Skip to Content

О БЕСКОНЕЧНО МАЛЫХ ПО БОЛЬШОМУ СЧЕТУ

Одноклеточные животные, относящиеся к подцарству простейших (их латинское название Protozoa произошло от греческих слов, означающих «первый» и «живое существо»), нечасто становятся «героями» научно-популярных публикаций. А между тем простейшие, открытые в конце XVII века изобретателем микроскопа Антони ван Левенгуком, обладают огромным видовым разнообразием. Хотя тело их состоит из одной клетки, у них, как и у сложноорганизованных организмов, есть полноценный обмен веществ, они чутко реагируют на колебания параметров среды, способны к половому и бесполому размножению. В природе простейшие выполняют важные экологические функции: регулируют биомассу бактериальных популяций, служат пищей для микроскопических беспозвоночных, мальков рыб, в качестве симбионтов многоклеточных животных участвуют в круговороте органики. Некоторые их представители (плазмодии, трипаносомы и другие паразиты) являются возбудителями опасных заболеваний человека и животных. В силу всего этого простейшие — объект пристального внимания микробиологов.
В Институте клеточного и внутриклеточного симбиоза УрО РАН (г. Оренбург) биоразнообразие простейших в природных водоемах и симбиоз простейших с бактериями исследует группа кандидата медицинских наук А.О. Плотникова, который одновременно возглавляет институтский центр коллективного пользования, появившийся в ИКВС в 2014 г. Благодаря основному прибору центра — автоматизированной системе высокопроизводительного секвенирования — оренбургские микробиологи расширили методологию своих исследований и перешли на новый уровень анализа данных.

— Наш секвенатор позволяет выявлять ДНК не известных ранее микроорганизмов, — говорит Андрей Плотников. — Если раньше мы работали с отдельными культурами выделенных микроорганизмов, то теперь у нас есть возможность определять генетический состав микробных сообществ в образцах, взятых из природной среды, и отслеживать их динамику без трудоемкого культивирования. Ведь только 1% микроорганизмов можно вырастить в чистой культуре, т.е. в чашке Петри, а остальные 99% культивировать пока не научились. Это исследования в области метагеномики — нового раздела молекулярной генетики, изучающего набор генов всех микроорганизмов, находящихся в образце окружающей среды, — метагеном. Если же удается получить чистую культуру, то с помощью секвенатора мы можем охарактеризовать ее свойства по расшифрованному геному.
Сейчас мы завершаем анализ сообществ микроорганизмов из водоемов Уральского региона с различной минерализацией:  от солоноватых до суперсоленых рассолов. Мы можем сравнить состав микробных сообществ из уральских водоемов с «микробным населением» водоемов других континентов — Америки, Австралии. Нам удается выделять и описывать новые виды, поскольку соленые озера содержат большое количество неизвестных микроорганизмов. Так, в прошлом году вместе с сотрудницей нашего института Еленой Герасимовой и коллегой из Санкт-Петербургского университета кандидатом биологических наук Василием Златогурским мы описали три новых вида солнечников. Эти простейшие — хищники, они питаются другими мелкими организмами, улавливая их с помощью аксоподий — лучевидных цитоплазматических выростов. Название они получили потому, что клетка солнечника напоминает солнечный диск с лучами.
В соленых реках Приэльтонья — в окрестностях озера Эльтон — сотрудники ИКВС совместно с учеными Института микробиологии РАН (Москва) исследуют цианобактериальные маты. Так называются высокоинтегрированные сообщества микроорганизмов, которые продуцируют огромное количество органического вещества. В результате на дне водоемов формируются толстые слои органики. Нижние слои минерализуются, образуя строматолиты — доломитовые или известковые постройки. Эти окаменевшие структуры часто обнаруживают археологи. Согласно палеонтологическим данным цианобактериальные маты — самая древняя микробная ассоциация, которая появилась на Земле еще в архее.
В наше время цианобактериальные маты занимают экологические ниши, в которых отсутствует или слаба конкуренция со стороны более развитых форм жизни. Они способны выдерживать и экстремально низкие (в Антарктике), и очень высокие температуры (гидротермальные источники), широко распространены в соленых реках и озерах.
— В соленых водоемах эти микробные сообщества гораздо богаче, чем в пресноводных, — поясняет Андрей Плотников. — Здесь в минимальном объеме собраны тысячи видов бактерий, архей, цианобактерий, простейших и водорослей, образующих сложный симбиоз. В озере Эльтон и соленых реках Приэльтонья цианобактериальные маты достаточно тонкие, хотя по остальным характеристикам сопоставимы с аналогичными сообществами в других соленых водоемах. Маты, которые мы изучаем, однолетние, они растут на протяжении теплых летних месяцев, а осенью и зимой их поедают бактерии-деструкторы, так что весной дно озера снова чистое. Многолетние цианобактериальные маты формируются, например, в Сиваше, в содовых озерах Сибири и Средней Азии, но там другой микробный состав и метаболизм.
Мы получили уникальные штаммы простейших и бактерий, которые способны выживать в условиях высокой солености и экстремальных температур, а также в отсутствие кислорода. Их можно использовать в биотехнологических целях.
В нашем ЦКП развивается важнейшее направление геномики, связанное с расшифровкой геномов различных микроорганизмов и имеющее не только фундаментальное значение, но и прикладное — для биотехнологии и медицины. Например, мы расшифровали геномы пробиотических штаммов бифидобактерий и лактобактерий, с которыми работают сотрудники лаборатории биомониторинга и молекулярно-генетических исследований во главе с доктором медицинских наук, профессором РАН Н.Б. Перуновой. Эта информация позволит коллегам предсказывать, какие свойства будут проявлять эти микроорганизмы в тех или иных условиях: насколько они устойчивы к антибиотикам, способны адаптироваться к неблагоприятным факторам среды, каков их метаболический потенциал. 
Сотрудники группы А.О. Плотникова проанализировали также геномы ряда патогенных микроорганизмов, в частности возбудителей дизентерии, выделенных при вспышке этой инфекции в Оренбурге в прошлом году.  Оказалось, что геномы штаммов, полученных от разных больных, идентичны. Это означает, что существовал только один источник инфекции, который и нашли сотрудники Роспотребнадзора. Таким образом, данные геномики подтвердили правильность тактики эпидемиологов.
Большую работу по анализу микробных сообществ в теле человека ученые ИКВС под руководством директора института члена-корреспондента С.В. Черкасова ведут с коллегами из Оренбургского медицинского университета. Например, совместно с сотрудниками кафедры детских болезней, которой руководит доктор медицинских наук, профессор Л.Ю. Попова, они изучили микробный состав зубного налета у детей с бронхиальной астмой, и обнаружили там большое количество условно-патогенных штаммов: численность некоторых видов оказалась  гораздо выше, чем у здоровых детей. Этот фактор теперь будет учитываться в клинической практике.
Один из новых проектов связан с изучением бактериальных сообществ в экссудате поджелудочной железы (жидкости, выделяющейся в ткани или полости организма при воспалении), взятом при оперативном лечении больных, страдающих острым панкреатитом. Оренбургские микробиологи выполняют эти исследования совместно с сотрудниками кафедры факультетской хирургии ОМУ во главе с доктором медицинских наук, профессором  Д.Б. Деминым. В хирургии острый панкреатит до последнего времени считался асептическим процессом, т.е. таким, в котором бактерии участия не принимают. Однако ученым удалось показать, что у подавляющего большинства больных экссудат содержит ДНК нескольких видов микроорганизмов. Это абсолютно новые данные, полученные специалистами ИКВС благодаря секвенатору.
Руководитель институтского ЦКП Андрей Плотников рассказал еще об одном новом проекте:
— При поддержке совместного с коллегами из Санкт-Петербургского университета гранта РНФ мы начали изучать бактерии, которые сохраняются внутри клеток инфузорий — простейших, живущих в водоемах. Первые результаты свидетельствуют, что некоторые из этих бактерий — симбионтов инфузорий являются патогенными для человека. Появилось даже такое понятие, как резервуарный потенциал инфузорий, который поддерживает циркуляцию в природе патогенных и условно патогенных микроорганизмов. Мы планируем получить данные, которые позволят сравнить разные виды инфузорий и выявить наиболее опасные с точки зрения персистенции патогенов.
Вообще проведение совместных исследований с коллегами из других научных учреждений, не только академических, но также вузовских и отраслевых, часто дает синергидный эффект. У нас есть договоры с Оренбургским филиалом МНТК «Микрохирургия глаза» им. академика С.Н. Федорова, Оренбургским государственным университетом, Научным центром проблем здоровья семьи и репродукции человека (г. Иркутск). А недавно нам прислали образцы хемолитотрофных бактерий (микроорганизмов, получающих энергию за счет окисления неорганических соединений) с Камчатки из Научно-исследовательского геотехнологического центра Дальневосточного отделения РАН. Так что география наших научных партнеров постоянно расширяется.
Подготовила
Е. ПОНИЗОВКИНА
Фото на с. 3: верхний снимок — измерение рН
в процессе отбора проб на солоноватых эфемерных водоемах в урочище Тузлукколь (Оренбургская область);
в центре — солнечник;
внизу —сотрудники ЦКП ИКВС «Персистенция микроорганизмов», слева направо: зав. ЦКП, кандидат медицинских наук А.О. Плотников, аспирант А.С. Балкин, ведущий научный сотрудник, кандидат медицинских наук Е.А. Селиванова, научный сотрудник, кандидат биологических наук Д.В. Пошвина;
на этой странице — посев бактерий из оз. Эльтон
и рек Приэльтонья на питательные среды в полевых условиях
Год: 
2017
Месяц: 
ноябрь
Номер выпуска: 
21
Абсолютный номер: 
1164
Изменено 13.11.2017 - 15:30


2012 © Российская академия наук Уральское отделение
620990, г. Екатеринбург, ул. Первомайская, 91
popov@prm.uran.ru +7(343)374-54-40