Автореферат (Разнообразие бактерий в пелагической и придонной зонах пресноводного антарктического озера Радок (оазис Эймери))

На правах рукописиКАРЛОВ Денис СергеевичРАЗНООБРАЗИЕ БАКТЕРИЙ В ПЕЛАГИЧЕСКОЙ И ПРИДОННОЙ ЗОНАХПРЕСНОВОДНОГО АНТАРКТИЧЕСКОГО ОЗЕРА РАДОК (ОАЗИС ЭЙМЕРИ)03.02.03 – МикробиологияАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата биологических наукСанкт-Петербург20172Работа выполнена в ФГБУ «Петербургский институт ядерной физикиим. Б.

П. Константинова» НИЦ «Курчатовский институт».Научный руководитель:Булат Сергей Алексеевич,кандидат биологических наук.Официальные оппоненты:Турова Татьяна Павловна,доктор биологических наук,ведущий научный сотрудникЛаборатории выживаемости микроорганизмовФГУ «Федеральный исследовательский центр„Фундаментальные основы биотехнологии“РАН», г.

Москва;Щербакова Виктория Артуровна,кандидат биологических наук,заведующая Лабораторией анаэробныхмикроорганизмов ФГБУН «Институт биохимиии физиологии микроорганизмовим. Г. К. Скрябина» РАН, г. Пущино.Ведущая организация:ФГБУН «Лимнологический институт СО РАН».Защита состоится «____» ____________ 2017 г. в _____ часов на заседаниидиссертационного совета ДМ212.232.07 по защите докторских и кандидатскихдиссертаций при Санкт-Петербургском государственном университете по адресу:199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., д. 7/9, биологический факультет,аудитория ______.С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке им. М.

ГорькогоСанкт-Петербургского государственного университета и на сайте http://spbu.ru.Факс для отзывов: +7 (81371) 32-102.Автореферат разослан «____» __________ 2017 г.Ученый секретарьдиссертационного советаШарова Елена Игоревна3ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность проблемы. Озерные экосистемы в Антарктиде являютсяуникальными объектами, представляющими из себя природные лаборатории дляпроведения фундаментальных исследований в области изучения связи междуклиматом,эволюционнымипроцессамиимолекулярнойадаптациеймикроорганизмов к экстремальным условиям существования (Rogers et al., 2007).Из-за крайне неблагоприятных климатических условий, сложившихся в Антарктидеза последние 14 млн лет (Priscu et al., 2009), экосистемы континентальныхводоемов, в т.

ч. и пресноводных озер, отличаются крайне низкой концентрациейпитательных веществ. Вследствие чего большинство пресноводных антарктическихозер характеризуются упрощенными и укороченными пищевыми цепочками(Laybourn-Parry and Pearce, 2007). В таких водоемах существуютвысокоприспособленные экстремофильные, преимущественно прокариотные,реликтовые сообщества микроорганизмов (Нетрусов, 2004), которые могутпредставлять интерес для биотехнологии.Актуальность изучения водной микробиологии пресноводных антарктическихозер связана также с исследованием биогеохимических циклов, одну из ключевыхролей в которых играют бактерии водной толщи. В связи с этим возникаетнеобходимость в определении биоразнообразия и состава бактериальныхсообществ в рассматриваемых экосистемах в сопоставлении с физико-химическимипараметрами среды.В настоящее время, несмотря на резко увеличившийся интерес к подобного родаисследованиям, до сих пор работы в области молекулярной микробиологииантарктических пресноводных озер представлены в незначительном количестве посравнению с работами, посвященными водоемам более высоких широт.

Отчасти этосвязано как с удаленностью самого континента, так и с суровостью климата на нем,что сокращает число мест для расположения полярных станций и тем самымсущественно ограничивает доступ к озерам.Таким образом, изучение биоразнообразия и структуры микробных сообществантарктических озер вызывает повышенный интерес не только к проблемефункционирования таких экстремальных экосистем, но и определению механизмовадаптации и эволюции микроорганизмов к холоду, а также выявлению новыхтаксонов (Laybourn-Parry and Pearce, 2007).

Помимо этого данные водные объектымогут служить ключевым звеном в понимании того, как могут функционироватьподобные экосистемы, возможно существующие на других ледовых планетах илунах (Priscu et al., 2009).Цель и задачи исследования. Цель работы – с использованием молекулярнобиологических и филогенетических методов охарактеризовать бактериальноеразнообразие оз. Радок на примере изучения образцов различных горизонтовводного столба и истока р. Межозерной.В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи.1. Сравнение трех областей (v3–v5, v4–v8 и полноразмерный ген – ПГ) генов16S рРНК, используемых в ПЦР для выявления бактериального разнообразия.2. Изучение и сравнение бактериального разнообразия четырех горизонтов(от 1,3 до 367 м) водного столба оз.

Радок.3. Изучение бактериального разнообразия дополнительного образца (глубина2 м) в районе истока р. Межозерной.44. Культивирование бактерий филума Planctomycetes водного столбаоз. Радок.Научная новизна. Впервые методом секвенирования бактериальных генов16S рРНК выявлено и описано бактериальное разнообразие самого глубокого вАнтарктиде поверхностного пресноводного оз. Радок. Впервые для изучениябактериальных сообществ антарктического озера были использованы праймерныесистемы сразу на три различные области гена 16S рРНК (полноразмерного гена,областей v3–v5 и v4–v8), тогда как в работах других авторов, посвященныхмикробной молекулярной экологии антарктических озер, использовали не болееодной области данного гена.

Такой подход позволил более широкоохарактеризовать бактериальное разнообразие оз. Радок. Так, благодаряиспользованию области v4–v8 гена 16S рРНК выявленные нами в оз. Радокпредставители филума Planctomycetes (три филотипа из сем. Planctomycetaceae иодин из сем. Phycisphaeraceae), оказались в числе доминирующих филумовбактериальных сообществ пресноводных антарктических озер. Полученные вработе последовательности генов 16S рРНК депонированы в международную базуданных NCBI под номерами: JF901736–JF901755, KR811200–KR811209.Теоретическая и практическая значимость работы. Полученные результатырасширяют наше представление о составе и разнообразии бактериальныхсообществ пресноводных антарктических озер, что способствует пониманиюмеханизмов функционирования и адаптации бактериальных сообществ в течениедлительного периода времени к изменяющимся факторам внешней среды.

Данныеэкосистемы, практически не подверженные антропогенному влиянию, служатпрекрасной моделью для изучения и отслеживания любых природных изменений,влияющих на бактериальный состав этих деликатных водных объектов. Такжепоказано, что для более полного описания бактериального разнообразияпресноводных антарктических озер необходимо использовать как минимумдве области гена 16S рРНК, учитывая биотехнологический потенциал этихводоемов.Апробация работы и публикации.

Основные материалы работы былипредставлены на международных и российских конференциях и симпозиумах:13-й Международной Пущинской конференции молодых ученых «Биология – наукаXXI века» (Пущино, 2009); VI Молодежной школе-конференции с международнымучастием «Актуальные аспекты современной микробиологии» (Москва, 2010);III Всероссийском с международным участием конгрессе студентов и аспирантовбиологов «Симбиоз-Россия» (Н. Новгород, 2010); The 4th International Сonference onPolar and Alpine Microbiology (Ljubljana, Slovenia, 2011); CAREX Сonference on Lifein Extreme Environments (Dublin, Ireland, 2011); 14th International Symposium onMicrobial Ecology (Copenhagen, Denmark, 2012); 1-й Всероссийской научной школеконференции по астробиологии (Пущино, 2012).

По материалам диссертацииопубликовано 2 статьи и 4 тезиса докладов.Положения, выносимые на защиту.1. Во всех изученных горизонтах озера доминирующей группой бактерийоказалсявидовойкомплекс,состоящийизтрехфилотипов,близкородственных виду-кандидату Candidatus Planktophila limnetica изActinobacteria.52. Состав бактериальных сообществ в различных горизонтах значительноварьировался как на уровне филумов, так и филотипов, несмотря наоднородные физико-химические характеристики водного столба озера.3. Секвенирование как минимум двух областей (v3–v5 и v4–v8) генов 16S рРНК,амплифицированных в ПЦР, позволяет полнее охарактеризоватьбактериальное разнообразие.4.

Из 40 выявленных филотипов 33 оказались новыми неизвестными видами (изних 14 филотипов – неидентифицированные).Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 101 странице исостоит из введения, обзора литературы, материалов и методов, результатов иобсуждения, заключения, выводов, списка сокращений и списка литературы. Работаиллюстрирована 6 таблицами, 15 рисунками, содержит 3 приложения. Списоклитературы включает в себя 183 источника, в т. ч. 32 отечественных и151 иностранных.МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫМатериал для исследования включал пять образцов воды, взятых из четырехгоризонтов водного столба в наиболее глубокой точке оз.

Радок (глубина 1,3, 100,200 и 367 м), а также истока р. Межозерной (глубина 2 м). Пробы воды былиотобраны в сезон работы 50-й Российской антарктической экспедиции (РАЭ)в 2005 г. и в замороженном состоянии доставлены в Лабораторию гляциологии игеофизики окружающей среды (ЛГГОС) (Гренобль, Франция).Образцы замороженной воды были расплавлены в ламинаре (класс 100) всертифицированной по чистоте комнате (класс 10000) ЛГГОС. В связи с ожидаемоймалой биомассой материал из воды был сконцентрирован (от 462 до 647 раз) сиспользованием колонок CENTRICON Plus-70 (5kDa) (“Millipore”, США).