счёт гидратации атмосферного СОг: С02+ Н20 —»НСОз"+ Н+. Снижение буферной ёмкости, в свою очередь, приводит к тому, что изменение значений рН под действием биогенных (например, фотосинтетическая активность) факторов становится значительнее, нежели в концентрированных растворах. По литературным данным в природных условиях в сезон дождей может происходить уменьшение значения рН содовых озёр на величину до 2.5 единиц (Alcocer et al., 1999; Oduor et al., 2003).

Кроме того, значение рН в карбонатных растворах связано с соотношением ионных форм СОз2" и НСОз" (рис. 2), а также с общей солёностью среды (Сонненфельд, 1988), переставая напрямую подчиняться уравнению Гендерсона-Хассельбаха. Концентрирование рассола выражается в том, что при том же самом значении рН происходит значительное снижение концентрации НСОз относительно СОз2". Так, при рН 10 и концентрации карбонатов 1 М в среде отсутствует СОг, а весь Сне0рг представлен формами НСОз" и СОз2", из

время, сутки

которых на долю СОз- приходится 80-90% в зависимости от общей солёности (рис. 2), и таким образом, реальная концентрация доступного для транспорта карбоната в форме НСОз" составляет всего около 100-200 тМ. При рН 9.0 она составляет уже порядка 600 шМ.

Таким образом, представляется весьма вероятной возможность того, что в различные периоды годового цикла алкалофильные цианобактерии содовых озёр могут оказываться в принципиально разных окружающих физико-химических условиях. Нашей задачей было выяснить экофизиологические характеристики 'Е. natronoph.Ua', отражающие особенности существования в содовых озёрах.

По кривым роста на средах с разным содержанием карбонатов (но с сохранением общей молярности среды) видно, что уменьшение концентрации карбоната в среде приводит к снижению биомассы в стационарной фазе (рис. 3). Это позволило нам определять оптимальные условия роста по урожаю биомассы.

Как видно из рис. 4, 'Е. natronoph.Ua' легко адаптируется к снижению рН среды обитания. При стандартной концентрации карбонатов 1 М 'Е. natronoph.Ua' хорошо развивается в пределах рН от 8.0 до 10.0 с максимумом при рН около 10.0. При разбавлении среды в 10 раз (0.1 М С03 +НС03\ 2.8 М Ыа+) область развития культуры сдвигается в кислую сторону с оптимумом рН при 9.0. Рост отсутствует при рН 7.2 и 11.0. Таким образом, 'Е. паКопорЫЬ' является алкалофильным организмом.

белок, мкг/мл

160

20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 Ма2С03, г/л

Рис. 4. Урожай 'Е. natronoph.Ua' на 7 сутки при росте на средах с разным содержанием карбонатов и значениями рН.

Рис. 5. Урожай биомассы 'Е. паггопорИИа' на 7 сутки в матрице концентраций №С1 и карбонатов при исходном значении рН 10.5: 1) < 20; 2) 20-40; 3) 40-60; 4) 60-80; 5) 80-100; 6) 100-120; 7) 120-130 мкг белка/мл.

Вместе с тем, 'Е. natronophila' является облигатным натронофилом. По урожаю биомассы в матрице концентраций Na2C03 (0-200 г/л) и NaCl (0-100 г/л) установлено, что оптимальной для роста является весьма обширная область концентраций с общей минерализацией от 130 до 230 г/л Na2C03+NaCl (рис. 5, №5-7). При максимальных концентрациях эти величины близки к значениям, при которых происходит кристаллизация солей рапы.

Организм облигатно нуждается в карбонатах: рост культуры отсутствует в средах без добавления карбонатов (то есть при содержании, равновесном с атмосферным С02) даже при поддержании необходимого значения рН и эквимолярности среды по Na+ за счёт добавления NaCl. Максимально высокий урожай был получен при 180 г/л Иа2СОз в отсутствие СГ. В лабораторной культуре клетки 'Е. natronophila' в пересыщенном растворе с осадком троны (находясь непосредственно на кристаллах) способны оставаться жизнеспособными в течение полугода, давая хороший рост при последующем пересеве, что говорит о способности 'Е. natronophila' по крайней мере, переживать сезоны пересыщения рассола и выпадения кристаллов троны, сохраняя способность к активному росту. Эти данные свидетельствуют о том, что 'Е. natronophila' является экстремально натронофильной цианобактерией.

Рост 'Е. natronophila' облигатно зависит от содержания ионов Na+ в среде, и в безнатриевой среде невозможен. Так, замена №2СОз и NaCl на К2СОз и КС1 приводила к отсутствию роста, который в этих условиях начинался только при добавлении 0.7-1 М NaCl в среду, причём минимальная концентрация Na+, при которой начинался рост культуры, зависела от концентрации карбонатов в среде. При [С032~] = 0.2 М рост начинается при [Na+] = 0.81 М, а при [С032"] = 0.6 М роста не было вплоть до 1.13 М Na+, и начинался он только при 1.56 М Na+ (рис. 6). Вероятно, это связано с участием натрия в процессе конверсии энергии на цитоплазматической мембране и/или натрий-зависимым транспортом неорганического углерода.

Диапазон концентраций натрия, оптимальных для роста (рис. 5), широкий и составляет 1.94-4.26 М Na+. Слабый рост был и при наибольшей использованной нами минерализации среды 200 г/л Na2C03 + 100 г/л NaCl (рис. 5), что соответствует 5.5 М Na+.

Рис. 6. Влияние ионов Ыа+ на рост 'Е. пМюпоркИа' при разных концентрациях карбонатов в среде. Концентрация определялась как суммарный натрий из Ка2СОз и №С1.

Na*, М

Содовые водоёмы представляют собой эфемерные образования, для которых характерен переменный режим со значительными сезонными колебаниями концентраций неорганических солей. Тем не менее, в них развиваются автономные микробные сообщества с замкнутым циклом углерода. Типичной моделью развития микробных сообществ, принятой в литературе, является следующая. Опреснение озера происходит в сезон дождей, и тогда в нём идёт обильное развитие первичных продуцентов - планктонных и бентосных цианобактерий. Вторичными продуцентами в содовых озёрах являются аноксигенные фототрофы (АФБ), среди которых доминируют виды Ectothiorhodospira и представители семейства Chromatiaceae. По отношению к составу и концентрации солей большинство АФБ, выделенных из содовых озёр, относятся к галофилам и галоалкалофилам, реже - к галотолерантам и натронофилам (Горленко, 2007).

Согласно данной модели, с наступлением сухого сезона развитие цианобактерий подавляется засолением. Кроме того, возможна конкуренция с одноклеточными зелёными водорослями, такими как Chlorella minutissima и Dunaliella viridis, которые способны развиваться в концентрированных рассолах. В этот период происходит интенсивное развитие органотрофных микроорганизмов, осуществляющих деструкционную фазу развития биоты (Труды..., 2007; Заварзин, 1993). Эти микроорганизмы представлены анаэробными экстремально натронофильными бактериями

(целлюлозолитиками и сахаролитиками, а также вторичными анаэробами).

Из оз. Магади выделены натронофильные и галоалкалофильные сахаролитические облигатные и факультативные анаэробы, облигатно нуждающиеся в карбонат-ионах, способные развиваться при 3 М Na+ и выше, и приспособленные, таким образом, к существованию в условиях периодически пересыхающих содовых водоёмов или их частей (Жилина, 2001а). Это такие организмы, как например, Halonatronum saccharophilum ([Na+]onT = 1.4-2.3 М, [Na+]MaKc = 2.9 М), Amphibacillus fermentum ([Na+]0nr = 0.67-3.1 M, [Na+]MaKC = 3.3 M), A. tropicus ([Na+]onT = 1.0-1.87 M, [Na+]MaKC = 3.6 M) и др. (Жилина, 200la,б).

Экофизиологические особенности 'Е. natronophila' свидетельствуют о том, что эта цианобактерия приспособлена к жизни в насыщенных и пересыхающих карбонатных рассолах вплоть до выпадения твёрдой фазы. Таким образом, 'Е. natronophila' представляет собой облигатную экстремально натронофильную цианобактерию с оптимумами развития в концентрированных рассолах карбоната натрия. В природных условиях это может означать развитие цианобактерий и их активное функционирование как первичных продуцентов в содовых озёрах также и в засушливые периоды, одновременно с органотрофными микроорганизмами, осуществляющими деструкционную фазу.

Углерод-концентрирующий механизм (ССМ) 'Е. natronophila'.

ССМ цианобактерий включает следующие компоненты: 1) системы транспорта (ТС) С„СоРг внутрь клетки; 2) системы конверсии форм С„еоРг -

карбоангидразы (КА); 3) карбоксисомы. Чтобы определить наличие и функционирование ССМ у 'Е. natronophila' в концентрированных карбонатных рассолах, где концентрация С„е0рг значительно превосходит таковую в пресных и морских водах, нам необходимо было показать, во-первых, наличие всех трёх компонентов ССМ, а во-вторых, зависимость их функционирования (или количества) от изменения концентрации рассола.

1. Транспортные системы для Си^дг у Е. natronophila'.

Урожай биомассы коррелирует со скоростью фиксации СОг в зависимости от концентрации карбонатов (рис. 7). Это указывает на то, что основной причиной снижения биомассы, по-видимому, является снижение способности клеток к ассимиляции С02.

Поглощение карбонатов клетками цианобактерий осуществляется, как правило, при участии нескольких ТС, имеющих разные оптимумы pH (Kaplan а. Reinhold, 1999; Badger et al., 2006). Транспорт С„еоРг мы измеряли по скорости фиксации Н14С03" и коррелирующему с ней фотовыделению 02 в зависимости от pH (рис. 8). Эти процессы в клетках цианобактерий связаны напрямую, поэтому оба метода должны давать сходные и взаимоподтверждающие

мкмоль НС037(мин?/г белка)

0,08

0,5 1,0

Na,C03+NaHC0,, М

Рис. 7. Соотношение скорости фиксации СОг (1) и урожая клеток '£. пШюпоркИа' на 8 сутки (2) при разных концентрациях карбонатов. Измерения проводили при рН 10.

02, нмоль/(мин-мг 140

(а) мкмоль Н С03'/(мин-мг белка) ТС II

(б)

9,5 10 10,5 11 11,5 РН

Рис. 8. Скорость фотовыделения кислорода (а) и фиксации бикарбоната (б) клетками 'Е. пМгопорЫ1а' в зависимости от значения рН. ТС - транспортная система. 1 - 1 М №2С03+КаНС0з, 2 - 0.1 М Ка2С03+ЫаНС03,

результаты. Ранее было показано, что внутриклеточное значение рН у алкалофильных цианобактерий стабильно даже при значительном сдвиге рН среды (Куприянова и др., 2003). Таким образом, изменение значения рН в среде не должно заметно влиять на внутриклеточные метаболические процессы, а в первую очередь должно сказываться на процессах в околоклеточном пространстве и на транспорте карбоната, осуществляемого через транспортные системы, локализованные в цитоплазматической мембране клеток.

Измерение скорости фотовыделения кислорода и фиксации ССЬ в зависимости от рН клетками 'Е. пМгопорИИа' выявило, что эти два процесса осуществляются в границах рН, соответствующих границам роста цианобактерии в стандартной и разбавленной среде, и имеют три чётко выраженных оптимума (рис. 4 и 8). Это указывает на наличии у 'Е. natronoph.Ua', по крайней мере, трёх ТС для карбонатов. Наименее щелочной пик ТС I свидетельствует о наличии ТС с оптимумом действия при рН 8.5 (рис. 9). ТС II поддерживает транспорт карбонатов при средних значениях рН с оптимумом активности в области рН 9.4-9.5, ТС III - при более высоких с оптимумом действия при рН 9.9-10.2.

Обнаруженные транспортные системы различаются не только оптимумом рН но также сродством к субстрату и отношением к интенсивности света. Кинетические характеристики ТС I, II и III в интактных клетках, определённые по уравнению Лайнуивера-Бэрка, оказались следующими (рис. 9 и 10): ТС I с максимумом при рН 8.5 имеет К50.5 ~ 0.8-1 тМ т. е. обладает наиболее высоким сродством к карбонатам. ТС II с максимумом при рН 9.4-9.5 обладает средним сродством к карбонатам (К5 о.з ~ 13-17 тМ), а ТС III - низким (К5 0.5 ~ 600-800 тМ).

мкмоль Н,4С037(мин-мг белка)

0,008

0,000

0,003

0,001

0,002

0,004

0,007

0,005

0,006

Рис. 9. Скорость ассимиляции бикарбоната клетками 'Е. па1юпорЫ1а' в зависимости от его концентрации при значении рН 8.5-9 и освещённости 9 клюке. ▲ - область действия ТС I, Д - область действия ТС II. Опыт поставлен на клетках, выращенных при 0.15 М КагСОз+ЫаНСОз в среде и рН 9.0.

0 0,4 0,8 1,2 1,6 2 2,4 2,8

№2С03+ЫаНС03, тМ

Рис. 10. Скорость ассимиляции бикарбоната клетками 'Е. псИгопоркИа' в зависимости от его концентрации при освещённости 9 клюке: а) рН 9.3, ■ - область действия ТС II; б) рН 10.5, • - область действия ТС III. Опыт поставлен на клетках, выращенных при 1 М ИагСОз+КаНСОз в среде и рН 10.

мкмоль НС03'/(мин.мг белка) 0,07

0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 0,00

pH 10,5 0,15 М NazCOs

Рис. 11. Скорость ассимиляции бикарбоната клетками 'Е. natronophila' в зависимости от освещённости, значения pH и концентрации карбоната. Сплошная линия - ТС II, пунктирная линия - ТС III.

О г 4 6 8 1 0 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32

освещённость, клюке

Кроме того, ТС II и ТС III различаются по отношению к интенсивности света. Насыщение по свету для ТС III происходит при более низкой освещённости, нежели для ТС II (рис. 11). Увеличение освещённости в 15 раз (от 2 до 30 клюке) приводит к увеличению фиксации меченого бикарбоната при рН 10.5 (ТС Ш) в 1.9+0.2 раз, а при рН 9.3 (ТС II) - в 3.6+0.7 раз.

Исследуемая цианобактерия является представителем натронофильной микрофлоры озера Магади, которое характеризуется молярными концентрациями карбонатов (вплоть до насыщения), тогда как в пресноводных и морских экосистемах их содержание не превышает 2 шМ. Поэтому в таких экосистемах цианобактерии для обеспечения эффективной работы рибулозобисфосфаткарбоксилазы синтезируют до 5 транспортных систем, с различным сродством к Сне0рг (Кяо.з)- Как правило, транспортные системы с высокой субстратной специфичностью у пресноводных и морских цианобактерий индуцибельны и синтезируются при снижении концентрации карбонатов в среде до уровня ниже 40 мкМ, поддерживая скорость

Табл. 1. Сравнение транспортных систем для бикарбоната у

экстремально алкалофильной цианобактерии 'Е. natronophila'.

Характеристика ТС I ТС II ТС III

рНопх 8.5 9.4-9.5 9.9-10.2

Насыщение при освещённости н/д >10 клюке <10 клюке

Концентрация карбонатов для Утах, М ок. 0.002 0.15 >1

Утах, мкмоль НСОз"/(мин мг белка) н/д 0.014-0.025 0.035-0.077

0.5, тМ 0.8-1 13-17 600-800

н/д - нет данных

поступления карбонатов в клетки на уровне, достаточном для эффективного функционирования рибулозобисфосфаткарбоксилазы (Badger et al., 2006). Результаты, представленные на рисунках 8-11 показывают, что транспорт карбонатов в клетки 'Е. natronophila' осуществляется при участии, по крайней мере, трёх транспортных систем. Они различаются по оптимуму рН и кинетическим характеристикам (табл. 1). Одинаковый характер зависимости фотовыделения кислорода при 1 и 0.1 М карбонатов в среде (рис. 86), по-видимому, свидетельствует о том, что все три ТС у 'Е. natronophila' являются конститутивными.

Следует отметить, что обнаруженные нами транспортные системы у 'Е. natronophila' радикально отличаются от исследованных ранее транспортных систем пресноводных и морских цианобактерий сродством к переносимому субстрату (табл. 1). Для 'Е. natronophila' сродство (Ks0.5) транспортных систем к субстрату в интактных клетках существенно ниже и колеблется в пределах от 1 шМ (TCI) до 800 шМ (TCIII), т.е может быть на три порядка ниже, чем у пресноводных и морских цианобактерий, где эта величина (Ks 0.5) колеблется в пределах от 1 до 350мкМ (Badger et al., 2006; Price et al., 2008). Очевидно, это является следствием того, что для содовых озёр содержание неорганического углерода в среде на несколько порядков выше, чем в пресноводных и морских местообитаниях, где основным источником бикарбоната является находящийся в равновесии с атмосферным С02.

Наличие трёх различных транспортных систем у натронофильной цианобактерии предположительно объясняется тем, что обитателям содовых местообитаний, в особенности эфемерных водоёмов, приходится сталкиваться с колебаниями концентрации карбонатов и рН при сезонных опреснениях в дождливые периоды. В период максимального опреснения значение концентрация карбонатов снижается и как следствие рН среды может сдвигаться в сторону подкисления (Alcocer et al., 1999; Oduor et al., 2003). В этот период основными транспортными системами становятся ТС I, обладающие более низкими оптимумами рН (8,5 - 9,0) и более высоким сродством к субстрату, чем ТС II и Ш. Максимальное распреснение может наблюдаться как в озере в целом, так и в отдельных его частях - лагунах или в поверхностном слое, из-за медленного смешивания дождевой пресной и озёрной концентрированной воды во время дождя. В засушливый период концентрация карбонатов в озере повышается, что сопровождается

повышением значения рН. В таких условиях более эффективной становится ТС II и, затем, ТС 1П в период максимального засоления (табл. 1).

2. Карбоангидразы (КА) и карбоксисомы у 'Е. natronophila'.

Карбоангидраза - это цинксодержащий фермент, участвующий в разных стадиях работы С02-концентрирующего механизма - поглощении, предотвращении утечки и внутриклеточном преобразовании Снсорг. Специфической реакцией, которую осуществляет КА, является обратимая гидратация углекислого газа по следующему уравнению:

C02 + H20 н+ + нсо3\

Интактные клетки 'Е. natronophila', выращенные при 1 М карбонатов в среде, обладают довольно низкой (на уровне разрешения используемого метода измерения) КАА в сравнении с другими цианобактериями содовых озёр (табл. 2). Кроме того, карбоангидразная активность целых клеток 'Е. natronophila' не изменяется в зависимости от выращивания клеток на высоких (1 М) или низких (0.1 М) концентрациях карбонатов. Это может быть интерпретировано как отсутствие внеклеточной KA 'Е. natronophila', как и у гидрогенотрофного сульфатредуктора Desulfonatronum lacustre со сходной активностью интактных клеток (Питрюк и др., 2006; табл. 2). Физиологическую роль внеклеточных КА цианобактерий в настоящее время сводят к стабилизации околоклеточного значения рН и предотвращению утечки С02 из клеток по градиенту рН путём конверсии его в НС03~, который является субстратом для транспортных систем (Kupriyanova et al., 2007). В то же время значимость этих функций в содовых рассолах требует дальнейшего подтверждения, поскольку такие рассолы являются концентрированными и сильными буферными системами со щелочными значениями рН, что должно обеспечивать, с одной стороны,

Табл. 2. Карбоангидразная активность (КАА) интактных клеток 'Е. па1гопор}1Иа' в сравнении с другими микроорганизмами содовых озёр_

Организм Условия культивирования КАА, у.е./мг белка Лит. ист-к

Концентрация карбонатов в среде рН

'Euhalothece natronophila' 1 М Na2C03 10.5 0.025-0.28 Собственные данные

0.1 MNa2C03 10-10.5 0.05-0.227

Rhabdoderma lineare 0.16MNaHC03 9.5-9.8 2.41+0.19 Dudoladova et al., 2004

Microcoleus chthonoplastes 0.16 М NaHC03 9.5-10.2 5+0.2 Куприянова и др., 2004

Desulfonatronum lacustre 0.03 М Na2C03 + 0.12 М NaHC03 (на водороде) 9.5 0.33 Питрюк и др., 2006

стабильность рН околоклеточного пространства, а с другой - быстрое химическое превращение вышедшего из клетки С02 в НСОз". Таким образом, отсутствие внеклеточной KA у 'Е. natronophila' представляется естественным и связанным с экологическими особенностями местообитания и условиями культивирования.

Однако, как свидетельствует результаты вестерн-блот анализа с антителами к цитозольной КА из Соссотуха sp., KA обнаруживается после разрушения клеток, что свидетельствует о наличии внутриклеточной карбоангидразы у 'Е. natronophila'. Она относится к классу [3-карбоангидраз (рис. 12в), которая у цианобактерий (в частности, у одноклеточной алкалофильной цианобактерии Rhabdoderma lineare из оз. Магади) локализована на внутриклеточных мембранах (Дудоладова, 2005). а-КА, обнаруженная ранее в гликокаликсе и околоклеточном пространстве у R. lineare (Дудоладова и др., 2004) и алкалофильного штамма Microcoleus chthonoplastes (Куприянова и др., 2004), у 'Е. natronophila' не выявлена (рис. 126).

Уменьшение содержания карбонатов в среде выражается в синтезе дополнительных белков в клетках 'Е. natronophila', что хорошо видно на общем белковом электрофорезе (рис. 13а). Как оказалось, одним из белков, содержание которого заметно увеличивается уже при концентрации Na2CÜ3 0.8 М, является (3-КА (рис. 136), что коррелирует с биогенезом карбоксисом. При понижении концентрации карбонатов до 0.5 М уже на вторые сутки инкубирования начинается образование карбоксисом в клетках 'Е. natronophila', а на третьи сутки оно становится массовым (рис. 146), что соответствует началу экспоненциальной фазы роста культуры (рис. 4). В контрольных клетках, выращенных на 1 М Na2C03, карбоксисомы присутствуют в небольших количествах, как правило, от 0 до 2 карбоксисом на срез клетки (рис. 14а).

Белковый профиль

кДа метчик Chi Euhal

а-карбоангидраза хД> ыетчш СЫ Euh

97 -66 -

45 -

зо rzr I

ß-карбоангидраза

кДа метчик СЫ Euhal 97 -66 -

20,1 ЧП» М- 20,1 - 20.1-

щт

ЩШ (а) »4,4 - (б) 144 - >. (в)

Рис. 12. Идентификация КА в клетках 'Е. natronophila', выращенных при концентрации Na2C03 в среде 1М и pH 10-10.5: а) белковый профиль; б) вестерн-блот анализ с антителами к а-КА Chlamidomonas reinhardtii (anti-Cah3); в) вестерн-блот анализ с антителами к ß-KA Соссотуха sp. (and-^¡-Соссотуха). Chi - Chlamidomonas reinhardtii, Euh, Euhal - 'E. natronophila '.

Общий белок (3-карбоангидраза

кДа Мет Концентрация №2СОЗ+ЫаНСОЗ, М кДа Мет Концентрация Ыа2СОЗ+МаНСОЗ, М

^.T 1.5 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.1 1.7 1.5 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.1

45 А«р .........." т^Е

шшш» « 45 -

§Ц 30

201Ч.

14.44»

щ 20

Шт№ ШШШ

(а) 14'4 (б)

Рис. 13. Зависимость содержания (3-КА в клетках 'Е. пМгопоркйа' от концентрации карбонатов в среде культивирования на 3 сутки: а) белковые профили (в лунки добавлено по 20 мкг белка суммарного гомогената); б) вестерн-блот анализ с антителами к Р-КА Соссотуха ер. (в лунки добавлено по 45 мкг белка суммарного гомогената). Мет - метчик.

Рис. 14. Карбоксисомы в клетках 'Е. паПопорЫШ.' а) 1 М №2СОз. В этих условиях карбоксисом, как правило, мало (0-2 на клетку) и они не достаточно контрастны, что, видимо, связано с их составом, но, тем не менее, легко опознаются по угловатой (часто гексагональной) форме; б) 0.5 М ЫагСОз. Карбоксисомы выделены пунктирными областями.

Таким образом, обнаруженная в клетках 'Е. пМгопорИИа' ¡3-КА, как и у других цианобактерий, по всей видимости, ассоциирована с карбоксисомами и выполняет функцию конверсии НСОз в СОг обеспечивая активность локализованной в этих структурах рибулозобисфосфаткарбоксилазы.

3. Функционирование углерод-концентрирующего механизма и полиморфизм 'Е. пШюпоркНа' .

Присутствие и карбонатная зависимость ТС, КА и карбоксисом в клетках 'Е. пМгопоркйа', говорит о наличии и функциональной значимости ССМ у экстремально натронофильной цианобактерии. Кинетические характеристики исследованных транспортных систем, поведение системы КА и карбоксисом при уменьшении концентрации карбонатов в среде указывают на то, что клетки 'Е. пШгопорИНа' в содовых озёрах в разных фазах засоления и опреснения

«в- -A.-, ml \ Шо % -

& * п % 6 -v Н

_ у <J а_ ^ — ° С5 У __ Щ

Рис. 15. Морфология клеток 'Е. natronophila', выращенных в разных условиях: а) 1 М Ыа2С03 и рН 10; б) 0.1 М Na2C03 и рН 10; в) 0.1 М Na2C03 и рН 9. Масштаб: риска - 5 мкм.

могут находиться в условиях лимитирования по доступным формам СНСорг, когда требуется активация ССМ. Взаимодействие ТС, различающихся рН0ПТ и Ks0.5» обуславливает транспорт бикарбоната в клетки 'Е. natronophila' в количествах, необходимых для нормального функционирования.

Если же возникают условия, неоптимальные для работы ТС, то клетки 'Е. natronophila' преобразуются в инволюционные. Эти изменения устойчивые и имеют чёткую корреляцию с доступностью нужного количества бикарбоната и способностью транспортировать его в клетку. Так, при рН около 10 и концентрации общего карбоната более 0.8 М клетки типичные круглые, до 4 мкм в диаметре (рис. 15а). Это область оптимальных условий для функционирования ТС П и ТС III (табл. 1), которые, взаимодействуя, обеспечивают клетки необходимым количеством бикарбоната. При уменьшении концентрации карбонатов в среде до 0.1 М (рН 10), клетки 'Е. natronophila' преобразуются в инволюционные - вытянутые утолщённые палочки неправильной формы размером до 10-17-(23) х 3,5-4 мкм (рис. 156). Вероятная причина этих изменений в том, что ни одна из ТС не может полноценно функционировать в этих условиях: ТС III лимитирована по субстрату, а ТС I и ТС II находятся в неоптимальных значениях рН, и соответственно не могут обеспечить клетки достаточным количеством СНСорг-

Если же при той же концентрации карбонатов в среде (0.1 М) установить значение рН 9, увеличив тем самым относительное содержание НСОз" и создав оптимальные условия для функционирования ТС II и ТС I, то клетки 'Е. natronophila' сохраняют в целом нормальную морфологию (рис. 15в).

Изучение закономерностей и причин формирования инволюционных форм важно, так как таксономическую принадлежность цианобактерий, особенно в гидробиологических исследованиях, до сих пор традиционно определяют по морфологическим характеристикам. В этом отношении накоплен очень большой материал (Голлербах и др., 1953; Komarek a. Anagnostidis, 1999). Поэтому зависимость морфологии культур цианобактерий от экологических условий представляет большую ценность для интерпретации описаний in situ. Как было показано для трёх монокультур натронофильных цианобактерий их морфологическое разнообразие при изменении солевого состава среды, может выходить за пределы принятых морфородов (Дубинин и др., 1995). Морфологическая изменчивость штамма Z-M001 также настолько велика, что в разных условиях может приводить к разным вариантам определения. Выращенный в разных условиях штамм Z-M001 может быть определён морфологически как виды трёх разных родов (Synechococcus, Synechocystis,

Rhabdoderma). Учитывая все эти особенности, следует осторожно подходить к идентификации одноклеточных цианобактерий in situ, когда нет возможности сделать генетический анализ, или, во всяком случае, специально оговаривать условия, при которых цианобактерии были обнаружены.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Экстремально галоалкалофильные микроорганизмы вызывают живой интерес для изучения, поскольку должны обладать уникальными свойствами, обусловленными условиями местообитаний. Активно исследуются механизмы осмоадаптации и энергообеспечения (Питрюк и др., 2004) таких микроорганизмов. Определённые успехи достигнуты в изучении галоалкалофильных цианобактерий содовых озёр: их разнообразия и экофизиологии (Дубинин и др., 1995; Герасименко и др., 1996), рН-гомеостаза и системы КА (Куприянова и др., 2003; Dudoladova et al., 2004, 2007). В то же время основная масса исследований, посвященных ССМ цианобактерий, производится с использованием модельных пресноводных или морских штаммов (Badger a. Price, 2003; Badger et al., 2006; Price et al., 2008). Таким образом, вопрос об организации и механизме работы ССМ экстремофильных натронофильных цианобактерий остаётся не решённым до конца.

В результате данной работы мы пришли к выводу, что экстремофильные натронофильные цианобактерии, такие как 'Е. natronophila', развивающиеся в концентрированных карбонатных рассолах при щелочных значениях рН, обладают полноценным ССМ, имеющим структуру и принципы функционирования, аналогичные таковым у изученных пресноводных и морских штаммов. Однако, в отличие от последних характеристики отдельных компонентов ССМ изменены. В основном это касается кинетических характеристик ТС. Сродство транспортных систем к неорганическому углероду у 'Е. natronophila' значительно ниже, чем у пресноводных и морских штаммов, что обусловлено экстремально высоким содержанием карбонатов в характерных для них местообитаниях. Кроме того, ССМ 'Е. natronophila' включает три транспортные системы для НСОз", что позволяет этим цианобактериям расти и поддерживать жизнеспособность в изменяющихся условиях, характерных для эфемерных содовых озер.

ССМ натронофильных цианобактерий является важным механизмом адаптации к условиям существования в содовых озёрах, поскольку гидрохимические параметры озера подвержены периодическим изменениям, в частности с сезонными циклами опреснения и засоления. При этом изменяется общая концентрация солей, а следовательно, концентрация Na+, карбонатов и рН. Несколько различных транспортных систем обуславливают адаптацию 'Е. natronophila' к изменяющимся условиям среды, обеспечивая клетку необходимым количеством неорганического углерода, который является главным субстратом для синтеза клеткой необходимых органических соединений.

выводы

1. На основании анализа нуклеотидной последовательности для гена 16Б рРНК штамм алкалофильной цианобакгерии Z-M00l был отнесён к субкластеру Еикакпкесе и назван 'ЕиИаШЬесе пШгопорИИа', чтобы подчеркнуть экологическое отличие от всех известных ранее штаммов субкластера.

2. 'Е. пШгопоркИа' представляет собой облигатную экстремально натронофильную цианобактерию с оптимумами развития в концентрированных рассолах карбоната натрия (1.7 М Ыа2С0з+ЫаНС0з,

1.94-4.26 М Ыа+, рН 10-10.5) и приспособленную, таким образом, к существованию в пересыхающем рассоле вплоть до начала выпадения твёрдой фазы. В природных условиях это может обуславливать развитие цианобактерий и активное функционирование их как продуцентов в засушливые периоды.

3. В клетках 'Е. пШгопорИИа' выявлены все компоненты углерод-концентрирующего механизма: транспортные системы, карбоангидразы и карбоксисомы, количество и функционирование которых зависит от концентрации карбонатов в среде.

4. Транспорт СНеорг в клетки 'Е. пмгопоркйа' обеспечивается, по крайней мере, тремя транспортными системами с различными свойствами: ТС I с рН0ЛТ 8.5 и К50.5 = 0.8-1 тМ; ТС II с рН0Пт при 9.4-9.5 и К50.5 = 13-17 шМ; ТС III с рНопт при 9.9-10.2 и К8 о.5 ~ 600-800 шМ. Взаимодействие этих транспортных систем обуславливает способность клеток 'Е. пШгопорНИа' функционировать в различные периоды годовых циклов содового озера.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО МАТЕРИАЛАМ ДИССЕРТАЦИИ:

Экспериментальные статьи:

1. Миходкж О.С., Герасименко Л.М., Шадрин Н.В., 2004. Отклик гидроэкосистемы Бакапьской косы (Крым) на климатические изменения: донные цианобактсрии. Морський еколопчний журнал, Т. III, №4, с. 41.

2. Миходюк О.С., Орлеанский В.К., Шадрин Н.В., Герасименко Л.М., 2005. Современные

циано-бактериальные маты как аналоги биоценозов докембрия. В сб. «Современная палеонтология: классические и новейшие методы», под ред. А.Ю. Розанова, A.B. Лопатина, П.Ю. Пархаева, М„ ПИН РАН, 15-28.

3. Миходюк О.С., Ивановский Р.Н., Заварзин Г.А., 2008. Транспортные системы для карбоната у экстремально натронофильной цианобактсрии Euhalothece sp. Микробиология, 77, №4,465-471.

4. Миходюк О.С., Герасименко Л.М., Акимов В.Н., Ивановский Р.Н., Заварзин Г.А., 2008.

Экофизиология и полиморфизм одноклеточной экстремально натронофильной цианобактерии Euhalothece sp. Z-M001 из озера Магади. Микробиология, 77, №6, 805813.

5. Шадрин Н.В., Миходюк О.С., Найданова О.Г., Волошко Л.Н., Герасименко Л.М., 2009. Донные цианобактерии соленых озер Крыма. В сб.: «Микроводоросли Черного моря: разнообразие, проблемы сохранения и биотсхнологического использования». Севастополь, Изд-во «Экоси-гидрофизика», в печати.

Тезисы и материалы конференций:

1. Mikhodyuk O.S., 2005. Diversity and production of cyanobacterial communities in saline lakes.

"Aquatic Ecology at the Dawn of XXI Century" Book of Abstracts (3-7 October), St-Petersburg, p. 64.

2. Миходюк O.C., Герасименко Л.М., 2005. Циано-бактериапьные сообщества солёных озёр

Крыма: разнообразие и сезонность развития. Материалы всероссийского симпозиума с международным участием «Автотрофные микроорганизмы», 21-24 декабря, М., Изд-во «Макс-Пресс», с. 57.

3. Герасименко Л.М., Миходюк О.С., 2006. Микробные сообщества экстремальных мест обитания. Сборник материалов четвёртой международной научной конференции «Вулканизм, биосфера и экологические проблемы», Туапсе, 65-66.

4. Миходюк О.С., Герасименко Л.М., Шадрин Н.В., 2007. Сравнительная характеристика разнообразия донных цианобакгерий в минеральных озёрах Крыма и Алтая. Тезисы V Международной научно-практической конференции молодых учёных по проблемам водных экосистем «Pontus Euxinus - 2007», 24-27 сентября, Севастополь, Изд-во «ЭКОСИ-Гидрофизика», 59-61.

5. Миходюк О.С., Ивановский Р.Н., Герасименко Л.М., 2007. Экофизиология экстремально

алкалофильной цианобактерии Euhalothece sp. из озера Магади (Кения). Тезисы III международной молодёжной школы-конференции «Актуальные аспекты современной микробиологии», 22-23 ноября, М., Изд-во «Макс-Пресс», 78-80.

6. Самылина О.С., 2008. К вопросу об идентификации одноклеточных цианобактерий содовых озёр. Материалы международной научной конференции и VII Школы по морской биологии «Современные проблемы альгологии» (9-13 июня, г. Ростов-на-Дону). Изд-во ЮНЦ РАН, 313-316.

7. Самылина О.С., 2008. Полиморфизм одноклеточной экстремально натронофильной цианобактерии «Euhalothece natronophila». Marepiaira м1жнародно! конференцп молодих учених «Актуальш проблеми боташки та екологн» (13-16 серпня, Кам'янець-Подшьский), Кшв, 31-32.

8. Самылина О.С., 2008. Разнообразие фототрофных сообществ высокоминсрализованных озёр. MaTepianH лижнародно! конференцп молодих учених «Актуальш проблеми боташки та екологн» (13-16 ссрпня, Кам'янець-Подшьский), Кшв, 32-33.

Заказ № 291/10/08 Подписано в печать 31.10.2008 Тираж 100 экз. Усл. п.л. 1,5

ООО "Цифровичок", тел. (495) 797-75-76; (495) 778-22-20 www.cfr.ru; е-таИ:info@cfr.ru

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Самылина, Ольга Сергеевна

ВВЕДЕНИЕ.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Углерод-концентрирующий механизм как компонент адаптации экстремально натронофильной цианобактерии `Euhalothece natronophila` к существованию в содовых озёрах"

Микроорганизмы в местообитаниях с высокой солёностью (в том числе, щёлочностью) подвержены особым стрессовым факторам, таким как ионная сила и ионный состав, что обуславливает необходимость формирования у них особых приспособительных механизмов, таких как осмоадаптация и натрий-зависимая энергетика (Питрюк и др., 2004; Horikoshi, 1999; Krulwich, 2006). Кроме того, важную фундаментальную проблему представляет собой организация и функционирование углерод-концентрирующего механизма (ССМ) у галоалкалофильных и натронофильных цианобактерий из содовых озёр, поскольку эти организмы в отличии от пресноводных и морских цианобактерий обитают в принципиально отличных по содержанию неорганического углерода (Снеорг) условиях, характеризующихся экстремально высокими его концентрациями. Поэтому становятся актуальными следующие вопросы. Обладают ли натронофильные цианобактерии полноценным углерод-концентрирующим механизмом? Каковы особенности углерод-концентрирующего механизма этих организмов, отличающие его от ССМ пресноводных и морских форм? Является ли углерод-концентрирующий механизм натронофильных цианобактерий важным механизмом адаптации к условиям существования? Насколько он функционально значим в условиях содовых озёр с высокой концентрацией карбонатов? Все эти вопросы на данный момент открыты.

Углерод-концентрирующий механизм цианобактерий в настоящее время вызывает большой интерес и активно изучается (Пронина, 2000; Badger a. Price, 2003; Badger et al., 2006; Kaplan a. Reinhold, 1999; Marcus, 1997; Moroney et al., 2001; Price et al., 2008), но, как правило, для исследований используются модельные штаммы цианобактерий, которые исходно выделены из неэкстремальных мест обитания. В основном, это, пресноводные или морские нейтрофильные штаммы. Очень мало информации по функционированию углерод-концентрирующего механизма у экстремофильных галоалкалофильных и натронофильных цианобактерий, хоть они довольно широко распространены в природе, а в геологическом прошлом нашей планеты, до появления эукариотических водорослей и растений, были основными первичными продуцентами (Заварзин, 1993, 2003).

В связи с этим актуальной задачей на данный момент является изучение углерод-концентрирующего механизма натронофильных цианобактерий включающего системы транспорта Снеорг внутрь клетки, карбоксисомы и карбоангадразы, в совокупности обеспечивающие клетки цианобактерий необходимым количеством Снеорг - главного субстрата для фотоавтотрофных организмов.

Цели и задачи работы. Целью данной работы было исследование экофизиологических особенностей штамма г-МОО 1 {'ЕикаШИесе псйгопорКйа') и углерод-концентрирующего механизма как возможного механизма адаптации одноклеточной экстремально натронофильной цианобактерии к жизни в карбонатных рассолах.

В соответствии с целью работы были поставлены следующие задачи:

1. Определить систематическое положение штамма 2-М001, выделенного из содового озера Магади (Кения), по морфологическим и филогенетическим признакам.

2. Исследовать экофизиологические характеристики штамма 2-М001 ('Е. псйгопорк'йа') как экстремального натронофила.

3. Выявить наличие у 'Е. па!гогюрЫ1а' углерод-концентрирующего механизма (транспортных систем для Снеорг, карбоангидраз и карбоксисом) и особенности его функционирования в концентрированных карбонатных рассолах.

Научная новизна. Определено систематическое положение экстремально натронофильной одноклеточной цианобактерии паиопоркИа' 2-М001, вошедшей по результатам анализа сиквенсов для гена 16Э рРНК в филогенетическую группу ЕикаШкесе, куда ранее входили только галофильные и галотолерантные штаммы. 'Е. пШгопорИИа' является облигатным натронофилом. По своим эколого-физиологичсским характеристикам она сопоставима с экстремально алкалофильными органотрофными аэробными и анаэробными бактериями и археями. Это означает что в природных биотопах, характеризующихся экстремально высоким содержанием соды, эти цианобактерии совместно с экстремально алкалофильными и натронофильными органотрофными микроорганизмами могут осуществлять полноценный цикл углерода, включающий продукционную и деструкционную фазу. Впервые показано наличие всех компонентов ССМ (транспортных систем, карбоангидраз и карбоксисом) у экстремально натронофильной цианобактерии в концентрированных карбонатных рассолах и их зависимость от концентрации Сне0рг в среде культивирования. Показано наличие трёх транспортных систем, различающихся кинетическими характеристиками и оптимумами действия. Исследована корреляция между образованием инволюционных форм 'Е. natronophila' и лимитированием по доступным формам

СцеорГ

Научно-практическое значение. Полученные результаты важны для понимания единого принципа устройства и функционирования углерод-концентрирующего механизма цианобактерий из разных местообитаний, а также для выяснения особенностей углерод-концентрирующего механизма, связанных с условиями обитания. В рамках актуалистической бактериальной палеонтологии полученные данные могут быть использованы для эволюционных построений и моделирования процессов, происходивших в геологическом прошлом нашей планеты, с участием реликтовых цианобактерий.

Апробация работы. Материалы, вошедшие в диссертационную работу, были представлены на следующих конференциях: Первая всероссийская школа молодых учёных-палеонтологов «Современная российская палеонтология: классические и новейшие методы» (Москва, 2004), "Aquatic Ecology at the Dawn of XXI Century" (Санкт-Петербург, 2005), Всероссийский симпозиум с международным участием «Автотрофные микроорганизмы» (Москва, 2005), Четвёртая международная научная конференция «Вулканизм, биосфера и экологические проблемы» (Туапсе, 2006); V Международная научно-практическая конференция молодых учёных по проблемам водных экосистем «Pontus Euxinus - 2007» (Севастополь, 2007); III международная молодёжная школа-конференция «Актуальные аспекты современной микробиологии» (Москва, 2007); Международная научная конференция и VII Школа по морской биологии «Современные проблемы альгологии» (Ростов-на-Дону, 2008); Международная конференция молодых учёных «Актуальные проблемы ботаники и экологии» (Каменец-Подольский, 2008).

Заключение Диссертация по теме "Микробиология", Самылина, Ольга Сергеевна

выводы

1. На основании анализа нуклеотидной последовательности для гена 16S рРНК штамм алкалофильной цианобактерии Z-M001 был отнесён к субкластеру Euhalothece и назван 'Euhalothece natronophila чтобы подчеркнуть экологическое отличие от всех известных ранее штаммов субкластера.

2. 'Е. natronophila' представляет собой облигатную экстремально натронофильную циапобактерию с оптимумами развития в концентрированных рассолах карбоната натрия (1.7 M Na2C03+NaHC03, 1.94-4.26 M Na+, рН 1010.5) и приспособленную, таким образом, к существованию в пересыхающем рассоле вплоть до начала выпадения твёрдой фазы. В природных условиях это может обуславливать развитие цианобактерий и активное функционирование их как продуцентов в засушливые периоды.

3. В клетках 'Е. natronophila' выявлены все компоненты углерод-концентрирующего механизма: транспортные системы, карбоангидразы и карбоксисомы, количество и функционирование которых зависит от концентрации карбонатов в среде.

4. Транспорт Снеорг в клетки Е. natronophila' обеспечивается, по крайней мере, тремя транспортными системами с различными свойствами: ТС I с рНопт 8.5 и Ks о.5 ~ 0.8-1 mM; ТС II с рН0ГТГ при 9.4-9.5 и Ks 0.s ~ 13-17 mM; ТС III с рН0ПТ при 9.9-10.2 и Ks о.5 ~ 600-800 шМ. Взаимодействие этих транспортных систем обуславливает способность клеток Е, natronophila ' функционировать в различные периоды годовых циклов содового озера.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Экстремально, галоалкалофильные микроорганизмы вызывают живой интерес для изучения, поскольку должны обладать уникальными свойствами, обусловленными условиями местообитаний. Активно исследуются механизмы осмоадаптации и энергообеспечения (Питрюк и др., 2004) таких микроорганизмов. Определённые успехи достигнуты в изучении галоалкалофильных цианобактерий содовых озёр: их разнообразия и экофизиологии (Дубинин и др., 1995; Герасименко и др., 1996), рН-гомеостаза и системы карбоангидраз (Куприянова и др., 2003; Dudoladova et al., 2004, 2007). В то же время основная масса исследований, посвящённых углерод-концентрирующему механизму цианобактерий, производится с использованием модельных пресноводных или морских штаммов (Badger a. Price, 2003; Badger et al., 2006; Price et al., 2008). Таким образом, вопрос об организации и механизме работы углерод-концентрирующего механизма экстремофильных натронофильных цианобактерий оставался не решённым.

В результате данной работы мы пришли к выводу, что экстремофильные натронофильпые цианобактерии, такие как Е. natronophilaразвивающиеся в концентрированных карбонатных рассолах при щелочных значениях рН, обладают полноценным углерод-концентрирующим механизмом, имеющим структуру и принципы функционирования, аналогичные таковым у изученных пресноводных и морских штаммов. Однако, в отличие от последних характеристики отдельных компонентов углерод-концептрирующего механизма изменены. В основном это касается кинетических характеристик транспортных систем. Сродство транспортных систем к неорганическому углероду у Е. natronophila' значительно ниже, чем у пресноводных и морских штаммов, что обусловлено экстремально высоким содержанием карбонатов в характерных для них местообитаниях. Кроме того, углерод-концентрирующий механизм Е. natronophila' включает три транспортные системы для НСОз", что позволяет этим цианобактериям расти и поддерживать жизнеспособность в изменяющихся условиях, характерных для эфемерных содовых озер.

Углерод-концентрирующий механизм натронофильных цианобактерий является важным механизмом адаптации к условиям существования в содовых озёрах, поскольку гидрохимические параметры озера подвержены периодическим изменениям, в частности с сезонными циклами опреснения и засоления. При этом изменяется общая концентрация солей, а следовательно, концентрация Na+, карбонатов и рН. Несколько различных транспортных систем обуславливают адаптацию 'Е, пмгопорЫ1а' к изменяющимся условиям среды, обеспечивая клетку необходимым количеством неорганического углерода, который является главным субстратом для синтеза клеткой необходимых органических соединений.

В результате нашей работы можно предложить следующую схему строения и функционирования углерод-концентрирующего механизма у экстремально натронофильной цианобактерии 'Е. па1гопорЫ1а * (рис. 39). при распреснении) СО

ТС I тс и

ТС III нсо,

ТМ

Рис. 39. Предполагаемая модель углерод-концентрирующего механизма у одноклеточной натронофильной цианобактерии 'ЕиИаШНесе пшгопорЫШ' из содового озера Магади. К - карбоксисома , КА - карбоангидразы, КС - клеточная стенка, ТМ -тилакоидные мембраны, ТС - транспортные системы.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Самылина, Ольга Сергеевна, Москва

1. Аггкалофильные микробные сообщества: Труды института микробиологии имени С.Н. Виноградского. Выпуск XIV / Отв. ред. В.Ф. Гальченко. М.: Наука, 2007. 398 с.

2. Бактериальная палеонтология, 2002. Ред. Розанов А.Ю., М., изд-во ПИН РАН, 189с.

3. Биоразнообразие Байкальской Сибири, 1999. Ред.: Коропачинский И.Ю. и Корсунов В.М., Новосибирск, «Наука», 349 с.

4. Болдарева E.H., 2008. Аэробные аноксигенные фототрофные бактерии щелочных местообитаний. Автореф. дисс. ра соиск. уч. ст. канд. биол. наук., М., 26 с.

5. Болтянская Ю.В., 2006. Физиологи-биохимические особенности представителей галоалкалофильных бактерий из содовых озёр. Дисс. на соиск. уч. ст. канд. биол. наук, М., 139 с.

6. Болтянская Ю.В., 2007. Галоалкалофильные денитрифицирующие бактерии рода Halomonos из содовых озёр. В сб.: «Труды Института микробиологии имени С.Н. Виноградского. Вып. XIV. Алкалофильные микробные сообщества», Ред. В.Ф. Гальченко, М., «Наука», 276-298.

7. Брюханов И.М., 1958. К вопросу о геоморфологии лечебного озера Абалах. Учён. зап. Якут, ун-та, вып. 3, 59-62.

8. И. Брюханов И.М., 1960. Содовые месторождения и сода озера Абалах. Учён. зап. Якут, ун-та, вып. 8, 23-26.

9. Валяшко М.Г. Закономерности формирования месторождений солей. М.: МГУ, 1962. 398 с.

10. Васильева И.И., 1995. Водоросли озера Абалах (Якутия). Альгология, 5, №1, 7177.

11. Венецкая СЛ. и Герасименко JIM., 1988. Электронно-микроскопическое изучение микроорганизмов в галофильном цианобактериальном сообществе. Микробиология, 57, вып. 3,450-457

12. Воробьёва Л.И., 2007. Археи: учебное пособие для вузов. М., ИКЦ «Академкнига», 447 с.

13. Воронихин H.H., 1929. Материалы к изучению альгологической растительности Кулундинской степи. Изв. Ботан. сада, 28, 1-2.

14. Воронихин H.H., 1931. Сравнительная характеристика альгологической растительности пресных и минерализованных водоёмов кулундинской степи. Юбил. сб. Б.А. Келлера, Воронеж.

15. Воронихин H.H. и Хахина А.Г., 1919. К биологии соляных озёр кулундинской степи. Изв. Ботан. сада, 28,1-2.

16. Герасименко JIM., 2007. Алкалофильные оксигенные фотосинтезирующие организмы. В сб.: «Труды Института микробиологии имени С.Н. Виноградского. Вып. XIV. Алкалофильные микробные сообщества», Ред. В.Ф. Гальченко, М., «Наука», 88-157.

17. Герасименко JIM., Дубинин A.B. и Заварзин Г.А., 1996. Алкалофильные цианобактерии содовых озёр Тувы и их экофизиология. Микробиология, 65, №6, 844-849.

18. Герасименко JIM., Дубинин A.B., Митюшина и Заварзин Г.А., 1999. Микроскопическая зелёная водоросль из содовых озёр. Микробиология, 68, №5, 696-700.

19. Герасименко JIM. и Заварзин Г.А., 1993. Реликтовые цианобактериальные сообщества. В сб.: «Проблемы доантропогенной эволюции биосферы» под ред. А.Ю. Розанова. М.: Наука. С. 222-254.

20. Герасименко JI.M., Митюшина ЛЛ. и Намсараев Б.Б., 2003. Маты Microcoleus из алкалофильных и галофильных сообществ. Микробиология, 72, №1, 84-92.

21. Голлербах М.М., Косинская Е.К. и Полянский В.И., 1953. Определитель пресноводных водорослей СССР. М., изд-во «Советская наука», 652 с.

22. Горленко В.М., 2007. Аноксигенные фототрофные бактерии содовых озёр. В сб.: «Алкапофильиые микробные сообщества: Труды института микробиологии имени С.Н. Виноградского». Выпуск XIV, отв. ред. В.Ф. Гальченко. М.: Наука, 225-257.

23. Горленко В.М., Намсараев Б.Б., Кулырова A.B., Заварзина Д.Г. и Жилина Т.Н., 1999. Активность сульфатредуцирующих бактерий в донных осадках содовых озёр Юго-Восточного Забайкалья. Микробиология, 68, №5, 664-670.

24. Гусев М.В. и Минеева Л.А., 2003. Микробиология: учебник для студентов биологических специальностей вузов. 4-е изд., М., Изд. центр «Академия», 464 с.

25. Деткова E.H., 2003. Физиология, биохимия и биоэнергетика галофильных и алкалофильных ацетогенных бактерий. Дисс. на соискание учёной степени канд. биол. наук, Москва.

26. Дубинин А. В., Герасименко JIM. и Заварзин Г.А., 1995. Экофизиология и видовое многообразие цианобактерий озера Магади. Микробиология, 64, № 6, 845-849.

27. Дудоладова М.В., 2005. Карбоангидразы алкалофильной цианобактерии Rhabdoderma lineare и их роль в концентрировании углерода. Дисс. на соискание учёной степени канд. биол. наук, Москва.

28. Еленкин A.A., 1936. Синезелёные водоросли СССР. Монография пресноводных и наземных Cyanophyceae, обнаруженных в пределах СССР. М., Изд-во Академии Наук СССР, 684 с.

29. Жилина Т.Н., 1992. Галофильное метанобразующее сообщество микроорганизмов. Дисс. на соискание учёной степени докт. биол. наук в форме науч. докл., М., ИНМИ РАН, 39 с.

30. Жилина Т.Н., 2007. Хемотрофные анаэробы микробных сообществ содовых озёр. В сб.: «Алкалофильные микробные сообщества: Труды института микробиологии имени С.Н. Виноградского». Выпуск XIV, отв. ред. В.Ф. Гальченко. М.: Наука, 158-224.

31. Жилина Т.Н., Гарнова Е.С., Турова Т.П., Кострикина H.A. и Заварзин Г.А., 2001а. Halonatronum saccharophilum gen. nov., sp. nov. — новая галоалкалофильная бактерия порядка Haloanaerobiales из озера Магади. Микробиология, 70, №1, 77-85.

32. Жилина Т.Н. и Заварзин Г.А., 1991. Анаэробные бактерии деструкторы в галофильном цианобактериальном сообществе. Журн. Общ. Биол., 52, №3, 302318.

33. Жилина Т.Н., Кевбрин В.В., Турова Т.П., Лысенко A.M., Кострикина H.A. и Заварзин Г.А., 2005. Clostridium alkalicellum sp. nov. облигатно алкалофильный целлюлозолитик из содового озера Прибайкалья. Микробиология, 74, №5, 642-653.

34. Заварзин Г. А., 1993. Эпиконтинентальные содовые водоёмы как предполагаемые реликтовые биотопы формирования наземной биоты. Микробиология, 62, Вып. 5, 789-800.

35. Заварзин Г.А., 2003. Лекции по природоведческой микробиологии, М., Наука, 67-101.

36. Заварзин Г.А., 2007а. Образование содовых условий как глобальный процесс. В сб.: «Алкалофильные микробные сообщества: Труды института микробиологии имени С.Н. Виноградского». Выпуск XIV, отв. ред. В.Ф. Гальченко. М.: Наука, 8-57.

37. Заварзин Г. А., 20076. Алкалофильные микробные сообщества. В сб.: «Алкалофильные микробные сообщества: Труды института микробиологии имени С.Н. Виноградского». Выпуск XIV, отв. ред. В.Ф. Гальченко. М.: Наука, 58-87.

38. Заварзин Г.А. и Жилина Т.Г. 2000. Содовые озёра природная модель древней биосферы континентов // Природа. № 2. С. 45-55.

39. Заварзин Г.А., Жилина Т.Н. и Кевбрин В.В., 1999. Алкалофильное микробное сообщество и его функциональное разнообразие. Микробиология, 68, №5, 579599.

40. Заварзин Г.А., Жилина Т.Н. и Пикута Е.В., 1996. Вторичные анаэробы в галоалкалофильных сообществах озёр Тувы. Микробиология, 65, №4, 546-553.

41. Исаченко Б.Л., 1934. Хлористые, сульфатные и содовые озера Кулундинской степи и биогенные процессы в них. Кулундинская экспедиция Акадесмии наук СССР 1931-1933 гг., ч. 1, вып. 8.

42. Исаченко Б.Л., 1951. Хлористые, сульфатные и содовые озёра Кулундинской степи и биогенные процессы в них. В кн. «Избранные труды», Т. 2., М.-Л., 143162.

43. Кашнер Д. М., 1981. Жизнь микробов в экстремальных условиях. Мир, 519с.

44. Кевбрин В.В., Дубинин A.B. и Осипов Г.А., 1991. Осморегуляция у морской цнанобактерии Microcoleus chthonoplastes. Микробиология, 60, вып. 4, 596-599.

45. Кевбрин В.В., Жилина Т.Н. п Заварзин Г.А., 1999. Разложение целлюлозы анаэробным алкалофильным микробным сообществом. Микробиология, 68, №5, 686-695.

46. Кевбрин В.В., Лысенко А.М. и Жилина Т.Н., 1997. Физиология алкалофильного метаногена Z-7936, нового штамма Methanosalsus zhilinaeae, выделенного из озера Магади. Микробиология, 66, №3, 315-320.

47. Компанцева Е.И., Сорокин Д.Ю., Горленко В.М и намсараев Б.Б., 2005. Фототрофное сообщество солёного щелочного озера Хилганта (Юго-Восточное Забайкалье). Микробиология, 74, №3, 410-419.

48. Кондратьева Е.Н.1996. Автотрофные прокариоты. М., Изд-во МГУ, 312 с.

49. Кондратьева Н.В., 1968. Визначник пргсноводпых водоростей Укра'шськог РСР -I. Синьо-зелеш водоросп Cyanophyta. Частина 2. Класс Гормогошев! -Ilormogoneaceac. Кигв, Видавництво «Наукова думка», 523 с.

50. Кондратьева Н.В., 2001. Флора водорослей континентальных водоёмов Украины. Прокариотические водоросли. Вып.1 «Общая характеристика», часть 2 «Экология, значение, вопросы систематики», Киев, 342 с.

51. Костяев В.Я., 2001. Синезелёные водоросли и эволюция эукариотных организмов. М., изд-во «Наука», 126 с.

52. Куприянова Е.В., Лебедева Н.В., Дудоладова М.В., Герасименко Л.М., Алексеева С.Г., Пронина H.A. и Заварзин Г.А., 2003. Активность карбоангидраз у алкалофильных цианобактерий содовых водоёмов. Физиология растений, 50, №1, 14-22.

53. Куприянова Е.В., Маркелова А.Г., Лебедева Н.В., Герасименко Л.М., Заварзин Г.А. и Пронина H.A., 2004. Карбоангидраза алкалофильной цианобактерии Microcoleus chthonoplastes. Микробиология, 73, №3, 307-311.

54. Маркелова А.Г., Владимирова М.Г. и Семененко В.Е., 1990. Ультраструктурная локализация РБФК в клетках водорослей. Физиология растений, 37, 907-911.

55. Намсараев Б.Б., Жилина Т.Н., Кулырова A.B. и Горленко В.М., 1999. Бактериальное образование метана в содовых озёрах Юго-восточного Забайкалья. Микробиология, 68, №5, 671-676.

56. Намсараев Б.Б. и Намсараев З.Б., 2007. Микробные процессы круговорота углерода и условия среды обитания в щелочных озёрах Забайкалья и Монголии.

57. В сб.: «Труды Института микробиологии имени С.Н. Виноградского. Вып. XIV. Алкалофильные микробные сообщества», Ред. В.Ф. Гальченко, М., «Наука», 299-322.

58. Намсараев З.Б., Намсараев Б.Б. и Горленко В.М., 2004. Фототрофные сообщества щелочных гидротерм. В сб.: «Труды Института микробиологии им. С.Н. Виноградского. Вып. XII. Юбилейный сборник к 70-летию института», изд-во «Наука», 317-336.

59. Перельман А.И. Геохимия природных вод. М.: Наука, 1982. 152 с.

60. Пикута Е.В., Жилина Т.Н., Заварзин Г.А., Кострикина Н.А., Осипов Г.А. и Рейни Ф.А., 1998. Desulfonatronum lacustre gen. nov., sp. nov. — новая алкалофильная сульфат восстанавливающая бактерия, использующая этанол. Микробиология, 67, №1, 123-131.

61. Пиневич А.В., 2007а. Микробиология. Биология прокариотов: учебник. Т. 1. 2-е изд., СПб, Изд-во С.-Петерб. Ун-та, 352 с.

62. Пиневич А.В., 20076. Микробиология. Биология прокариотов: учебник. Т. 2. 2-е изд., СПб, Изд-во С.-Петерб. Ун-та, 331 с.

63. Пиневич А.В. и Аверина С.Г., 2002. Оксигенная фоютрофия: руководство по эволюционной клеточной биологии., СПб, Изд-во С.-Петерб. Ун-та, 236 с.

64. Питрюк А.В., 2002. Особенности энергетического метаболизма экстремально гаоалкалофильных анаэробных прокариот. Дисс. на соискание учёной степени канд. биол. наук, Москва.

65. Питрюк А.В., Деткова Е.Н. и Пушева М.А., 2004. Сравнительное изучение энергетического обмена анаэробных алкалофилов из содовых озёр. Микробиология, 73, №3, 293-299.

66. Попова Т.Г., 1930. К флоре водорослей минеральных водоёмов Западной Сибири. Изв. Ботан. сада, 29, 3-4.

67. Пронина Н.А., 2000. Организация и физиологическая роль СО2-концентрирующего механизма при фотосинтезе микроводорослей // Физиология растений. Т. 47. №5. с. 801-810.

68. Пушева М.А., Питрюк А.В. и Берестовская Ю.Ю., 1999а. Особенности метаболизма экстремально алкалофильных сульфатредуцирующих бактерий Desulfonatronum lacustre и Desulfonatronovibrio hydrogenovorans. Микробиология, 68, №5, 657-663.

69. Пушева М.А., Питрюк А.В. и Негрусов А.И., 19996. Ингибиторный анализ энергетического метаболизма экстремально галоалкалофильнойгомоацетогенной бактерии Natroniella acetigena. Микробиология, 68, №5, 657663.

70. Рабинович Е., 1951. Фотосинтез. (Пер. с англ.) М: Иностранная литература. 648 с.

71. Семихатов М.А., Раабен М.Е., Сергеев В.Н., Вейс А.Ф. и Артемова О.В., 1999. Биотические события и положительная изотопная аномалия карбонатного углерода 2,3-2,06 млрд. лет назад. Стратиграфия. Геологическая корреляция, 7, №5, 3-27.

72. Сергеев В.Н., 2003. Окремнённые микрофоссилии докембрия: природа, классификация, фациальная приуроченность и биостратиграфическое значение. Автореф. на сопск. уч. ст. докт. геол.-минерал. наук, М., 54 с.

73. Скулачев В.П., 1989. Энергетика биологических мембран. М., Наука, 564 с.

74. Сонненфелд П., 1988. Рассолы и эвапориты. М.: «Мир», 480 с.

75. Телентюк Е.С., 1952. Гидрохимия озёр Танатар и питающих их вод. Труды Всесоюзного Н.-И. Института Галургии «Методы изучения и пути использования соляных озёр», в. XXIV, 162-228.

76. Терещенко А.Ф., Подорванов В.В. и Золотарёва Е.К., 2002. Активный транспорт неорганического углерода в клетки синезелёных водорослей (Cyanophyta). Альгология. 12, №4, 491-500.

77. Троценко Ю.А. и Хмеленина В.Н., 2002. Особенности биологии и осмоадаптации галоалкалофильных метанотрофов. Микробиология, 71, 149— 159. '

78. Чарыкова М.В. и Чарыков Н.А., 2003. Термодинамическое моделирование процессов эвапоритовой седиментации. С-Пб, «Наука», с. 105.

79. Abd-el-Malek Y. and Rizk S.G., 1963. Bacterial sulphate réduction and the development of alkalinity. III. Experiments under natural conditions in the Wadi Natrun. J. of Appl. Bacteriol., 26, 20-26.

80. Alcocer J., Escobar E. G., Lugo A., Oseguera L. A., 1999. Benthos of a perennially-astatic, saline, soda lake in Mexico. Int. J. of Sait Lake Research, 8, 113-126.

81. Allen M.A., Goh F., Burns B.P., Neilan B.A. Vastly increased cyanobacterial diversity is indicated by culturing and culture-independent studies of the Shark Bay microbial mats. Unpublished.

82. Andrews T.J. and Abel K.M., 1981. Kinetics and subunits interactions of ribulose bisphosphate carboxylase-oxygenase from cyanobacterium, Synechococcus sp. J. Biol. Chem., 256, 8445-8451.

83. Ashhuby B.A., Burja A.M., Wright P.C. (a) Cyanobacterium isolated from Libyan Hypersaline lake (Qabar-Onn). Unpublished.

84. Ashhuby B.A., Pandhal J., Wright P.C. (6) Cyanobacterium isolated from Libyan hypersaline lake (Qabar-Onn). Unpublished.

85. Ausubel F.H., Brent R., Kingston R.E. Moore D.D., Seidman J.G., Smith J.A., and Struhl, K., 1994. Current Protocols in Molecular Biology, Wiley & Sons.

86. Badger M. R., Hanson D. and Price G.D., 2002. Evolution and diversity of C02 concentrating mechanisms in cyanobacteria. Functional Plant Biology, 29, №2, 161173.

87. Badger M. R. and Price G.D., 2003. CO2 concentrating mechanisms in cyanobacteria: molecular components, their diversity and evolution. J. of Exp. Botany. 54. №383. pp. 609-622.

88. Badger M.R., Price G.D., Long B.M. and Woodger F.J., 2006. The environmental plasticity and ecological genomics of the cyanobacterial CO2 concentrating mechanism. J. of Exp. Botany. 57. №2, 249-265.

89. Balcos K.D. and Colman B., 2007.Mechanism of CO2 aquisition in an acid-tolerant Chlamidomonas. Plant Cell Environ., 30, 745-752.

90. Baumgarte S., 2003. Microbial diversity of soda lake habitats. Doctoral thesis. Carolo-Wilhelmina Universität, Braunshweig, Germany.

91. Bergey's Manual of Systematic Bacteriology, 2001. Second edition. Vol. one. Ed. by D.R. Boone a. R.W. Castenholz, N.Y., Springer-Verlag, 473-600.

92. Bhatti S. and Colman B., 2008. Inorganic carbon acquisition in some synurophyte algae. Physiologia Plantarum, 133, 33-40.

93. Boone D.R., Whitman W.B. and Rouviere P., 1993. Diversity and taxonomy of methanogens. In: Methanogenesis, Ed. J.D. Ferry. L., Chapman&Hall, №46 35-80.

94. Bryantseva I., Gorlenko V.M., Kompantseva E.I., Imhoff J.F., Suling J. and Mityushina L., 1999a. Thiorhodospira sibirica gen. nov., sp. nov., a new alkaliphilic purple sulfur bacterium from a Siberian soda lake. Int. J. of Syst. Bacterid., 49, 697703.

95. Bryantseva I.A., Gorlenko V.M., Kompantseva E.I. et al., 19996. Heliorestis daurensis, gen. nov. sp. nov., an alkaliphilic rod-to-coiled-shaped phototrophic heliobacterium from a Siberian soda lake. Arch. Microbiol, 172, 167-174.

96. Bryantseva I.A., Gorlenko V.M., Kompantseva E.I. and Imhoff J.F., 2000a. Thioalkalicoccus limnaeus gen. nov. sp. nov., a new alkaliphilic purple sulfur bacterium with bacteriochlorofyll b. Int. J. Syst. Bacteriol., 50,2157-2163.

97. Bryantseva I.A., Gorlenko V.M., Kompantseva E.I. et al., 20006. Alkaliphilic heliobacterium Heliorestis baculata sp. nov. and emended description of the genus Heliorestis. Arch. Microbiol., 174,283-291.

98. Buck D.P. a. Smith G.D., 1995. Evidence for Na+/H+ electrogenic antiporter in an alkaliphilic cyanobacterium Synechocystis. FEMS Microbiology Letters, 128, №3 (15 May), 315-320.

99. Burns B.P., Goh F., Allen M., Neilan B.A., 2004. Microbial diversity of extant stromatolites in the hypersaline marine environment of Shark Bay, Australia. Environ. Microbiol, 6, №10, 1096-1101.

100. Cannon G.C., Bradburne C.E., Aldrich H.C., Baker S.H., Heinhorst S. and.Shively J.M., 2001. Microcompartments in prokaryotes: carboxysomes and related polyhedra. Appl. a. Environ. Microbiol., 67, №12, 5351-5361.

101. CanviniD.T., Salon C., 1997. Photorespiration and CC^-concentrating mechanisms. Plant Metabolism, Eds. Dennis D.T. et al., Singapore: Longman, 80-92.

102. Cohen Y. a. Gurevitz M., 1993. The Cyanobacteria Ecology, Physiology, and Molecular Genetics. In: The Prokaryotes (Balows A. et al., eds.), N.Y., SpringerVerlag, 2079-2104.

103. Delwishe S.F., 1999. Tracing the thread of plastid diversity through the tapestry of life. American Naturalist, 154, S164-S177.

104. Dennis P.P. and Shimmin L.C., 1997. Evolutionary divergence and salinity-mediated selection in halophilic archaea. Microbiol. Mol. Biol. Rev., 61, 90-104.

105. Desikachary T.V., 1979. Cyanophyta. New Delhi, Indian Council of Agricultural Research, 669.

106. Dudoladova M.V., Markelova A.G., Lebedeva N.V. and Pronina N.A., 2004. Compartmentation of a- and ß-carbonic anhydrases in cells of halo- and alkalophilic cyanobacteria Rhabdoderma lineare. Rus. J. of Plant Physiol., 51, №6, 806-814.

107. Fan H., Xuel Y., Mal Y., Ventosa A. and Grant W. D., 2004. Halorubrum tibetense sp. nov., a novel haloalkaliphilic archaeon from Lake Zabuye in Tibet, China. Int. J. Syst. Evol. Microbiol., 54, 1213-1216.

108. Galinski E.A. a. Trüper H.G., 1994. Microbial behaviour in salt-stressed ecosystems. FEMS Microbial Reviews, 15, 95-108.

109. Garcia-Pichel F., Ntibel U. a. Muyzer G., 1998. The phylogeny of unicellular, extremely halotolerant cyanobacteria. Arch. Microbiol., 169, 469-482.

110. Geitler L., 1925. Cyanophyceae. In: Siisswasserfl. Deutschlands, Österreichs u. d. Schweiz 12, Gustav Fischer-Verl., Jena, 481 pp. (на немецком)

111. Giménez M.I., Studdert С.A., J.J. Sánchez and De Castro R.E., 2000. Extracellular protease of Natrialba magadii: purification and biochemical characterization. Extremophiles, 4, 181-188.

112. Goh F., Allen M., Neilan В., Burns B. Temporal comparisons of Shark Bay stromatolite microbial communities and surrounding seawater. Unpublished.

113. Grant W. D., 1992. Alkaline environments. In: Lederberg J. (Ed.) Encyclopedia of microbiology, 1. Academic Press, San-Diego, pp. 73-80.

114. Hollibaugh J.T., Wong P.S., Baño N., Pak S.K., Prager E.M., 2001. Stratification of microbial assemblages in Mono Lake, California, and response to a mixing effect. Hydrobiologia, 466, 45-60.

115. Horikoshi K., 1991. Microorganisms in alkaline environments. Tokyo, "Kodansha", 275 p.

116. Horikoshi K., 1999. Alkaliphiles: some applications of their products for biotechnology. Microbiol, a. Mol. Biol. Rev., 63, №4, 735-750.

117. Imhoff J.F., 1986. Osmoregulation and compartible solution in eubacteria. FEMS Microbiol. Rev., 39, 57-66.

118. Imhoff J.F., 2001. True marine and halophilic phototrophic bacteria. Arch. Microbiol:, 176, №4, 243-254.

119. Imhoff J.F. and Trüper H.G., 1981. Ectothiorhodospira abdelmalekii sp. nov., a new halophilic and alkaliphilic phototrophicbacterium. Rev. Microbiol., 43, 435-463.

120. Imhoff J.F., Hashwa F. and Trüper H.G., 1978. Isolation of extremely halophilic phototrophic bacteria from the alkaline wadi Natrun, Egypt. Arh. Für Hydrobiol., 84, 381-388.

121. Imhoff J.F., Sahl H.G., Soliman G.S.H. and Trüper H.G., 1979. The Wadi Natrun: chemical composition and microbial mass developments in alkaline brines of eutrophic desert lakes. Geomicrobiology J., 1, 219-234.

122. Jezberovä J. a. Komarkova J., 2007. Morphometry and growth of three Synechococcus-like picoplanktic cyanobacteria at different culture conditions. Hydrobiologia, 578, 17-27.

123. Jones B.E., Grant W.D., Duckworth A.W. a. Owenson G.G., 1998. Microbial diversity of soda lakes. Extremophiles, 2, 191-200.

124. Jones B.F., Eugster H.P. a. Retting S.L., 1977. Hydrochemistry of the Lake Magadi basin, Kenya. Geochemica et Cosmochemica Acta, 41, 53-72.

125. Jordan D.B. and Ogren W.L., 1981. Species variation in the specificity of ribulose biphosphate carboxylase/oxygenase. Nature, 291, 513-515.

126. Kaplan A. and Reinhold L., 1999. CO2 concentrating mechanisms in photosynthetic microorganisms. Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol., 50, 539-570.

127. Kaplan A., Schwarz R., Lieman-Hurwitz J. a. Reinhold L., 1991. Physiological and molecular aspects of the inorganic carbon-concentrating mechanism in Cyanobacteria. Plant Phisiol., 97, 851-855.

128. Kedar L., Kashman Y., Oren A., 2002. Mycosporine-2-glycine is the major mycosporine-like amino acid in a unicellular cyanobacterium (Euhalothece sp.) isolated from a gypsum crust in a hypersaline saltern pond. FEMS Microbiol. Letters, 208, 233-237.

129. Komärek J. and Anagnostidis K., 1999. Susswasserflora von Mitteleuropa. 19/1. Cyanoprokaryota. 1. Teil: Chroococcales / H. Ettl, G. Gartner, H. Heynig & D. Mollenhauer (eds.), Stuttgart: Gustav Fischer, 548 p.

130. Komärek J. and Anagnostidis K., 2005. Susswasserflora von Mitteleuropa. 19/2. Cyanoprokaryota. 2. Teil: Oscillatoriales / B. Büdel, G. Gärtner, L. Krienitz a. M. Schagerl (Eds.) Elsevier, Heidelberg. 759 p.

131. Krulwich T., 2006. Alkaliphilic prokaryotes. In: The Prokaryotes V. 2: Ecophysiology and Biochemistry. 3rd ed, M Dworkin et al. (Eds.), Springer-Verlag, 283-308.

132. Laemmli U.K., 1970. Cleavage of structural proteins during the assembly of the head of the bacteriophage T4. Nature, 227, 680-685.

133. Lewin R.A., Krienitz L., Goericke R., Takeda H., Hepperle D., 2000. Picocystis salinarum gen. et sp. nov. (Chlorophyta): A new picoplanktonic green alga. Phycologia, 39, №6, 560-565.

134. Li Q. and Canvin D.T., 1998. Energy sources for HCO3' and CO2 transport in air-grown cells of Synechococcus UTEX 625. Plant Physiol., 116, 1125-1132.

135. Lowry D., Thompson W.A. and Kriedemann P.E., 1953. Protein measurement with the folin reagent. J. Biol. Chem., 193, 265-275.

136. Marcus Y., 1997. Distribution of inorganic carbon among its component species in cyanobacteria: do cyanobacteria in fact actively accumulate inorganic carbon? J. Theor. Biol., 187, 31-45.

137. Marcus Y., Berry J.A. and Pierce J., 1992. Photosynthesis and photorespiration in a mutant of the cyanobacterium Synechocystis PCC 6803 lacking carboxysomes. Planta, 187,511-516.

138. Margheri M.C., Bosco M., Giovannetti L., Ventura S., 1999. Assessment of the genetic diversity of halotolerant coccoid cyanobacteria using amplified 16S rDNA restriction analysis. FEMS Microbiol. Letters, 173, 9-16.

139. McGinn P.J. and Morel F.M., 2008. Expression and regulation of carbonic anhydrases in the marine diatome Thalassiosira pseudonana and in natural phytoplankton assemblages from Great Bay, New Jersey. Physiologia Plantarum, 133, 78-91.

140. McNitt J.R., Klein C.W. a. Koenig J.B., 1989. Probable subsurface temperature at Lake Magadi, Kenya, as indicated by hot springs geochemistry, and the potential for development of geothermal electric power. Richmond, California, GeothermEx, 29 p.

141. Mesbah N. M., Abou-El-Ela S. H., Wiegel J., 2007. Novel and unexpected prokaryotic diversity in water and sediments of the alkaline, hypersaline lakes of the Wadi AnNatrun, Egypt. Microbial Ecology, 54, 598-617.

142. Milford A.D., Achebach L.A., Jung D.O. and Madigan M.T., 2000. Rhodobaca bogoriensis gen. nov. and sp. nov., an alkaliphilic purple nonsufur bacterium from African Rift Valley soda lakes. Arch. Microbiol., 174, 18-27.

143. Miller A.G., Espie G.S., Canvin D.T., 1990. Physiological aspects of C02 and HC03" transport by Cyanobacteria: a review. Can. J. Bot., 68, 1291-1302.

144. Miller D.M., Jones J.H., Yopp J.H., Tindall D.R. and Schmid W.E., 1976. Ion metabolism in the halophilic blue-green alga, Aphanothece halophytica. Arch. Microbiol., Ill, 145-149.

145. Moroney J.V. and Somanchi A., 1999. How do algae concentrate CO2 to increase the efficiency of photosynthetic carbon fixation? Plant Physiol., 119, 9-16.

146. Moroney J.V., Bartlett S.G. and Samuelsson G., 2001. Carbonic anhydrases in plants and algae. Plant, Cell a. Env., 24, 141-153.

147. Nubel U., Garcia-Pichel F. a. Muyzer G., 1997. PCR primers to amplify 16S rRNA genes from cyanobacteria. Appl. a. Env. Microbiol, 63, № 8, 3327-3332.

148. Oduor S. O., Schagerl M., Mathooko J. M., 2003. On the limnology of Lake Baringo (Kenya): I. Temporal physico-chemical dynamics // Hydrobiologia, 506-509, 121127.

149. Oren A., 1999. Bioenergetic aspects of halophilism. Microbiol. Mol. Biol. Rev., 63, 334-348.

150. Oren A., 2001. The bioenergetic basis for the decrease in metabolic diversity at increasing salt concentrations: implications for functioning of salt lake ecosystems. Hydrobiologia, 466, 61-72.

151. Oren A., 2002. Diversity of halophilic microorganisms: Environments, phylogeny, physiology, and applications. J. of Industrial Microbiology & Biotechnology, 28, 5663.

152. Oren A., 2006. Life at High Salt Concentrations. In: The Prokaryotes. V. 2: Ecophysiology and Biochemistry. 3rd ed. Dworkin M et al. (Eds.), Springer-Verlag, 263-282.

153. Raven J.A., Giordano M. and Beardall J., 2008. Insights into the evolution of CCMs from comparisons with other resource acquisition and assimilation processe. Physiologia Plantarum, 133, 4-14.

154. Roberts S.B., Lane T.W. and Morel F.M.M., 1997. Carbonic anhydrase in the marine diatome Thalassiosira weissflogii (Bacillariophyceae). J. Phycol. 33, 845-850.

155. Roesler C. S., Culbertson C. W., Etheridge S. M., Goericke R., Kiene R. P., Miller L. G. and Oremland R. S., 2002. Distribution, production, and ecophysiology of Picocystis strain ML in Mono Lake, California. Limnol. Oceanogr., 47(2), 440-452.

156. Sahl J.W., Pace N.R., Spear. J.R., 2008. A phylogenetic comparative analysis of two endoevaporitic microbial communities. Appl. A. Env. Microbiol, Submitted.

157. Severin J., Wohlfarth A. a. Galinski E.A. 1992. The predominant role of recently discovered tetrahydropyrimidines for the osmoadaptation of halophilic eubacteria. J. Gen. Microbiol., 138, 1629-1638.

158. Smith K.S. and Ferry J.D., 2000. Prokaryotic carbonic anhydrases. FEMS Microbiology Reviews, 24, 335-366. 1

159. So A.K.-C., Espié G.S., Williams E.B., Shively J. M., Heinhorst S. and Cannon G.C., 2004. A Novel Evolutionary Lineage of Carbonic Anhydrase (E Class) Is a Component of the Carboxysome Shell. J. of Bacteriol., 186, №3, 623-630.

160. Sorokin D.Yu., Gorlenko V.M., Namsaraev B.B., Namsaraev Z.B., Lysenko A.M., Eshinimaev B.Ts., Khmelenina V.N., Trotsenko Yu.A., Kuenen J. G., .2004. Prokaryotic communities of the north-eastern Mongolian soda lakes. Hydrobiologia, 522, 235-248.

161. Spijkerman E., 2008. What physiological acclimation supports increased growth at high CO2 conditions? Physiologia Plantarum, 133, 41-48.

162. Stal L.J., 2000. Cyanobacterial mats and stromatolites. In: The ecology of cyanobacteria. Ed. by A. Whitton a. M. Potts, Netherlands, Kluwer Academic Publishers, 61-120.

163. Studdert C.A., De Castro R.E., Herrera Seitz K. and J.J. Sánchez, 1997. Detection and preliminary characterization of extracellular proteolytic activities of the haloalkaliphilic archaeon Natronococcus occultus. Arch. Microbiol., 168, 532-535.

164. Taher A.G., 1999. Inland saline lakes of Wadi El Natrun depression, Egypt. Int. J. of Salt Lake Research, 8, 149-169.

165. Tindall B.J., Mills A.A. and Grany W.D., 1980. An alkalophilic red halophilic bacterium from a Kenyan soda lakes with a low magnesium requirement. J. Gen. Microbiol., 116, 257-260.

166. Tindall B.J., Ross H.N.M. and Grany W.D., 1984. Natronobacterium gen. nov., and Natronococcus gen. nov., two new genera of haloalkaliphilic archaebacteria. Syst. Appl. Microbiol., 5, 41-57.

167. Tripp B.C., Smith K., and Ferry J. G., 2001. Carbonic Anhydrase: New Insights for an Ancient Enzyme. J. Biol. Chem., 276, №52, 48615-48618.

168. Turner S., Huang T.-C., Chaw S.-M., 2001. Molecular phylogeny of nitrogen-fixing unicellular cyanobacteria. Bot. Bull. Acad. Sin., 42, 181-186.

169. Van de Peer Y. and De Wachter R., 1994. TREECON for Windows: a Software Package for the Construction and Drawing of Evolutionary Trees for the Microsoft Windows Environment. Comput. Appl. Biosci, 10, 569-570. t

170. Vargas V.A., Delgado O.D., Hatti-Kaul R. and Mattiasson B., 2004. Lipase-producing microorganisms from a Kenyan alkaline soda lake. Biotechnology Letters, 26, №2, 81-86.

171. Volokita M., Zenvirth D., Kaplan A. and Reinhold L., 1984. Nature of the inorganic carbon species actively taken up by the cyanobacterium Anabaena variabilis. Plant Phisiol. 76, 599-602.

172. Uemura K., Anwaruzzaman Miyachi S. and Yokota A., 1997. Ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase from thermophilic red algae with a strong specificity for CO2 fixation. Biochem. Biophys. Res. Commun., 223, 568-571.

173. Wilbur K.M. and Andersen N.G., 1948. Electrometric and colorimetric determination of carbonic anhydrase. J. Biol Chem., 176, 147-154.

174. Woodger F. J., Badger M. R. and Price G. D., 2003. Inorganic carbon limitation induces transcripts encoding components of the C02-concentrating mechanism in Synechococcus sp. PCC7942 through a redox-independent pathway. Plant Physiol., 133, 2069-2080.

175. Ynalvez R.A., Xiao Y., Ward A.S., Cunnusamy K. and Moroney J.V., 2008. Identification and characterization of two closely related p-carbonic anhydrases from Chlamydomonas reinhardtii. Physiologia Plantarum, 133, 15-26.

176. Zahran H.H., 1997. Diversity, adaptation and activity of the bacterial flora in saline environments. Biol. Fertil. Soils, 25,211-223.

177. Zhilina T.N. and Zavarzin G.A., 1994. Alkaliphilic anaerobic community at pH 10. Current Microbiol., 29,109-112.

178. Zhilina T.N., Zavarzin G.A., Rainey F.A., Pikuta E.N., Osipov G.A. and Kostrikina N.A., 1997. Desulfonatronovibrio hydrogenovorans gen. nov., sp. nov., an alkaliphilic, sulfate-reducing bacterium. Int. J. Syst. Bacteriol., 47, 144-149.

Информация о работе

Самылина, Ольга Сергеевна
кандидата биологических наук
Москва, 2008
ВАК 03.00.07

Диссертация

Углерод-концентрирующий механизм как компонент адаптации экстремально натронофильной цианобактерии `Euhalothece natronophila` к существованию в содовых озёрах - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы