ВВЕДЕНИЕ
В озере Байкал при участии микроорганизмов постоянно идут процессы деструкции органического вещества автохтонного и аллохтонного происхождения. В результате непрерывно поддерживаются процессы биопродукции, происходит интенсивное самоочищение водоема. Участие каждой физиологической группы микроорганизмов и каждой бактерии неотделимо друг от друга и протекает в комплексе. Для того чтобы лучше понять структуру и функционирование микробного сообщества озера Байкал, необходимо исследовать роль отдельно взятых его представителей.
В аспекте этой проблемы представляет большой интерес изучение группы актиномицетов, которые широко распространены в природе. Актиномицеты являются особой группой грамположительных бактерий со сложным онтогенезом, составляющих порядок Actinomycetales. Только эти микроорганизмы способны к мицелиальному росту и образованию на воздушном мицелии гидрофобных спор [Методы почвенной микробиологии и биохимии, 1991]. В настоящее время известно около 100 родов и 1000 видов актиномицетов, что составляет примерно 10 % от всех прокариотических организмов [Miyadoh S., 1997].
Изучением водных актиномицетов занимаются многие иностранные ученые. Это Burman N., Cross Т., Okami Y., Okasaki Т., Weyland H., Jensen P., Jiang C, Sponga F., Mincer Т., Moran M., Webster N. и другие. Согласно их данным существенной и неотъемлемой частью микробного сообщества любой водной экосистемы являются актиномицеты родов Streptomyces и Micromonospora. Среди культивируемых актиномицетов - это две наиболее распространенные и доминирующие группы [Jensen P. et al., 1991; Jiang С. et al, 1996; Sponga F. et al, 1999; Mincer T. et al, 2002]. Основным местом их обитания являются донные осадки, однако, они также встречаются в воде и в
4
губках [Burman N. P., 1973; Jensen P. et al, 1991; Takizavva M. et al, 1993; Sponga F. et al., 1999; Webster N. et al, 2001a]. Одной из проблем, которую на протяжении нескольких десятилетий пытаются решить ученые, является доказательство активного образа жизни актиномицетов в воде. Очень много вопросов и споров вызывает род Streptomyces, который является широко распространенным почвенным актиномицетом. Исследования показывают, что представители этого рода обитают как в донных осадках, так и в водной толще морских и пресноводных водоемов, иногда доминируя среди других актиномицетов [Weyland Н., 1981; Okami Y., 1986; Jensen P. et al., 1991; Moran M. et al., 1995; Mincer T. et al., 2002]. Использование меченого рРНК родоспецифичного зонда доказало водное происхождение рода Streptomyces [Moran M. et al., 1995]. Однако, на самом деле, ситуация более сложная, так как в водной среде присутствуют как автохтонные, так и аллохтонные актиномицеты.
Благодаря лабильности ферментативного аппарата, представители рода Streptomyces и рода Micromonospora легко приспосабливаются к изменяющимся условиям среды обитания, а высокая антагонистическая активность позволяет им подавлять или полностью угнетать жизнедеятельность других бактерий. Обладая этими свойствами, актиномицеты оказывают влияние на экологию всего микробного сообщества, на его состав и видовое разнообразие. В результате изменяется природа и скорость трансформации биогеохимических веществ, что влияет на круговорот органического вещества в целом. Преимущество представителей родов Streptomyces и Micromonospora заключается в том, что они способны минерализовать весьма устойчивые и труднодоступные для других микроорганизмов органические вещества, такие как хитин, целлюлоза, гемицеллюлоза, лигнин, водный гумус, фенольные соединения, которые попадают в водоем из окружающей среды или образуются при отмирании фитопланктона и высшей водной растительности [Горленко В. М. и др., 1977; Peczynska-Czoch W. et al, 1988; Crawford D. L, et al, 1993b; Jiang C. et al, 1996]. Однако и здесь существует проблема, в решении которой
5
мнения ученых расходятся. Это участие актиномицетов в деградации сложных органических соединений, таких как лигнин-целлюлозный комплекс. Целлюлоза, как составная часть этого комплекса, легко разрушается под действием эндоглюконаз и экзоглюконаз Streptomyces и Micromonospora. Что касается лигнина, одни ученые считают, что актиномицеты, выделяя разные ферменты, полностью переводят лигнин в растворимое состояние [Crawford D. L., 1988; Crawford D. L. et al, 1993b; Hernandez M. et al, 1999]. С другой стороны, актиномицеты способны утилизировать только мономеры лигнина и родственные соединения [Eggeling L. et al, 1980; McCarthy A. et al., 1984]. Представители родов Streptomyces и Micromonospora являются продуцентами не только самых сильных антибиотиков, но и цитотоксических противоопухолевых веществ. Поэтому водная среда, в последнее десятилетие, рассматривается в качестве источника получения продуцентов таких биологически активных веществ [Miyadoh S., 1993; Bernan V. et al., 1994; McCracken G. H., 1997; Lazzarini A. et al, 2000; Kurtboke I., 2003].
В последние годы уделяется много внимания филогенетическому анализу микробного сообщества озера Байкал. Результаты показали присутствие актиномицетоподобных бактерий в водной толще озера, в частности Streptomyces. В Южном Байкале на глубине 400 м количество актиномицетных последовательностей составляет около 30 %, а в центральном бассейне озера методом флуоресценции при гибридизации обнаружено до 4 % актиномицетов [Семенова Е. А. и др., 1998; Денисова Л. Я. и др., 1999; Glockner F. О. et al., 2000]. Некоторые исследователи указывают на присутствие немицелиальных актиномицетоподобных бактерий в микробном сообществе в воде озера [Максимова Э. А. и др., 1989; Лаптева Н. А., 1990]. В целом, при подсчете общей численности гетеротрофных бактерий актиномицеты учитывали, но отдельно, как компонент бактериального сообщества, ранее не изучали [Гоман Г. А. и др., 1983].
Как известно, представители родов Streptomyces и Micromonospora способны расти на очень бедных по содержанию органического вещества
6
средах, то есть являются олигокарбофилами [Korn-Werdish F. et aL, 1992; Vobis G., 1992]. Кроме того, эти актиномицеты жизнеспособны в низкотемпературных условиях, а их споры устойчивы к высокому давлению кислорода [Helmke Е., 1981; Weyland Н., 1981; Korn-Werdish F. et aL, 1992]. Поэтому, большой интерес представляет изучение родов Streptomyces и Micromonospora в озере Байкал, так как это уникальный, пресноводный, олиготрофный и глубоководный водоем, среднегодовая температура воды в котором, составляет всего +3-4°С.
Цель данной работы - исследование актиномицетов рода Streptomyces и рода Micromonospora в структуре и функционировании микробного сообщества озера Байкал.
Для достижения этой цели были поставлены следующие основные задачи:
1. Выделить актиномицеты родов Streptomyces и Micromonospora из воды, донных осадков и губок различных районов озера Байкал и идентифицировать их до вида.
2. Исследовать особенности распространения актиномицетов в воде, в донных осадках и губках и установить экологические факторы, влияющие на их обитание в озере Байкал.
3. Изучить ферментативную активность актиномицетов родов Streptomyces и Micromonospora при низких температурах.
4. Выявить антагонистические взаимоотношения актиномицетов с другими автохтонными и аллохтонными микроорганизмами.
На защиту выносятся следующие положения:
1. Впервые из озера Байкал выделены актиномицеты, принадлежащие к родам Streptomyces и Micromonospora. Способность актиномицетов к активному образу жизни в водоеме обусловлена тем, что они являются олигокарбофилами и психрофилами.
2. Наиболее распространенными в воде, донных осадках и губках озера Байкал являются S. globispoms и М. echinospora. Обнаружены виды, которые
7
занимают строго определенные экологические ниши: S. viridogenes, S. chrysomallus, S. helvaticus, S. longisporoflavus, S. pluricolorescens и S. flavofuscns обитают только в воде, a S. nitrosporens в губках. Выявлено И видов Streptomyces, которые живут только в донных осадках районов, подверженных антропогенному воздействию.
3. Актиномицеты родов Streptomyces и Micromonospora могут служить показателем поступления трудно разлагаемого органического вещества в озеро Байкал, т. к. в районах, испытывающих антропогенную нагрузку, их численность на I - 2 порядка больше, чем в районах, не подверженных такому влиянию.
4. Байкальские актиномицеты родов Streptomyces и Micromonospora, обладая высокой потенциальной ферментативной активностью, а также способностью к продуцированию антимикробных веществ, имеющих антибактериальное и противогрибковое действие, оказывают значительное влияние на структуру и функционирование микробного сообщества озера Байкал.
Научная новизна и практическая значимость работы. Впервые из озера Байкал выделены 336 штаммов актиномицетов родов Streptomyces и Micromonospora. Установлено, что эти два рода являются олигокарбофилами и факультативными психрофилами. Наиболее часто встречаемые актиномицеты представлены 32 видами. Изучены экологические особенности их обитания в водной толще литоральной и глубоководной частях озера, в донных осадках районов с различной антропогенной нагрузкой и в разных видах байкальских губок. Впервые установлено, что представители родов Streptomyces и Micromonospora проявляют высокую ферментативную активность, а также антагонистическую активность по отношению к автохтонным и аллохтонным микроорганизмам.
Актиномицеты родов Streptomyces и Micromonospora могут быть использованы в комплексном экологическом мониторинге экосистемы озера Байкал, как показатели поступления трудно разлагаемого органического
8
вещества в водоем. Штаммы актиномицетов, обладающие целлюлозоразрушающей активностью, могут быть рекомендованы для биологической очистки сточных вод целлюлозо-бумажной промышленности. Способность байкальских актиномицетов подавлять рост антибиотико-резистентных штаммов микроорганизмов, вызывающих разные инфекционные заболевания у людей, указывает на возможность их применения в качестве продуцентов новых биологически активных веществ.
Апробация работы и публикации. Основные результаты исследований представлены и обсуждены на: международной конференции «Экология Сибири, Дальнего Востока и Арктики (ESFEA -2001)», Томск, 2001; региональной научно-практической конференции «Интеграция
фундаментальной науки и высшей школы в устойчивом развитии Сибири», Иркутск, 2001; российской научно-практической конференции «Оценка современного состояния микробиологических исследований в Восточно-Сибирском регионе», Иркутск, 2002; международном конгрессе по экологии «VIII INTECOL, Ecology in a changing world», Сеул (Корея), 2002; третьем международном симпозиуме «Ancient lakes: speciation, development in time and space, natural history», Иркутск, 2002; первом конгрессе микробиологов Европы «FEMS congress of European microbiologists», Любляна (Словения), 2003; международном байкальском симпозиуме по микробиологии «Microorganisms in ecosystems of lakes, rivers and reservoirs», Иркутск, 2003; XIII международном симпозиуме по биологии актиномицетов «Actinomycetes are Multicultural», Мельбурн (Австралия), 2003; Иркутском региональном отделении Микробиологического общества, 2004.
По теме диссертации опубликовано 11 работ.
9
Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1.1. Общая характеристика актиномицетов
Актиномицеты, составляющие порядок Actinomycetales, являются особой группой прокариотических организмов со сложным онтогенезом, принадлежащей к грамположительным бактериям. В настоящее время известно около 100 родов и 1000 видов актиномицетов, что составляет примерно 10 % от всех прокариотических организмов (бактерий и архей) [Miyadoh S., 1997]. Из всех прокариот только эти микроорганизмы способны к мицелиальному росту и образованию на воздушном мицелии гидрофобных спор [Методы почвенной микробиологии и биохимии, 1991; Михайлов В. В. и др., 1999].
Первые сведения об актиномицетах появились в 1874 году, когда немецкий ученый Ф. Кон выделил и описал микроб с тонкими ветвящимися нитями. В 1878 году Ц. Гарц обнаружил нитевидные сплетения с лучистым расположением нитей. Найденный микроорганизм был назван им лучистым грибком — Actinomyces, что в переводе с греческого значит, actis — луч и туке — гриб [Введение. Бактерии и актиномицеты., 1974]. Благодаря тому, что актиномицеты имеют мицелиальный рост, но при этом являются одноклеточными прокариотическими микроорганизмами, их считают промежуточной группой между бактериями и грибами.
Мицелиальный план организации, присущий значительной части представителей порядка, определяет дифференциацию организмов, сложность жизненных циклов, биохимические и физиологические проявления, отличные от истинных бактерий. Экологическая стратегия актиномицетов подобна более сложно организованным эукариотическим мицелиальным организмам — грибам [Методы почвенной микробиологии и биохимии, 1991]. С бактериями их объединяет отсутствие ядерной мембраны, малый диаметр гиф (0.5 - 2.0 мкм),
10
чувствительность к лизоциму, химическая природа клеточной стенки, чувствительность к антибактериальным агентам, наличие жгутиков бактериального типа. Поэтому, несмотря на нитевидный рост некоторых форм, актиномицеты все же принято относить к бактериям, а не к грибам [Краткий определитель бактерий Берги, 1980]. Нити мицелия не имеют перегородок - вся грибница состоит из единственной разросшейся нитевидной, сильно разветвленной клетки. Вместо организованных ядер находятся зерна хроматина [Красильников Н. А., 1950].
По составу оснований ДНК актиномицеты представляют собой компактную группу, где содержание ГЦ пар колеблется в узких пределах, от 58 до 75 %. Исключение составляют некоторые актиномицеты, связанные с организмом человека и животных, и термофильные актиномицеты, относящиеся к родам Thermoactinomyces и Streptosporanghim, у которых содержание ГЦ составляет примерно* 44-54% [Методы почвенной микробиологии и биохимии, 1991]. В настоящее время на основании молекулярно-биологических исследований доказано, что актиномицеты все же являются бактериями, и вместе с близкородственными актиномицетоподобными бактериями они отнесены в класс Actinobacteria [Stackebrandt E. et ah, 1997]. Филогенетический анализ последовательностей 16S рРНК показал, что все актиномицеты являются представителями домена Bacteria, в котором они формируют одну из главных ветвей происхождения [Fox G. et al,, 1980; Embley T. M. et aL, 1994]. На филогенетическом дереве мицелиальные формы перемежаются с немицелиальными. Мицелиальные или высшие актиномицеты различаются между собой по морфологическим свойствам (тип и стабильность мицелия, число и расположение спор, образование склероциев, спорангиев и подвижных элементов), физическим свойствам (теплоустойчивость), химическим свойствам (строение клеточных стенок и целых клеток, тип липидов, изопреноидных хининов и др.). По строению клеточной стенки и присутствию дифференцирующих Сахаров в гидролизатах целых клеток все актиномицеты, обладающие окислительным
И
метаболизмом, разделены на 4 группы. Все эти группы содержат в клеточной стенке диаминопимелиновую кислоту (ДАПК), которая имеет две изомерные формы - LL-ДАПК и мезо-ДАПК. Некоторые актиномицеты с четвертым типом клеточной стенки {Nocardia, Micropolyspora, Saccharomonospora и др.) содержат миколовые жирные кислоты [Методы почвенной микробиологии и биохимии, 1991]. К немицелиальным актиномицетам относятся пропионовые бактерии, бревибактерии, микрококки, бифидобактерии, франкии, микобактерии, коринебактерии и другие грамположительные бактерии, имеющие тенденцию к плеоморфизму [Михайлов В. В. и др., 1999]. Исходя из современного уровня знаний, актиномицеты можно определить как бактерии, которые на свойственной прокариотам ультраструктурной и химической основе реализуют мицелиальный план организации в более сложной форме, свойственной эукариотам-грибам.
Согласно филогенетической системе классификации, созданной по данным последовательностей 16S рРНК, высшие мицелиальные и низшие немицелиальные актиномицеты можно разделить на 9 групп:
1) актинобактерии - гетерогенная группа, включающая семейство
Actinomycetaceae, группу коринеподобных бактерий, роды Oerskovia,
Promicromonospora;
2) актинопланы - включает актиномицеты, образующие спорангии и моноспоровый род Micromonospora;
3) актиномицеты с многоклеточными спорангиями;
4) нокардиоподобные актиномицеты - включает роды, содержащие миколовые кислоты;
5) стрептомицеты - группа, объединяющая разнообразные по морфологии актиномицеты, содержащие LL-ДАПК в пептидогликане клеточной стенки;
6) мадуромицеты - конгломерат родов, из разных семейств с третьим В типом клеточной стенки (мезо-ДАПК, мадуроза);
12
7) термомоноспоры - гетерогенная группа родов Actinosynnema, Nocardiopsis, Streptoalleloteichus, Tliermomonospora;
8) микрополиспоры - группа близких по морфологии и хемотаксономическим признакам родов — Actinopolyspora, Faenia, Psendonocardia, Saccharomonospora, Saccharopolyspora и виды нокардий, не содержащие миколовые кислоты;
9) термоактиномицеты - представлены единственным родом Thermoactinomyces [Методы почвенной микробиологии и биохимии, 1991].
Представители рода Streptomyces (Waksman et Henrici, 1943) образуют хорошо разветвленный мицелий, обычно 0.5-2.0 мкм в диаметре, как правило, нефрагментированный, который подразделяется на субстратный и воздушный мицелий. Колонии обычно небольшие, 1-10 мм в диаметре, плотные, кожистые, врастающие в субстрат. Поверхность колоний покрыта мучнистым, бархатистым или пушистым воздушным мицелием, который несколько толще субстратного и обладает гидрофобными свойствами. Цепочки спор образуются на специальных спороносящих гифах, отходящих от стерильных гиф воздушного мицелия моноподиально или в виде пучков. Цепочки спор могут быть прямые, волнистые или спиральные, состоят из 3-50 или более спор. Спиральные цепочки имеют форму от крючков до хорошо развитых спиралей с 8-10 оборотами. Склероции не образуются. Споры неподвижны, их стенки покрыты оболочкой, ответственной за конфигурацию поверхности. Поверхность спор может быть гладкой, бородавчатой, покрытой шипами или волосками разной длины, толщины и густоты. Клеточная стенка первого типа, содержит LL-диаминопимелиновую кислоту, а дифференцирующие сахара отсутствуют. Стрептомицеты образуют различные пигменты, которые являются продуктами вторичного метаболизма и обуславливают окраску воздушного и субстратного мицелия, а также субстрата. Известно более 200 пигментов, принадлежащих к разным классам химических соединений. По цвету их
13
классифицируют на желтые, оранжевые, красные, фиолетовые, синие, зеленые, коричневые и черные [Гаузе Г. Ф. и др., 1983].
Представители рода Micromonospora (0rskov, 1923) имеют хорошо развитый, ветвящийся септированный мицелий из гиф в среднем 0.5 мкм в диаметре. Споры одиночные, неподвижные, сферической или овальной формы, 0.7-1.5 мкм в диаметре, сидят на коротких или длинных спороносцах субстратного мицелия. Поверхность спор практически всех видов этого рода имеет покрытие из шипов. Спороносцы часто собраны в кластеры, развиваются моноподиально или в некоторых случаях симподиально. Воздушный мицелий отсутствует или у некоторых культур встречается непостоянно в виде небольших пятен белого или сероватого налета. Колонии на агаре ограничены в периферическом росте, поднимаются круто от поверхности среды и имеют вид скрученного ядра ореха. Окраска колоний Micromonospora вначале желто-коричневая, а по мере образования спор становится красной, оранжевой, темно-коричневой и черной. Micromonospora не кислотоустойчивые актиномицеты, клеточная стенка которых содержит мезо-ДАПК, глицин, ксилозу и арабинозу [Luedemann G. M. et ah, 1973; Краткий определитель бактерий Берги, 1980; Kawamoto L, 1989; Методы почвенной микробиологии и биохимии, 1991].
Если говорить о происхождении актиномицетов, то по данным Эмбли, на основании построенного филогенетического дерева все еще нельзя с уверенностью установить их предка. Автор предполагает, что прародитель, который дал начало происхождению актиномицетной линии, эволюционировал приблизительно 2 млрд. лет назад (около 80 % сходства последовательностей). На филогенетическом дереве бактерии родов Atopobium и Sphaerobacter и штамм ТНЗ, формирующие начало происхождения актиномицетой линии, отделились от родового ствола около 1.9 млрд. лет назад (83-85 % сходства последовательностей). Основное ответвление кластера актиномицетов имело место менее 1 млрд. лет назад (менее 88 % сходства последовательностей). В пределах этого кластера некоторые филогенетически гомогенные, но иногда фенотипически гетерогенные субкластеры разошлись за короткий
14
эволюционный период, а большие субкластеры, например, Streptomycetaceae, Arthrobacter и родственные формы, произошли менее 500 млн. лет назад (менее 92 % сходства) [Embley Т. М. et al., 1994].
1.2. Распространение актиномицетов в водоемах
Актиномицеты являются весьма распространенной в природе группой микроорганизмов. Ее представителей можно встретить везде — в почве, в воздухе, а также в водных экосистемах - в реках, озерах, морях, океанах и т. д. [Горленко В. М. и др., 1977]. Вода, донные осадки, губки и другие водные организмы являются основным местом обитания актиномицетов в водоемах и могут быть благоприятными источниками для их выделения. Донные осадки наиболее богаты актиномицетами, тогда как в водной толще их численность незначительна [Родина А. Г., 1965; Вштпап N. Р., 1973]. По данным некоторых исследователей, в разных водоемах (реках, озерах, морях, океанах) наиболее распространенными являются нокардиоформные актиномицеты, группа Актинопланы, род Micromonospora и род Streptomyces [Jensen P. et al., 1991; Takizawa M. et al., 1993; Jiang C. et al, 1996; Sponga F. et al., 1999; Mincer T. et al., 2002]. Так, в донных осадках двенадцати озер среднего плато Юнань (Китай), исследуемых на протяжении 10 лет, среди культивируемых актиномицетов доминирует род Micromonospora (39-89 %). Вторыми по численности являются представители рода Streptomyces (6-60 %). В зависимости от типа озера и от сезона года выделяют в разных соотношениях представителей родов Actinoplanes, Thermomonospora, Actinomadura, Nocardia, Saccharopolyspora, Microtetraspora, Micropolyspora, Rhodococcus, Mycobacterium и другие. В целом, видовой состав актиномицетов был более разнообразным в сухой период года. Из осадков озера Ченгхай в этот период выделяли до девяти родов актиномицетов, а в сезон дождей только пять. Однако численность представителей рода Streptomyces преобладала все же в дождливый период, что связывали с попаданиехМ спор Streptomyces в воду из
15
почвы во время ливневых дождей [Jiang С. et al., 1996]. Из 289 штаммов, выделенных из морских осадков, все, кроме шести, принадлежали к актинопланам и стрептомицетам [Jensen P. et al., 1991]. В морских осадках бухты Чизпик численность актиномицетов в 1 мл влажного осадка достигала 0.15 - 8.63% культивируемого микробного сообщества, причем большую часть составляли актинопланы [Takizawa M. et al., 1993]. Среди актиномицетов, выделенных из морских осадков Атлантического океана, Красного и Средиземного морей к роду Streptomyces принадлежало 50%, а остальные 50 % приходилось на долю редких родов Actinomadura и Microtetraspora [Sponga F. et al., 1999]. В океанических донных осадках, собранных у Багамских островов, в Красном и Кортезском морях, обнаружены устойчивые и широко распространенные популяции облигатных морских актиномицетов. Филогенетический анализ полных 16S рДНК последовательностей семи штаммов этих актиномицетов выявил монофилетический кластер в пределах семейства Micromonosporaceae [Mincer Т. et al., 2002]. В пресной речной воде Бурман обнаружил семь типов актиномицетов: Streptomyces, Micromonospora, два промежуточных типа между Streptomyces и Micromonospora, Streptosporangium, Nocardia и водные штаммы Streptomyces [Burman N. P., 1973].
Актиномицеты обитают также и в морских губках. Исследование филогенетического разнообразия симбиотических бактерий морской губки Rhopaloides odorabile показало значительное количество актинобактерий в ее ткани. В целом, они составляли до 30 % всех полученных клонов. FISH метод также подтвердил локализацию актинобактерий по всему мезофилу губки. Добавление водного экстракта из губки к специальной среде для выделения актиномицетов позволило изолировать новые ранее некультивируемые штаммы актиномицетов [WebsterN. etal., 2001a]. В морских губках по видовому составу на долю представителей рода Streptomyces приходится 31%, а 69 % составляют представители редких родов, главным образом Micromonospora, за которым по численности следуют нокардиоформные актиномицеты, род Actinomadura и род
16
Microtetraspora [Sponga F. et al., 1999]. Весьма интересны взаимоотношения морских губок и бактерий, которые служат главным источником их питания [Сорокин Ю. И., 1990]. Функции бактерий еще во многом не изучены, но показано, что они своими ферментами прочищают каналы внутри губки, поддерживая тем самым фильтрационную активность животного, а также усваивают растворенное и взвешенное вещество, наращивая свою биомассу, которая затем переваривается клетками губки. Бактерии находятся в бактериоцитах и мезофиле, достигая 107 кл./г сырой массы, а иногда составляя 40 % всей массы клеток губки [Wilkinson С. et al., 1980; Wilkinson С, 1983; Webster N. et al., 2001b]. В пресноводных губках озера Байкал Lubomirskia baicalensis и Baicalospongia bacilli/era общее число бактерий, по данным прямого счета, достигает 563 млн. кл./см2 [Родина А. Г., 1954].
В озере Байкал актиномицеты систематически и детально ранее не изучались. Некоторые исследователи указывают на присутствие отдельных групп актиномицетов в микробном сообществе в воде озера [Максимова Э. А. и др., 1989; Лаптева Н. А., 1990]. Лаптева Н. А., изучая видовой состав олигокарбофильных бактерий и их распространение по акватории озера и в водной толще, обнаружила среди доминирующих групп бактерий низшие немицелиальные формы актиномицетов — род Arthrobacter и род Corynebacterium. Arthrobacter обитает преимущественно в северной части озера, а наибольшая численность представителей этого рода отмечается чаще всего в средней части. В целом, Arthrobacter преобладает на глубине пятьдесят метров и с глубиной его количество уменьшается. Представители рода Coryne bacterium обитают в основном в зоне эпилимниона и в придонных слоях, достигая своего максимального количества в период отмирания фитопланктона [Лаптева Н. А., 1990]. Представители рода Arthrobacter обнаружены и в байкальских губках Lubomirskia fus if era и Baicalospongia bacilli/era [Efremova S. M. et al., 2002]. В воде также встречаются значительное количество бактерий рода Mycobacterium, которые также относятся к немицелиальным актиномицетам [Максимова Э. А. и др., 1989]. Исследование бактериального
17
сообщества озера Байкал с помощью методов молекулярной биологии показало, что байкальские актиномнцеты образуют два отдельных кластера. Один из них включает некультивируемые бактерии ARFS33 и BURTON-14 и примыкает к кластеру, образованному некультивируемыми бактериями, обнаруженными в природных почвах и водных источниках [Белькова Н, Л. и др., 2003]. Другой кластер включает не культивируемые бактерии GKS2-103 и FukuN30, обнаруженные в озерах Австрии (Gossenkollesee) и Германии (Fuchskuhle) и выделенные недавно в отдельный кластер hgcl в филогенетической группе актинобактерий, который является специфичным для водных бактерий, обитающих в природных источниках [Glockner F. О. et at., 2000]. Филогенетический анализ данных последовательностей 16S рРНК сообщества бактерий, обитающих в водной толще озера Байкал, позволил оценить численность актиномицетов в целом. В результате установлено, что актиномицетоподобные бактерии в Южном Байкале на глубине 400 м составляют до 30 %. Однако, они имеют очень низкую степень сходства (85-90%) с известными в EMBL-банке последовательностями. На
филогенетическом дереве они образуют два хорошо выраженных кластера, примыкающих к актиномицетам. Один из этих кластеров включает в себя не культивируемый актиномицет АСК-М1, выявленный такими же хМетодами из горных озер (штат Нью-Йорк, США). Штамм АСК-М1 также относится к новому филогенетическому кластеру hgcl в семействе Actinomycetaceae. Другой кластер примыкает к Microthrix parvicella, идентифицированному как генетически отдаленному от известных на то время актиномицетов. Таким образом, соответствующие актиномицетоподобные байкальские бактерии относятся к двум неизвестным до сих пор филогенетическим группам. Высокое представительство актиномицетов на глубине 400 м, возможно, объясняется повышенным содержанием органических веществ на этой глубине. В глубинных слоях (1200-1400 м) количество актиномицетоподобных бактерий падает [Денисова Л. Я. и др., 1999]. Первичный филогенетический анализ водных образцов пикопланктона, взятых в Южном Байкале с глубин 5 и 10 |
