Генетика и геномика микроорганизмов в условиях антропогенного воздействия, биотехнология защиты окружающей среды

Объектами исследования являлись штаммы микрорганизмов, выделенные из образцов почвы и ризосферы растений озера Сорное; штамм Pseudomonas putida Ch2, сочетающий способность к деструкции глифосата и капролактама; ключевые гены штамма Rhodococcus qingshengii F2-2, вовлечённые в деградацию углеводородов и продукцию биоПАВ; штамм Pseudomonas protegens Pf5, синтезирующий метаболиты, участвующие в поддержании здоровья растений; негемовые мембранные алканмонооксигеназы представителей рода Rhodococcus; микроорганизмы, устойчивые к тяжелым металлам и антибиотикам, выделенные из сточных вод г.Тулы; штамм – деструктор углеводородов нефти Pseudomonas sp. OVF7, выделенный из нефтезагрязненных почв нефтяного месторождения в ЯМАО; а также штамм Delftia sp. ULwDis3, выделенный из проб морской воды Финского залива, способный к биодеградации углеводородов нефти. Из девяти образцов почв и растений с территории озера Сорное выделено 50 чистых культур бактерий. Проверка коллекции показала, что подавляющее большинство выделенных ризосферных бактерий не способны утилизировать ПАУ. Дальнейший скрининг показал, что ряд ризосферных штаммов обладают антагонистической активностью по отношению к фитопатогенным микроорганизмам. В результате проведенного скрининга было отобрано 12 штаммов, способных подавлять рост фитопатогенов. Исследован штамм Pseudomonas putida Ch2, обладающий уникальной способностью утилизировать токсичные соединения: epsilon-капролактам и гербицид глифосат. Исследовано влияние этих соединений на ультратонкое строение клеток и деградативные способности штамма. Проведены электронномикроскопические исследования при выращивании штамма на различных субстратах. Прказано, что отличительной особенностью P. putida Ch2 является способность к формированию включений полигидроксиалаконоатов. Секвенирован полный геном штамма Rhodococcus qingshengii F2-2, продуцирующего биосурфактанты при росте на гексадекане. Геном штамма состоит из хромосомы и трех плазмид: одной кольцевой и двух линейных. Геном содержит 6741 кодирующих последовательностей. В геноме штамма Rhodococcus qinqshengii F2-2 впервые определены гены, вовлечённые в катаболизм углеводородов - пять генов алканмонооксигеназ (alkB). Установлена структура локусов генов предполагаемых ацилтрансфераз. Проведено секвенирование штамма Pseudomonas protegens P4-2, обитающего в ризосфере и продуцирующего вторичные метаболиты, подавляющие почвенные патогены. Показано, что штамм синтезирует четыре метаболита, токсичные для грибов и важные для биоконтроля. Кластеры генов для каждого из этих соединений обнаружены в геномной последовательности P. protegens Pf5. Кроме того, обнаружены кластеры генов для биосинтеза двух сидерофоров. Около 5,7% генома Pseudomonas protegens P4-2 (400 kb) отвечает за синтез вторичных метаболитов, участвующих в поддержании здоровья растений, что является самым большим процентом среди геномов Pseudomonas spp., секвенированных на сегодняшний день. Проведён анализ разнообразия негемовых мембранных алкан монооксигеназ (АМО AlkB-типа) у представителей рода Rhodococcus. Выделено три основных группы. Распределение подтипов АМО оказалось видоспецифичным, что говорит в пользу использования генов alkB для дополнительной таксономической идентификации родококков. При этом почти у всех видов родококков встречаются АМО первой группы. Количество генов alkB разных подтипов в одном геноме может доходить до 5 (у R. qingshengii). Из образцов осадков сточных вод г.Тула выделены штаммы, устойчивые к 3-5 мМ тяжелых металлов (Cu, Co, Ni, Pb, Zn, Cd). Отобранные штаммы идентифцированы и проверены на устойчивость к антибиотикам. Все штаммы имели устойчивость к нескольким антибиотикам. Штаммы проверяли на наличие плазмид. Плазмиды были обнаружены в четырех штаммах, устойчивых к кадмию. Штамм Rhodococcus qingshengii SS6-3, устойчивый к никелю также содержал плазмиду. Исследован штамм- деструктор Pseudomonas sp. OVF7, выделенный из нефтезагрязненных почв в ЯНАО. Проверена его субстратная специфичность, определены физиологические параметры. Установлено, что OVF7 способен утилизировать н-алканы, нафталин, сырую нефть и дизельное топливо в диапазоне температур 24-28 °C. Показано, что штамм Pseudomonas sp. OVF7 способен образовывать биопленки. Архитектура биопленок зависит от используемого субстрата. Собран и проанализирован полный геном штамма Pseudomonas sp. OVF7. Установлено, что в геноме Pseudomonas sp. OVF7 присутствуют все гены, необходимые для превращения н-алканов в производные ацил-КоА (alk-гены), а также гены, участвующие в деградации нафталина через салицилат и катехол (nah и sal-гены) Изучен штамм Delftia tsuruhatensis ULwDis3, выделенный из проб морской воды Финского залива. Оценены ключевые параметры роста микроорганизма при культивировании в минеральной среде с нафталином. Идентифицированы метаболиты и оценена активность ключевых ферментов пути деградации нафталина. Собран и проанализирован полный геном штамма Delftia tsuruhatensis ULwDis3. Видовая принадлежность штамма ULwDis3 была определена на основании значений средней нуклеотидной идентичности и ДНК-ДНК гибридизации. Установлено, что хромосома штамма D. Tsuruhatensis ULwDis3 содержит все гены, необходимые для окисления нафталина через салицилат и гентизат, эти гены организованы в единый оперон (nag–оперон). Хотя подобная организация генов деградации нафталина характерна для бетапротеобактерий, для бактерий рода Delftia впервые она описана именно на примере штамма D. tsuruhatensis ULwDis3.