Диссертация (1145858), страница 5
Текст из файла (страница 5)
2006, Cadillo-Quiroz et al. 2008). В данных исследованиях,представители новой группы метаногенов, до этого отнесенных к некультивируемым формамбактерий, были успешно изолированы в чистые культуры. “Candidatus Methanoregula boonei”являетсяпервымкультивируемымпредставителемкластераR10/E2,а“CandidatusMethanosphaerula palustris” кластера E1 внутри Methanomicrobiales.1.1.1.2.МетанотрофыМетанотрофные бактерии или метанотрофы – это одна из подгрупп физиологической группыметилотрофных бактерий, которая являются уникальной по своей способности использоватьметан в качестве единственного источника углерода и энергии.
Группа метилотрофныхбактерий способна к утилизации широкого разнообразия одноуглеродных соединений,включая метан, метанол, метламины, метилсульфатные соединения (Абрамочкина и др., 1987;Anderson et. al., 1988; Antony, 1991; Lidstorm, 1991; Dijkhuzen et. al., 1992).Метан – наиболее стабильное соединение углерода в анаэробных условиях болотныхэкосистем, он является очень важным промежуточным продуктом реакций, в конечном итогеприводящих к минерализации органического вещества (Dagley, 1978). Эмиссия метана вболотных экосистемах контролируетсясообществом микроорганизмов и зависит отпроцессов метанообразования и метаноокисления (Заварзин, 1999). Болотные экосистемыявляются своего рода природными фильтрами для метана: образующийся при участииметаногенов в анаэробной зоне, метан проходит в верхние слои торфяных болот, гдеокисляется метанотрофами (Слободкин и др., 1992; Заварзин, 1995; Паников, 1995).Окисление метана к настоящему времени хорошо изучено, показана возможность егоосуществления как для аэробных, так и для анаэробных местообитаний, хотя микробиология ибиохимия анаэробного окисления метана изучены пока слабо.
Бактерии, утилизирующиеметан, вместе с некоторыми хемолитотрофными бактериями, формируют основу для пищевойцепи, не зависящей от фотосинтеза или энергии геотермальных источников (Hovland, 1988;Fisher, 1990; Cavanaugh, 1993).21Важной характеристикой метанотрофов является наличие монооксигеназ – ферментов,катализирующих окисление метана в метанол. Рис. 2 отражает метаболизм субстратовметанотрофов: общие черты их метаболизма, в том числе центральную роль формальдегида вкачестве промежуточного продукта катаболических и анаболических путей (Hanson и Hanson,1996).Рис.
2. Пути окисления метана и ассимиляции формальдегида: CytC- цитохром С, FADH –формальдегиддегидрогеназа, FDH – формиатдегидрогеназа (Hanson и Hanson, 1996).Шонгеном в 1906 (Sohngen, 1906) было высказано предположение, что метан в природепроизводится в огромных количествах, но низкая концентрация в атмосфере объясняется егоокислением микроорганизмами. Им же впервые была выделена метанокисляющая бактерия,названная Bacillus methanicus. Позднее было выделено более 100 новых изолятов метанутилизирующих бактерий (Whittenbury, 1970) и создана база для текущей классификации этихбактерий. В данных исследованиях было предложено разделение метан-ассимилирующихбактерий на пять групп (родов), основанное на морфологических различиях, форм покоящихсястадий, строение интраплазматических мембран и некоторых физиологических характеристик(Whittenbury et.
al., 1981; Whittenbury et. al., 1984). Данные рода Methylomonas, Methylobacter,Methylococcus, Methylocystis, Methylosinus присутствуют и в современной классификации, заисключением добавления одного нового рода Methylomicrobium (Bowman, 1993).Все метанотрофы были разделены на 2 типа (Табл. 1.): тип 1, включающий рода Methylomonasи Methylobacter; и тип 2, включающий рода Methylosinus и Methylocystis. Кроме того, былавыделена группа метанотрофов – тип Х, включающая метанотрофов, схожих с Methylococcuscapsulatus, которые, как и метанотрофы типа 1, утилизируют рибулозу монофосфат в качестве22пути ассимиляции формальдегида. Но при этом, тип Х метанотрофов отличается от типа 1, таккак имеют низкий уровень фермента рибулозидифосфаткарбоксилазы, одного из энзимовцикла Кальвина-Бенсона (Whittenbury et.
al., 1981; Whittenbury et. al., 1984). Кроме того, онирастут при более высоких температурах и отличаются повышенным содержанием G+C, чембольшинство представителей типа 1 метанотрофов (Green, 1992).Боуманом с коллегами (Bowman, 1993; 1995) были сравнены 124 фенотипическиехарактеристики более чем 136 метанотрофных бактерий, включая несколько новых изолятов.Для уточнения взаимосвязи родов и видов использовались принципы нумерическойсистематики, ДНК-ДНК-гибридизация, анализ состава жирных кислот, входящих вфосфолипиды мембран, физиолого-биохимические характеристики. Они пришли к выводу,что тип 1 метанотрофов включат три гомологичных кластера и предложили, что семействоMethylococcoceae должно состоять из родов Methylococcus, Methylomicrobium, Methylobacter иMethylomonas.
Позже к этой группе метанотрофов были добавлены 2 новых родаMethylocaldum (Bodrossy, 1998) и Methylosphaera (Bowman, 1997). Тип 2 метанотрофоввключает тесно связанные группы, относящиеся к родам Methylocystis и Methylosinus(Whittenbury, 1970).Филогенетические связи среди представителей метанотрофных бактерий также былиустановлены и с использованием анализа генов 16S рРНК (Bratina, 1992; Bowman, 1993; Uz,2003). Результаты этих исследований показали, что метанотрофные бактерии, утилизирующиесеринпутемассимиляцииформальдегидаформируюткластервнутриα-кластераProteobacteria.
Семейство Methylococcaceae формирует отдельное подразделение внутри γкластера Proteobacteria, в то время как не-метанутилизирующие метилотрофные бактерииотнесены к β-кластеру протеобактерий. Боуманом с соавт. (Bowman, 1995) был предложенновый род Methylomicrobium, который как предлагается, включает в себя несколькоцистообразующих непигментированных видов с различным фосфолипидным профилем. Этибактерии были предварительно классифицированы как члены родов Methylobacter иMethylomonas. Анализ последовательности гена 16 s рРНК метанотрофного эндосимбионта изжаберных тканей мидии, обитающей в Мексиканском заливе (Distel, 1994), показал, что этанекультивирувируемаябактерияотноситсяксемействуMethylococcaceaeиможетпредставлять собой новый вид.Анализ генов 16S рРНК, метилотрофов, не утилизирующих метан, позволило определитьключевые последовательности, характеризующие семейство Methylococcaceae и обнаружитьтип 2 метанотрофов в α-кластере Proteobacteria (Brusseau, 1994).
Такие олигонуклеотидныепоследовательности в качестве целевых нуклеотидных проб могут быть использованы длядетекции некультивируемых форм метанотрофов в природных образцах (Bowman, 1993;Brusseau, 1994).23Методами газовой хроматографии и хроматомасспектрометрии установлены липидныепрофили культур метанотрофов (Galchenko, Andreev, 1984; Bowman, 1991), что также имеетместо при таксономической характеристике. Тип 1 и тип Х метанотрофов несут в себе 16-иуглерордные жирные кислоты, в то время как 18-и углеродные жирные кислоты характерныдля типа 2. Было описано применение метода анализа мембранных липидов какфенотипических маркеров в сравнении с филогенетическими взаимосвязями на основеанализа 16S рРНК.
Члены рода Methylomonas содержали главным образом 14:0 (19-25%) и16:1ω8с (26-41%) жирные кислоты, в то время как штаммы Methylococcus несли в себе 16:0(33-56%) и 16:1ω7с (4-12%). Представители типа 2 метанотрофов несли в себе высокиеконцентрации 18:1ω8с (53-74%) и 18:1ω7с (15-38%) жирных кислот.Почти все метан-утилизирующие бактерии – облигатные метанотрофы (Antony, 1982).Имеются сведения о факультативных метанотрофах, способных использовать разнообразныеисточники углерода (Hanson, 1992; King, 1992), например для Methylobacterium organophilumпоказана способность к росту не только в присутствии метана, но и разнообразныхисточников углерода и энергии (Patt, 1974).
Кроме того было показано, что рестрикционныефрагметы, полученные при обработке бактериальной ДНК из клеток, выращенных ватмосфере метана и клеток, выращенных на питательном бульоне, не отличаются междусобой, также как и размеры фрагментов mxaF-гена, кодирующего большую субъединицуметанолдегидрогеназы (Hanson, 1996). M. organophilum XX был отнесен к кластерупигментированных факультативных метилотрофов из α-Proteobacteria (Безрукова, 1983).Все хорошо изученные метанотрофные бактерии – облигатные аэробы (Hanson, 1996), приэтом, некоторые представители типа 2 и типа Х метанотрофов способны фиксировать азотатмосферы (Hanson, 1991; Bowman, 1993). «Форсированная» фиксация атмосферного азота(например в условиях недостатка минерального азота в воде болот) обычно проходить примаксимально низких концентрациях растворенного кислорода (Hanson, 1991).Как правило, при использовании методов, основанных на культивировании и выделенииметанотрофовжизнеспособнойвчистыепопуляции,культуры,обнаруживаетсяприсутствующейвлишьприродных3незначительнаяобразцах.частьКоличество6жизнеспособных клеток при этом колеблется между 10 -10 КОЕ на грамм исследуемогосубстрата (Heyer, 1977).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
