СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 7
ВВЕДЕНИЕ 8
1. Литературный обзор 11
1.1 Актуальность изучения подземной биосферы 11
1.2 Общая характеристика подземной биосферы 13
1.4 Отбор проб 15
1.5 Методы культивирования 16
1.5 Сульфидогены в подземных экосистемах 20
1.3 Особенности физиологии сульфидогенных бактерий 22
1.6 Термофильные сульфатредуцирующие бактерии группы
Thermoanaerosceptrum sp 25
2 Материалы и методы 30
2.1 Объект исследования 30
2.2 Методы исследования 31
2.2.1 Приготовление основной питательной среды и добавок к ней 31
2.2.2 Подготовка посуды для посева 38
2.2.3 Работа в ламинарном боксе 38
2.2.4 Работа с термостатом 40
2.2.5 Микроскопия 40
Подземная биосфера — это зона жизни ниже нескольких метров под поверхностью суши и океанического дна [Gold, 1992]. Это целая экосистема, представленная микроорганизмами, которые способны существовать под поверхностью Земли в отсутствии света и кислорода, при высоких температурах и давлении. Нет единого мнения относительно того, каковы границы обитания подземной биосферы. Верхнюю границу подземной биосферы вероятно, следует определять, как зону, которая не зависит от притока органического вещества с поверхности Земли (т.е. ниже 50 м, в зависимости от типа образующей породы), тогда как ее нижней границей является зона, где температура жидкой воды составляет от 100 до 120°C (на средней глубине 4-5 км). Видовой состав микробных сообществ представлен в основном бактериями и археями. Многочисленные исследования доказали их существование в глубоководных местообитаниях по всему миру [Itavaara et al., 2011; Bomberg et al., 2015; Frank et al., 2016]. В большинстве исследований подземной биосферы общим правилом является то, что количество микроорганизмов уменьшается с глубиной [Itavaara et al., 2011; McMahon and Parnell 2014; Moser et al., 2005]. Распространение жизни на такой глубине ограничено температурой и давлением. Средний геотермальный градиент земной коры составляет 3°C на каждые 100 м, следовательно, условия окружающей среды в большей части подземной биосферы благоприятствуют развитию термофильных микроорганизмов. Предельной температурой для распространения которых является 120 °C.
По обновленным данным общая биомасса прокариот обитающих в глубинной биосфере, составляет примерно от 23 до 31 PgC (1012кг) углерода, что составляет от 12 до 20% общей биомассы микроорганизмов на Земле. [Magnobosco et al., 2018]. Учитывая, что количество биомассы организмов, живущих на глубине, предположительно, колеблется от 23 до 31 миллиардов тонн углерода. Можно с уверенностью сказать об актуальности изучения этих экосистем. Но, к сожалению, при современных методах культивирования прокариот, мы можем изучить только малую часть из этого огромного множества.
Метагеномные данные указывают на то, что почти во всех земных средах преобладают некультивируемые линии и что для полного понимания экологии и физиологии этих многочисленных микроорганизмов необходимо разрабатывать новые подходы и инновационные методы культивирования. Эти некультивируемые и неизвестные таксоны могут составлять до 95% сообщества в подземных средах. [Hug et al., 2018]. Эти данные согласовываются с более ранними исследования по данным которых лишь 0.1¬10% микроорганизмов естественного происхождения являются культивируемыми, а большинство из них не поддаются культивированию при использовании стандартных методов культивирования [Alain and Querellou, 2009]. Глубинные экосистемы суши на сегодняшний день остаются наименее изученными экосистемами Земли. Большая часть того, что мы в настоящее время знаем о бактериях и археях, получена либо из малого количества хорошо изученных культивируемых линий, либо из реконструированных геномов, принадлежащих некультивируемым линиям. Несмотря на то, что нынешний период быстрых геномных открытий дал множество важных новых сведений о микробной жизни на нашей планете, важно продолжать выделять и культивировать виды из ранее некультивируемых линий, чтобы проверить основанные на геноме предсказания об их клеточной биологии и физиологии, а также должным образом понять их экологическую роль и в дальнейшем использовать в биотехнологиях [William H. Lewis et al., 2021].
При более детальном изучении физиологии особое внимание уделяется особенностям метаболизма, которые связанны с жизнью при высоком давлении, высоких температурах, экстремальных значения pH, солёности, а также ограниченном спектре доноров и акцепторов электронов. Ферменты, участвующие в данных процессах метаболизма, могут быть выделены и далее использованы в медицине и биотехнологиях. Так как у термофилов ферменты работают в более широких диапазонах условий и более стабильны, а большинство ферментов, имеющихся в производстве, активны и стабильны в узком диапазоне условий и быстро теряют активность при экстремальных концентрациях ионов, температуре, рН, давлении и концентрациях растворителей.
Также изучение глубинной биосферы имеет решающее значение для дальнейшего понимания эволюции жизни, так как многие прокариоты, обитающие в глубинных экосистемах, являются представителями эволюционно древних ветвей, давно изолированных от поверхностных микроорганизмов [Leslie M., 2015], изучая их возможно осознать и потенциал жизни на других планетах в схожих условиях под поверхностью.
Цель научно-исследовательской работы:
Изучить особенности физиологии нового сульфидогена рода Thermoanaerosceptrum sp. TuN1, выделенного из глубинного термального водоносного горизонта
В соответствии с целью были поставлены следующие задачи:
1. Изучить спектр используемых штаммом Thermoanaerosceptrum sp. TuN1 доноров и акцепторов электронов.
2. Определить диапазон температур для роста штамма Thermoanaerosceptrum sp. TuN1.
3. Определить границы и оптимумы NaCl.
4. Исследовать рост штамма при различных значениях pH среды.
Работа проведена в Лаборатории биохимии и молекулярной биологии при кафедре Физиологии растений, биотехнологии и биоинформатики Национального Исследовательского Томского государственного
университета (НИТГУ).
Автор выражает благодарность научному руководителю профессору, доктору биологических наук Ольге Викторовне Карначук и ассистенту кафедры Анастасии Петровне Лукине за научное руководство и помощь в постановке экспериментов.
