Микробиология

Активное изучение электрокаталитических свойств прокариот в последние 30 лет привело к созданию новой области биотехнологии – генерации электричества в микробных топливных или электролитических элементах, где клетки микроорганизмов выступают биокатализаторами анодных или катодных процессов, потребляющими органическое вещество, либо образующими биомассу и вещества с добавленной стоимостью при электротрофной фиксации СО₂. Наиболее экономически перспективным считается применение микробных топливных элементов (МТЭ) для очистки сточных вод и в процессах биоремедиации. В последнее время рассматриваются перспективы внедрения МТЭ или стимуляции электроактивных микробных сообществ для очистки нефтезагрязненных анаэробных слоев почв и морских осадков. Однако этот вариант технологии имеет ряд существенных технических ограничений. Мы описываем лабораторный осадочный МТЭ с биоанодом и биокатодом, инокулированный нефтезагрязненной почвой, который в течение 210 сут непрерывной работы являлся единственным источником электропитания для автономного датчика контроля параметров окружающего воздуха. Генерация электрического тока в МТЭ сопровождалась деструкцией углеводородов в загрязненной почве и формированием различных микробных популяций в анаэробном слое почвы, на аноде и на катоде, в которых доминировали, соответственно, потенциальные нефтедеструкторы, электрогены и электротрофы. При этом выход СО₂ на фоне окружающего воздуха был минимален, что указывает на формирование в МТЭ эффективного газового фильтра. Кратковременное инкубирование МТЭ в полевых условиях выявило значительное влияние колебаний температуры на физико-химические параметры устройства, его производительность и состав катодной микробной популяции. Мы подробно рассматриваем изменения филогенетического и физиологического разнообразия микробных популяций различных зон осадочного МТЭ в процессе его работы, а также намечаем перспективы и проблемы практического применения подобных систем для биоремедиации нефтезагрязненной почвы.

В работе представлены результаты исследования влияния сверхслабых магнитных полей (МП) на жизнеспособность, характеристики роста, дыхательную активность и антагонистические свойства микроскопических грибов. Эксперименты проводили на штаммах, выделенных из внутреннего объема Международной космической станции. Для создания гипомагнитных условий (ГМУ) в экспериментах использовали гипомагнитные камеры ГМК-1 и ГМК-2, экранирующие МП Земли. Стенки камер являются двухсекционным магнитным экраном, изготовленным из аморфной пермаллоевой ленты. В экспериментах камеры ГМК позволили снизить геомагнитное поле в 1000–2000 раз. Максимальное значение МП после размагничивания не превышало 45 нТл. Установлено, что гипомагнитное поле (ГМП) преимущественно не оказывало ингибирующего и/или стимулирующего воздействия на жизнеспособность спор и рост колоний грибов, на что указывало отсутствие достоверных изменений в количественном уровне, проценте прорастания спор и радиальной скорости роста тестируемых штаммов в ГМУ по сравнению с геомагнитными условиями. В то же время интенсивность роста и дыхания в ряде случаев заметно стимулировалась в ГМП при развитии микромицетов на поверхности образцов конструкционных материалов в условиях ограниченной доступности питательных элементов. Также обнаружено, что ГМП оказывает влияние на антагонистические свойства некоторых микроскопических грибов. Выращенный в ГМУ штамм Penicillium rugulosum 633.12 полностью терял свою антагонистическую активность по отношению к бактериям, выявленную у него на высоком уровне при культивировании в стандартных геомагнитных условиях. Полученные результаты обсуждаются в контексте особенностей микробной колонизации среды обитания будущих лунных комплексов.

Целью работы является характеристика связи персистентного профиля и способности к продукции железосвязывающих соединений кишечных изолятов Escherichia coli и Klebsiella pneumoniae с генетическими детерминантами iucBC и clbBN, как на фенотипическом, так и на генетическом уровнях. С использованием сконструированных праймеров и разработанного единого алгоритма мультиплекс-ПЦР установлена широкая частота встречаемости (44.0–80.0%) в популяции условно-патогенных энтеробактерий штаммов с генетическими детерминантами clbBN и iucBC, кодирующих синтез аэробактина и колибактина. Показано, что при наличии в генетическом аппарате энтеробактерий генов clbBN/iucBС штаммы проявляли выраженную способность продуцировать железосвязывающие соединения и целый спектр персистентных характеристик (антилизоцимной, антикарнозиновой, антипептидной активности в отношении ФНОα, антииммуноглобуллиновой активности в отношении IgМ/IgG и биопленкообразования). В геномах секвенированных штаммов clbBN⁺iucBC⁺ в сравнении со штаммами clbBN^-iucBC^- выявлены необходимые гены для биосинтеза и транспорта аэробактина, полный перечень генов острова pks, а также наличие известных гомологов детерминант ингибиторов лизоцима Ivy и MliC, EspP (E. coli M-17) и PliC, LprI (K. pneumoniae ICIS-278_PBV и K. pneumoniae ICIS-277_SVA). Таким образом, штаммы E. coli и K. pneumoniae с генетическими детерминантами хелаторов железа – clbBN и iucBC характеризуются наличием генотипических и фенотипических признаков сидерофоропродукции, протеазной активности в отношении антимикробных факторов хозяина, что позволяет их использовать в качестве маркеров патогенного и персистентного потенциала условно-патогенных энтеробактерий.

Инвазия патогенов сопровождается конкурентными взаимодействиями между патогенами и микробиотой, исключением ниши в кишечнике для патогена и индукцией иммунных процессов в организме хозяина. Эти процессы сопровождаются накоплением вторичных метаболитов микробиоты, что может изменять физико-химические характеристики кишечника хозяина, что, в свою очередь, может влиять на скорость развития бактериальных инфекций, в том числе вторичных. Проведенные исследования показали, что в первые 24 часа in vitro и in vivo взаимодействие Bacillus thuringiensis (Bt) и симбиотических бактерий Serratia liquefaciens приводит к защелачиванию условий среды, как в культуральной жидкости, так и в содержимом кишечника колорадского жука Leptinotarsa decemlineata. Совместное использование бактерий S. liquefaciens и Bt приводило к 83% гибели личинок колорадского жука уже через 48 ч после воздействия, что было в 8.3 раза выше смертности особей от Bt инфекции, не превысившей 10%. Аналогичные синергические эффекты гибели особей зарегистрированы при скармливании личинкам колорадского жука корма, обработанного Bt и пептидной фракцией метаболитов S. liquefaciens. Не исключено, что при инвазии патогенов в условиях кишечного сообщества микроорганизмов может происходить увеличение синтеза метаболитов и выделение в окружающую среду ингибиторов, которые отвечают за активацию эндотоксинов Bt (Cry – токсинов).

В данной работе показано, что резистентность к меди (II) клеток штамма Achromobacter insolitus LCu2 была снижена добавлением в среду культивирования 1 мкМ нанокластеров серебра: максимальная толерантная концентрация снизилась в 4 раза, минимальная ингибирующая концентрация – в 25 раз. Предполагается, что нанокластеры нарушают функционирование системы эффлюкса меди (II) через связывание с CusC белком, что приводит к частичной утрате бактериями возможности экспортировать избыток катионов меди (II) из клеток.

Известно, что Glycine max и G. soja, вступая в симбиотические отношения с различными видами ризобий, образуют клубеньки детерминированного типа. В таких клубеньках бактероиды мало дифференцированы и незначительно отличаются от свободноживущих бактерий. Недавно было показано, что в клубеньках G. soja при инокуляции штаммом Bradyrhizobium liaoningense RCAM04656 бактероиды значительно превышали по размеру свободноживущие бактерии. В данном исследовании установлено, что пониженная температура (21°С) повышает вариативность длины бактероидов в клубеньках как G. max, так и G. soja, при этом отдельные бактероиды увеличивались в размерах более чем в 15 раз по сравнению с бактериями. При оптимальной температуре (28/24°С) размеры бактероидов варьировали в меньшей степени.