| Аннотация |
На протяжении более 100 лет изучения представителей родов Sphaerotilus и Leptothrix физиологически, метаболически и филогенетически они не были охарактеризованы в полной мере. Из-за схожести фенотипических характеристик двух родов, их, как правило, объединяют в группу Sphaerotilus-Leptothrix. Представители этой группы– нитчатые организмы, формирующие слизистые чехлы, в которых могут откладываться значительные количества оксидов железа (Sphaerotilus и Leptothrix) и марганца (Leptothrix). В природных биотопах и очистных сооружениях они способны образовывать характерные мощные железо-марганцевые минерализованные маты и тем самым наносить ущерб системам очистки сточных вод, но в тоже время могут вносить большой вклад в минерализацию органических веществ, участвуя в очистке сточных вод от соединений углерода, азота, железа и марганца, а штаммы вида Sphaerotilus sulfidivorans также способны окислять токсичный сероводород.
Традиционно считается, что бактерии группы Sphaerotilus-Leptothrix имеют хемогетеротрофный тип метаболизма. Однако предварительный анализ геномов позволяет предположить способность бактерий данной группы к автотрофному и метилотрофному росту, а также к литотрофному росту в присутствии восстановленных соединений серы и водорода. Также остается предметом дискуссии вопрос о механизме окисления восстановленных соединений железа и марганца.
Для бактерий рода Leptothrix было высказано предположение, что окисление марганца может быть связано с функционированием мультимедных оксидаз.
Также предполагается, что и Fe (II) у Sphaerotilus и Leptothrix может выполнять роль донора электронов в энергетическом метаболизме через участие внеклеточных мультигемовых цитохромов. Необходимо выяснить, являются катионы Fe (II) альтернативными донорами электронов.
Вопрос о самостоятельности родов Sphaerotilus и Leptothrix также неоднократно поднимался исследователями, и отдельные виды переносились из рода в род.
В ходе выполнения нашего проекта будут получены геномные последовательности высокого качества для выделенных ранее и планируемых к выделению в ходе проекта чистых культур. Также будут получены геномы из метагеномов природных образцов (MAG). На основании полученных данных будет проведен пангеномный анализ, который позволит на современном уровне разграничить метаболический потенциал бактерий, относящихся к разным родам.
Следует отметить, что роды Leptothrix и Sphaerotilus филогенетически близки, в частности, индексы сходства для геномных сравнений соответствуют межвидовым значениям. Поэтому особое внимание будет уделено изучению механизмов окисления Mn (II), Fe (II) и роли внеклеточного транспорта электронов и передаче электроннов от металлов в электронтранспортную цепь при участии мультигемовых цитохромов, микро- и нанофибрилл. Именно различия в механизмах окисления металлов позволит внести ясность в определении таксономического статуса Sphaerotilus-Leptothrix.
Метаболический потенциал имеющихся в настоящее время в чистых культурах и планируемых к выделению в ходе проекта микроорганизмов будет проверен экспериментально: будет проверена способность бактериальных культур к литотрофному, метилотрофному, автотрофному росту; при росте в присутствии восстановленных соединений железа, марганца и серы будет определена динамика их окисления и образования продуктов; будут определены активность ключевых ферментов метилотрофии, автотрофии, литотрофии и экспрессия кодирующих данные ферменты генов.
Возможно, полученные в ходе реализации проекта данные о метаболических возможностях бактерий группы Sphaerotilus-Leptothrix позволят контролировать их массовое развитие, что с одной стороны позволит предотвратить нарушение процессов очистки сточных вод, а с другой стороны позволит использовать их в качестве адсорбентов ряда токсичных соединений – железа и марганца, а также окислителей сероводорода.
|
