Горизонтальный перенос генетической информации как фактор быстрой адаптации микроорганизмов к условиям окружающей среды и микроэволюционных процессов.

Объектами исследования являлись штаммы бактерий, устойчивые к антибиотикам, выделенные из проб береговой линии реки Оки в окрестностях г. Пущино; образцы морской воды и седиментов Финского залива Балтийского моря и веделенные из нее геномные ДНК; ризосферные бактерии рода Pseudomonas, содержащие плазмиды биодеградации ПАУ, и способные улучшать рост растений за счет различных механизмов; фитопатогенный гриб Rhizoctonia solani, вызывающий гибель растений, микроорганизмы,устойчивые к тяжелым металлам, а также штамм P. putida Ch2, способный к деградации капролактама, салицилата и глифосата. Пробы воды, донных отложений и песка трёх пляжей в окрестностях г. Пущино проверены на наличие антибиотикорезистентных микроорганизмов. Общая численность культивируемых микроорганизмов была сходной во всех пробах воды и составляла 1.6 × 103 – 2.7 × 103 клеток/мл образца. Во всех исследованных сайтах обнаружены мультирезистентные штаммы. Сточные воды очистных сооружений, прошедшие очистку, вносят вклад в загрязнение поверхностных вод реки Ока штаммами, устойчивыми к аминогликозидам. Методами биоинформатики определен состав и разнообразие микробиоты воды и седиментов двух участков Финского залива Балтийского моря, подвергавшихся воздействию нефтепродуктов. Проведено определение биодеградативных возможностей микробиоты воды и седиментов Балтийского моря на основе анализа качественного и количественного состава их микробиомов. В работе использовали тотальную геномную ДНК микроорганизмов, выделенную из проб морской воды и донных отложений Финского залива Балтийского моря после накопительного культивирования на различных субстратах-загрязнителях. Проведен анализ таксономического разнообразия. Бактериальные сообщества исследованных образцов преимущественно сформированы двумя филумами: Proteobacteria и Bacteroidetes. Наиболее распространенными родами оказались представители родов Acinetobacter и Pseudomonas. Также довольно распространенными оказались представители родов Sphingobium, Novosphingobium и Flavobacterium. Представители рода Acinetobacter сформировали основу микробиомов в летних образцах. Зимние образцы были более разнообразны по таксономическому составу и представлены в основном родами Pseudomonas, Sphingobium и Novosphingobium. Видовой состав зимних образцов и образцов п. Усть-Луга содержит большее количество ОТЕ (операционных таксономических единиц) и таксономически более разнообразен по сравнению с летними образцами и образцами из д. Кандикюля. Исследование бета-разнообразия показало, что зимние и летние образцы достоверно отличимы друг от друга. Для изучения взаимодействий ризосферных штаммов-деструкторов ПАУ с растением-хозяином и фитопатогенами в условиях загрязнения была разработана модельная система, включающая ризосферные бактерии рода Pseudomonas, фитопатогенный гриб Rhizoctonia solani, загрязнитель - нафталин и растение семейства Крестоцветных (рапс яровой). Проведенные микровегетационные эксперименты показали, что в модельных системах с искусственным фитопатогенным фоном в условиях загрязнения нафталином плазмидосодержащий штамм-деструктор ПАУ P. chlororaphis BS1393(pBS216) способствовал лучшей защите растений рапса от проявления заболевания, вызываемого R. solani. Штамм P. chlororaphis BS1393(pBS216) обладал более выраженным защитным эффектом по сравнению как с бесплазмидным штаммом P. chlororaphis BS1393 так и с вариантом без бактеризации. Наличие защитного эффекта в случае полифункциональных штаммов может свидетельствовать о сохранении их колонизирующей способности в условиях загрязнения ПАУ и искусственного фитопатогенного фона. В вегетационном опыте изучено влияние штаммов PGPR Pseudomonas (P. chlororaphis OV17, P. protegens 38a, P. putida О9-10) на адаптацию растений-регенерантов клоновых подвоев яблони к условиям ex-vitro. Показано, что инокуляция корней растений исследуемыми штаммами способствует увеличению общей численности ризосферных микроорганизмов, оказывает фитостимулирующий эффект и улучшает приживаемость растений. С течением времени численность внесенных штаммов псевдомонад значительно падает. К 90 суткам эксперимента не удалось обнаружить штаммы P. chlororaphis OV17 и P. putida О9-10; численность P. protegens 38a составляла около 0,56 млн. КОЕ/г корней. Из проб очистных сооружений г.Тулы выделены и охарактеризованы штаммы микроорганизмов, устойчивые к тяжелым металлам. Из воды и ила отстойников были выделены микроорганизмы, устойчивые к Cd, Cu, Pb, Zn. Среди устойчивых к ТМ штаммов преобладали варианты, устойчивые к Pb и Zn. Результаты филогенетического анализа последовательностей гена 16S рРНК показали, что большинство выделенных устойчивых к ТМ штаммов относятся к роду Pseudomonas. Выделенные и идентифицированные штаммы микроорганизмов, устойчивые к загрязнению тяжелыми металлами, могут быть использованы для осаждения и деструкции органического вещества сточных вод на разных этапах их очистки. Исследован бактериальный штамм Pseudomonas putida Ch2, утилизирующий в качестве единственных источников углерода и энергии салицилат (САЛ) и epsilon-капролактам (КАП)- токсичное синтетическое соединение, которое используется как сырье для производства нейлона-6. Выделенный штамм рос также на минеральной среде с глифосатом (ГФ) - гербицидом широкого спектра действия - в качестве единственного источника фосфора, что является довольно редким явлением у бактерий. Такое уникальное сочетание способности бактерий к одновременной деградации салицилата, капролактама и глифосата до сих пор описано не было. Штамм P. putida Ch2 исследован на наличие плазмидной ДНК методом пульс-электрофореза. Было показано, что клетки изолята содержат мега-плазмиду размером около 550 т.п.н. Для подтверждения плазмидной детерминации признаков деградации КАП и/или САЛ был осуществлен конъюгационный перенос плазмиды в бесплазмидный реципиентный штамм P. putida KT2442 (gfp, Kmr, Rifr). Таким образом, было доказано, что способность штамма Ch2 утилизировать КАП в качестве единственного источника углерода и энергии контролируется плазмидными генами. Гены, детерминирующие разложение салицилата по всей вероятности локализованы на хромосоме. Выделенный штамм рос на минеральной среде М9, содержащей гербицид глифосат в качестве единственного источника фосфора. Изучена динамикиа роста бактерий и потребления глифосата в качестве единственного источника фосфора при культивировании штамма P. putida Ch2 в жидкой минеральной селективной среде, что свидетельствует о том, что штамм P. putida Ch2 может извлекать фосфор их данного органофосфоната. Поскольку у бактерий описано несколько путей использования ГФ в качестве источника фосфора, был проведен анализ метаболитов, содержащихся в культуральной жидкости растущего на указанной среде штамма, методом HPLC. Было показано, что в стационарной фазе, когда рост бактерии замедляется, в культуральной жидкости накапливается аминометилфосфонат (АМФК) - один их продуктов разложения ГФ. Обнаружение в культуральной жидкости данного метаболита позволяет предположить, что первичным сайтом атаки является С-N связь глифосата.