Введение к работе
Актуальность
В последнее время в связи с развитием электронно-микроскопических и молекулярно-биологических методов исследования стало ясно, что мелкие бактерии с размером клеток около 200-300 нм, описываемые терминами «ультрамикробактерии», «нанобактерии», «наноформы», «фильтрующиеся формы», «ультрамикроклетки», широко распространены в природных средах, гораздо шире, чем это представляется с первого взгляда (Дуда и др., 2007, 2012; Дмитриев и др., 2008; Panikov, 2005).
Впервые микроскопические живые объекты размером менее 300 нм, выделенные из морской воды, описал микробиолог Р. Морита в 1981 г. под названием «ультрамикробактерии», или «наннобактерии». Современное понятие о нанобактериях ввел в научный оборот Р. Фолк, обнаруживший в 1988 г. в итальянских травертинах округлые и овальные тельца размером менее 200 мкм. Фолк полагал, что эти образования представляют собой доселе неизвестную форму жизни, и высказал мнение, что они участвуют в процессах образования вторичных минералов (Folk, 1996; 1999). В конце 90х гг. прошлого века группа финских микробиологов под руководством Олави Каяндера сообщила об обнаружении в организме человека живых размножающихся микрообъектов размером около 200 нм (Kajander, Ciftcioglu, 1998).
В нашей стране один из первых обзоров о «невидимых формах видимых бактерий» был дан Д.М. Новогрудским (1933 г.). С развитием электронно-микроскопических методов интерес к наноформам бактерий возрос, и было показано, что клетки в почвах имеют меньшие размеры, чем на лабораторных питательных средах; примерно 40% почвенных бактерий в природе имеют размеры, лежащие за пределами видимости светового микроскопа (Ананьева, Никитин, 1979).
Проблема выделения и исследования наноформ бактерий
(ультрамикробактерии) привлекла особо пристальное внимание
исследователей в последнее время связи с возросшим интересом к развитию нанотехнологий. Высказывается предположение, что наноформы бактерий могут рассматриваться как составная часть «скрытого» разнообразия почвенных бактерий, функции которых в биосфере практически не исследованы и которые могут играть значительную роль в процессах, происходящих в почвах (Чернов и др., 2012).
Предположение об участии микроорганизмов в формировании железомарганцевых конкреций (микробиологическая концепция) высказывалось еще в прошлом веке (Перфильев, Габе, 1961; Аристовская, 1965). Однако, несмотря на имеющиеся в литературе сведения, участие микроорганизмов в процессах образования почвенных конкреций изучено явно недостаточно. Вне поля зрения ученых остается изучение наноформ бактерий в почвенных конкрециях.
Целью данной работы была оценка численности, изучение потенциальной жизнеспособности, таксономического состава и морфологии наноформ бактерий в некоторых почвах России и отдельных почвенных локусах для получения представления об их роли в почве.
Задачи исследования: О определение численности наноформ бактерий в различных природных
и городских почвах и почвенных железо-марганцевых и карбонатных
новообразованиях методом люминесцентной микроскопии (окраска
акридином оранжевым и L7012 (LIVE/DEAD)); О определение потенциальной жизнеспособности наноформ бактерий в
почвах и почвенных железо-марганцевых и карбонатных
новообразованиях; О исследование таксономического разнообразия наноформ бактерий на
уровне филумов с помощью метода FISH (fluorescence in situ
hybridization);
О изучение морфологического разнообразия наноформ методами
сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии.
Научная новизна
Впервые установлено, что численность наноформ бактерий в образцах
различных природных почв велика и составляет от десятков до сотен
миллионов клеток в 1 г почвы, при этом в городских загрязненных почвах
доля наноформ бактерий выше, чем в природных ненарушенных почвах.
Впервые показано, что в почвенных новообразованиях (железо-марганцевые
конкреции и карбонатные новообразования) значительная часть бактерий
представлена наноформами бактерий. При помощи метода FISH среди
наноформ бактерий были обнаружены представители основных доменов
прокариот: Archaea и Bacteria (филумы Actinobacteria, Proteobacteria,
Acidobacteria и Planctomycetes). Впервые в образцах почвенных конкреций
были обнаружены представители малоизученных филумов Acidobacteria и
Planctomycetes. Электронно-микроскопические исследования
продемонстрировали большое морфологическое разнообразие клеток наноформ бактерий в почвах и конкрециях.
Практическая значимость
Проведенные исследования позволяют предположить, что именно наноформы бактерий служат тем «пулом» бактерий, который обеспечивает сохранение биоразнообразия почвенных бактерий в неблагоприятных условиях, способных переходить в активное состояние при изменении условий в сторону, благоприятную для развития этих бактерий. Наноформы бактерий являются перспективным компонентом для создания бактериальных удобрений, поскольку их высокая потенциальная жизнеспособность обеспечивает высокую устойчивость при хранении. Высокую доля и значительная жизнеспособность наноформ бактерий, в том числе грамотрицательных, среди которых много патогенных форм, в городских почвах необходимо принимать во внимание при проведении
санитарно-эпидемиологических исследований.
Результаты проведенных исследований используются при чтении лекций по курсам «Общая экология» и «Экология бактерий» для студентов факультета почвоведения МГУ
Публикации
По результатам исследования опубликовано 13 печатных работ, из них 6 статей в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ для публикации результатов диссертационных работ.
Апробация работы
Результаты работы были представлены на международных конференциях: XV Международная конференция студентов и аспирантов «Ломоносов-2008» (Москва, 2008), Всероссийский симпозиум с международным участием «Современные проблемы физиологии, экологии и биотехнологии микроорганизмов» (Москва, 2009), Международный научно-технический конгресс ELPIT-2011 (Тольятти, 2011), XVI Международная экологическая студенческая конференция «Экология России и сопредельных территорий» (Новосибирск, 2011), Международная конференции «Биодиагностика в экологической оценке почв и сопредельных сред» (Москва, 2013).
Объем и структура работы
