Том 93, № 3 (2024)

Долгое время считали, что белки цитоскелета отсутствуют у прокариот и имеются только у эукариот, однако за последние 30 лет у бактерий и архей обнаружены гомологи основных белков цитоскелета, в том числе тубулина. Свойства гомологов тубулина, в том числе цитоскелет-подобные структуры, формируемые ими в клетках прокариот, варьируют и значительно отличаются от соответствующих свойств тубулинов эукариот, поэтому представляется интересным сравнить между собой прокариотические гомологи тубулина, что и стало целью данной обзорной работы. Рассматриваются такие гомологи тубулина, имеющиеся у бактерий и архей, как FtsZ, TubZ, PhuZ, BtubA/BtubB, CetZ и другие. Кроме того, в работе обсуждается, что разнообразные гомологи тубулина прокариот могут являться мишенью для фармацевтических препаратов, подобно белку FtsZ, который уже является мишенью для перспективных антибиотиков.

Рассмотрены возможные источники появления термофильных бактерий в холодных осадках озера Байкал. Для этого проведен сравнительный анализ таксономической принадлежности выявленных термофильных микроорганизмов в 4-х наземных горячих источниках, расположенных на побережье оз. Байкал и в донных осадках, ассоциированных с разгрузкой углеводородов. Исследования показали, что как в горячих источниках, так и в донных осадках обнаруживаются последовательности термофильных микроорганизмов, имеющих одинаковую таксономическую принадлежность. Определенные виды микроорганизмов встречались только в образцах из гидротерм, либо только в образцах из донных отложений. Источником термофильных микроорганизмов в донных осадках, вероятнее всего, являются газонасыщенные флюиды, поступающие из зоны генерации углеводородов с глубины ~4–6 км.

Разработана модифицированная методика культивирования, концентрирования и очистки препаратов фага ϕ24B. В частности, использован новый лизогенный штамм-продуцент фага, лишенный жгутиков, оптимизированы условия индукции, применены очистка в градиенте сахарозы и концентрирование осаждением на подушку из фреона 113. При помощи данного метода был получен препарат Stx-конвертирующего бактериофага ϕ24B, пригодный для прямого анализа методом крио-ЭМ. На основании данных крио-ЭМ для данного фага впервые произведена первичная трехмерная реконструкция вирионов. Описана структура хвоста фага ϕ24B. Показано, что адсорбционный аппарат данного вируса представлен шестью тонкими боковыми фибриллами и расположенной на конце хвоста осевой фибриллой. Такое устройство хвостовой структуры согласуется с ранее выдвинутой гипотезой, основанной на анализе рецептор-распознающих белков этого бактериофага.

У бактерий АТФаза F-типа (F-АТФаза) играет ключевую роль в биоэнергетике и сопрягает синтез/гидролиз АТФ с транспортом ионов (H⁺ или Na⁺) через мембрану. Ионная специфичность фермента определяется аминокислотной последовательностью субъединиц c и а. С помощью мутагенеза в ферменте термофильной бактерии Bacillus sp. PS3 были сделаны замены аминокислотных остатков (7 в субъединице с и 6 в субъединице а) с целью изменить ионную специфичность фермента с протонной на натриевую. Мутации не повлияли на АТФазную активность фермента, но привели к потере протонной проводимости и нарушению связывания субъединицы а с олигомером с-субъединиц, а не к изменению ионной специфичности.

Жизненно важный фермент метаболизма дрожжей H⁺-АТФаза плазматической мембраны (PMA1) фосфорилируется в процессе фолдинга и функционирования. Основными сайтами фосфорилирования являются Ser-911 и Thr-912 в С-концевом регуляторном домене. В работе использовали дикую и мутантные формы фермента с заменами этих аминокислотных остатков на Ala или Asp для определения их роли в функционировании АТФазы и распределении полифосфатов (полиР) по фракциям. На целых клетках определяли ростовые параметры, содержание АТФ и распределение полиР in situ. Для определения АТФазной активности in vitro выделяли плазматические мембраны, содержащие фермент дикого типа и мутантные формы. Мутанты S911D, T912D и S911D/T912A обладали АТФазной активностью, близкой к дикому типу; мутант S911A обладал повышенной активностью. Скорость роста штаммов S911D, T912D и S911D/T912A была ниже в 2.0‒3.0 раза, чем у дикого типа, у S911A скорость роста была близкой дикому типу. Мутации S911D и S911D/T912A вызывали снижение содержания АТФ в 2.0‒2.5 раза. Все замены влияли на распределение полиР по фракциям. Влияние зависело от химической природы замены: в случае замены на Asp, меняющей тип фосфосайта, происходило уменьшение фракции полиР1 и увеличение фракции полиР2; при замене на Ala, удаляющей фосфосайт, эффект был противоположный. Содержание фракции полиР3 увеличивалось у всех мутантов. Данные указывают на то, что остатки Ser-911 и Thr-912 важны не только для нормального функционирования РМА1 Н⁺-АТФазы, но и для регулирования фосфорного и энергетического метаболизма.

Из клубеньков бобового растения Копеечник арктический (Hedysarum arcticum B. Fedtsch.), произрастающего на о. Самойловский в дельте реки Лена (Арктическая зона Якутии), выделены штаммы бактерий, отнесенных по результатам секвенирования rrs-гена к родам Rhizobium (сем. Rhizobiaceae) и Mesorhizobium (сем. Phyllobacteriaceae) из пор. Hyphomicrobiales (класс Alphaproteobacteria). Согласно данным филогенетического анализа конкатемеров генов atpD, dnaK, gyrB и rpoB штаммы принадлежат к видам Rhizobium giardinii и Mesorhizobium norvegicum. Показано, что полученные штаммы относятся к факультативным психротрофам, способным расти при 5 и 28°C. Выделенные микросимбионты перспективны для дальнейшего изучения их симбиотической эффективности в отношении других видов кормовых бобовых растений с целью создания высокопродуктивных агрофитоценозов в условиях Крайнего Севера.

Реликтовое озеро Могильное, отделенное от Баренцева моря песчано-галечной дамбой, находится в высоких широтах Арктики на острове Кильдин (Мурманская область). Это озеро является классическим примером меромиктического водоема морского происхождения. Данные, полученные в экспедиции 2018 года, показали изменения гидрохимического режима озера, произошедшие за последние 20 лет. Содержание сульфида в монимолимнионе озера достигает 140 мг/л. Отмечена тенденция осолонения поверхностных вод озера до 7 г/л. Для оз. Могильное характерно несовпадение уровней галоклина и термоклина. Зона хемоклина в озере находится ниже уровня галоклина. В узком кислородсодержащем слое между 3 и 7.5 м в оз. Могильное существует аэробная микрофлора морского типа и морская фауна. Бактериальная пластина сформирована на границе сероводородного слоя, на глубине около 8 м и преимущественно состоит из зеленых серобактерий (ЗСБ). Преобладали коричневоокрашенные виды ЗСБ, содержащие бактериохлорофилл е. Сформированное ранее представление о биоразнообразии аноксигенных фототрофных бактериях (АФБ) по морфологическим признакам было скорректировано нами за счет метагеномных данных, полученных при анализе ДНК из двух проб озерной воды зоны хемоклина, а также дополнено выделением новых видов ЗСБ. Данные молекулярной диагностики подтвердили абсолютное доминирование соленоводного вида ЗСБ Chlorobium phaeovibrioides. Впервые из оз. Могильное выделены и идентифицированы коричнево- и зеленоокрашенные морфотипы Prosthecochloris aestuarii, а также выделен Prosthecochloris sp., содержащий бактериохлорофилл с. Подробно обсуждается таксономическая позиция Pelodyction phaem, постоянно присутствующего в оз. Могильное. Несмотря на частичную изолированность экосистемы оз. Могильное от материнского моря, основные свойства доминирующего вида ЗСБ, а также Prosthecochloris aestuarii, оказались сходными с филотипами, обитающими в озерах на побережье Белого моря, имеющего связь с акваторией Баренцева моря.

Проанализировано таксономическое разнообразие и численное распределение культивируемых форм Fe- и Mn-окисляющих микроорганизмов в Fe-Mn ортштейнах разного размера и почвенном мелкоземе дерново-буро-подзолистых глееватых почв, сформированных на территории, не подверженной влиянию прямого техногенного воздействия. Результаты получены с использованием комбинации микробиологических, молекулярных и аналитических методов, а также не инвазивных методик. Основной объем микроорганизмов, культивированных из ортштейнов, относился к группе Mn-окисляющих. В ортштейнах идентифицированы бактерии родов Bacillus, Rhodococcus, Lysinibacillus, Pseudomonas, Priestia, из которых 4 рода являлись ортштейно-специфичными. Специфика численного распределения Mn- и Fe-окисляющих микроорганизмов во внешней и внутренней зонах ортштейнов разного размера отражает участие Mn-окисляющих микроорганизмов на всех стадиях формирования и развития ортштейнов и Fe-окисляющих микроорганизмов на начальных этапах их формирования. В исследованных ортштейнах обнаружены сферулы и губчатые структуры бактериальной природы. Почвенный мелкозем, вмещающий ортштейны, характеризуется изменением численности доминантных групп микроорганизмов по профилю. Марганец-окисляющие бактерии почвенного мелкозема представлены родами Priestia и Methylobacterium.

Для биоэлектрохимической системы безмембранного (илового) типа исследована деградация углеводородов нефти, искусственно внесенной в донные отложения. Обнаружено, что пассивная биоэлектрохимическая стимуляция посредством электродов, соединенных внешней цепью с сопротивлением 1 кОм, при среднем электрическом токе около 85 мкА, за два месяца обеспечила прирост деградации от 23.0 до 57.9%. Загрязнение донных отложений нефтью в концентрации около 1.32 г/кг незначительно снижало ток во внешней цепи биоэлектрохимической системы. Выявлена связь степени деградации нефти с преимущественной утилизацией более легких н-алканов в ряду С₁₄Н₃₀–С₃₀H₆₂ по сравнению как с исходной нефтью, так и с остаточными углеводородами в контроле. Рост относительной, к гену 16s рРНК, представленности генов алканмонооксигеназ alkB в тотальной ДНК, выделенной из донных отложений, был в сходной мере индуцирован внесением гексадекана как при биоэлектрохимической стимуляции, так и в контроле. Результаты могут представлять интерес для разработки новых методов биоэлектрохимической очистки анаэробных сред от органических загрязнений.