Введение к работе
Актуальность проблемы. В связи с большим интересом современного общества к вопросам охраны окружающей среды, в настоящее время активно развивается такое научное направление исследований, как микробная экология. Многочисленные работы показывают огромную роль микроорганизмов биосферы в трансформации широкого спектра веществ. Поэтому, исследование микробного разнообразия и процессов, в которых участвуют те или иные микроорганизмы, является актуальной проблемой.
Исследованию таксономического состава культивируемого гетеротрофного микробиоценоза озера Байкал посвящено множество работ (Максимова, 1989; Дрюккер и соавт., 2000; Парфенова и соавт., 2006). На основе морфологических и молекулярно-генетических признаков гетеротрофные бактерии рода Caulobacter ранее были обнаружены в озере Байкал (Лаптева, 1990; Белькова и соавт., 1996). Согласно данным Н. А. Лаптевой, этот род бактерий является одним из доминирующих в составе группы олигокарбофильных бактерий микробного сообщества озера.
Н. А. Лаптева предположила, что бактерии Caulobacter занимают второе место после Pseudomonas по степени распространения и численности, и именно эти две бактериальные группы ответственны за минерализацию растворенного органического материала в водных местообитаниях, причем, бактерии Caulobacter особенно важны, когда концентрация питательных веществ и температура в среде обитания низки (Лаптева, 1987).
Caulobacter crescentus является модельным организмом в изучении регуляции клеточного цикла прокариот, секвенирован его полный геном (Ely et al., 1990; Jacobs et al., 1999; Nierman et al., 2001; Crosson et al. 2004; Viollier et al., 2004). В то же время экологическим особенностям рода Caulobacter уделяется мало внимания (MacRae et al., 1991; Fenton et al., 1999).
Цель исследований состояла в изучении особенностей распространения бактерий рода Caulobacter в различных биотопах экосистемы озера Байкал и в разработке олигонуклеотидного зонда для детекции этого рода бактерий.
Основные задачи исследования:
-
Сравнить методы выделения и учета численности клеток бактерий рода Caulobacter в озере Байкал.
-
Исследовать вертикальное и сезонное распределение численности популяции бактерий Caulobacter в различных биотопах озера Байкал.
-
Выделить и идентифицировать штаммы представителей рода Caulobacter из проб воды и осадков озера Байкал с использованием эпифлуоресцентной, сканирующей и трансмиссионной электронной микроскопии.
-
Разработать структуру олигонуклеотидного зонда и применить метод гибридизации для детекции бактерий, принадлежащих к роду Caulobacter.
Научная новизна и практическая значимость работы. Впервые было проведено исследование численности бактерий Caulobacter в воде и грунте литоральной части озера Байкал, в зонах влияния притоков озера и выявлена сезонная динамика их численности в пелагиали Байкала. Критически проанализирован метод десятикратных разведений учета численности бактерий рода Caulobacter. Впервые разработан олигонуклеотидный зонд для детекции данных прокариот методом FISH (флуоресцентной гибридизацией in situ). Методика детекции Caulobacter методом FISH может быть использована при проведении микробиологического мониторинга различных пресноводных экосистем и включена в лекционный и практический курс по экологическим специальностям высших учебных заведений.
Основные защищаемые положения:
1. Выделение бактерий рода Caulobacter из различных биотопов озера Байкал, имеющих свои специфические особенности, наиболее эффективно на среде PYE (пептон – 0.2 %, дрожжевой экстракт – 0.1 %, MgSO4 x 7H2O - 0.02 %, агар – 1.5 %, водопроводная вода) и воде озера Байкал с добавлением пептона в концентрации 0.01 %.
2. Для молекулярно-биологической детекции бактерий рода Caulobacter впервые разработан олигонуклеотидный зонд, имеющий структуру Cy-3-5-CGGAAGAGGTATGTGGAAC-3.
3. Наибольшее количество бактерий Caulobacter во все сезоны исследований установлено в придонном слое воды, в верхнем слое осадка мелководной литорали озера Байкал и в зоне смешения вод реки Селенги и озера Байкал, а также реки Баргузин – с водами Баргузинского залива.
Личный вклад соискателя. В основу диссертации положены исследования, выполненные лично автором в лаборатории водной микробиологии Лимнологического института СО РАН. Разработка структуры олигонуклеотидного зонда проведена совместно с м.н.с. Т. И. Трибой, измерение концентрации неорганического фосфата выполнила м.н.с. М. В. Сакирко.
Апробация результатов диссертации и публикации. Результаты исследований были представлены на Международном Байкальском микробиологическом симпозиуме IBSM-2003 «Микроорганизмы в экосистемах озер, рек и водохранилищ» (Иркутск, 2003), Межрегиональной научно-практической конференции «Биология микроорганизмов и их научно-практическое использование» (Иркутск, 2004), 69–ом Лимнологическом симпозиуме в Японии (Ниигата, 2004), Четвертой Верещагинской байкальской конференции (Иркутск, 2005), Всероссийской научно-практической конференции «Научное творчество молодежи» (Анжеро-Судженск, 2006), Всероссийской конференции с международным участием «Биоразнообразие экосистем внутренней Азии» (Улан-Удэ, 2006), Международной научной конференции «Проблемы устойчивого функционирования водных и наземных экосистем» (Ростов-на-Дону, 2006). По материалам диссертации опубликовано 11 научных работ, из них 2 статьи в рецензируемых журналах.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 120 страницах и состоит из введения, литературного обзора, 3 глав собственных исследований, заключения, выводов, приложения, списка литературы, включающего 146 источников, в том числе 35 отечественных и 111 на иностранных языках. В работе приводится 12 таблиц, 23 рисунка.
