Идентификация и оценка родового состава микроорганизмов арктических территорий
Автор: Платонова А.А.
Журнал: Международный журнал гуманитарных и естественных наук @intjournal
Рубрика: Биологические науки
Статья в выпуске: 5-3 (44), 2020 года.
Бесплатный доступ
В статье представлены результаты микробиологического исследования проб, отобранных на архипелаге Шпицберген. Определение родовой/видовой принадлежности микроорганизмов осуществлялось с помощью микроскопирования, культурального и масс-спектрометрического методов исследования. При анализе 119 образцов на основании морфологических и тинкториальных свойств микроорганизмов предположительно выделено 24 рода бактерий. С помощью технологии MALDI-TOF/MS выделено 275 штаммов микроорганизмов.
Арктика, микроорганизмы, колонии, идентификация, родовой состав
Короткий адрес: https://sciup.org/170187712
IDR: 170187712 | DOI: 10.24411/2500-1000-2020-10539
Identification and determination of generic belonging of microorganisms in the arctic territories
The article presents the results of a microbiological study of samples taken in the Svalbard archipelago. Determination of the generic / species belonging of microorganisms was carried out using microscopy, culture and mass spectrometric methods of research. The analysis of 119 samples based on morphological and tinctorial properties of microorganisms presumably identified 24 genera of bacteria. Using MALDI-TOF/MS technology, 275 strains of microorganisms were isolated.
Текст научной статьи Идентификация и оценка родового состава микроорганизмов арктических территорий
Арктические экосистемы обладают крайне низкой устойчивостью даже к незначительному антропогенному воздействию. Деятельность человека в Арктике, в том числе меняет и структуру микробных сообществ. Под влиянием внешних факторов растет число условно-патогенных микроорганизмов, и они становятся более устойчивыми к стрессовым воздействиям [1, 2]. Одним из главных показателей происходящих экосистемных изменений может служить микробиота в районах полярных станций и баз. Ситуация усугубляется тем, что птицы и другие представители животного мира являются переносчиками и распространителями привнесенных микробных частиц, которые впоследствии колонизируют различные объекты окружающей среды. В результате этого появляются условия, при которых начинает сдвигаться многовековое равновесие микробиологической составляющей арктической экосистемы, которое чутко реагирует на внешние воздействия [3].
В результате исследований, проводившихся в Арктике с конца ХIХ века, накоплен большой материал об особенностях распространения различных групп микроорганизмов в воздухе, грунтах и снеговом покрове этих земель [1]. Но в целом же, данные о микрофлоре Арктики, как и данные о полярных регионах имеют недоста- точную изученность и высокую степень разрозненности.
Таким образом, мониторинг качественного и количественного состава, а также пространственного и временного распространения микроорганизмов, в том числе и болезнетворных, при оттаивании вечной мерзлоты Арктики, безусловно, актуален, особенно в условиях потенциального глобального потепления климата [4].
Целью данной работы являлось определение родового состава арктической микробиоты, выделенной из объектов окружающей среды.
Материалы и методы. Исследования проводились в лаборатории медицинской бактериологии ФБУН НИИ эпидемиологии и микробиологии имени Пастера. Объектами исследования служили пробы биологического происхождения (тушки погибших птиц, яйца, помёт птиц, погадки хищных пернатых, водные и сухопутные цианобактериальные маты, а также близлежащая почва и вода, в которой они располагались), доставленные из района микробиологических исследований на архипелаге Шпицберген. Отбор проб для микробиологических исследований проводили в прибрежной зоне заливов Грен-фьорд и Ис-Фьорд (Западный Шпицберген, Норвегия). Пробы были доставлены в лаборато- рию института осенью 2018 года в количестве 119 штук.
Для получения изолированных колоний использовали среду «кровяной» агар, посевы культивировали 24 часа при температуре +37оС, а затем – 48 часов при комнатной температуре. Морфологические и тинкториальные свойства микроорганизмов изучали при помощи микроскопа ZEISS PrimoStar HD при разных увеличениях.
Определение родовой/видовой принадлежности микроорганизмов осуществляли с помощью масс-спектрометрического метода: использовалась технология MALDI-TOF/MS [5]. Исследования проводили на приборе Bruker Daltonics. Пробоподготов-ку проводили согласно инструкции производителя, непосредственно нанося колонии тестируемых культур, выросших на плотной питательной среде, на мишень.
Масс-спектры анализировали с использованием программного обеспечения Biotyper 3.1, оценку идентификации интерпретировали по величине Score Value (SV) (коэффициент совпадения спек-тров/коэффициент сходства), при этом показатель SV от 2,0 до 2,3 соответствовал родовой идентификации, показатель SV≥2 соответствовал идентификации до вида на основании сверки полученных сигналов с имеющейся базой данных.
Результаты и обсуждение. В ходе бактериологического исследования на этапе выделения были получены изолированные колонии микроорганизмов, отличающиеся между собой по характеру роста на «кровяном» агаре. После изучения морфологических и тинкториальных свойств микроорганизмов предположительно было выделено 24 рода бактерий (таблица).
Таблица. Морфологические и тинкториальные свойства микроорганизмов
|
№ проб |
Характер роста на «кровяном» агаре |
Окраска по Граму |
Предполагаемый род микроорганизма |
|
1, 2, 4, 5, 7, 9, 12, 13, 15, 16, 17, 21, 23, 28, 32, 39, 42, 44, 54, 56, 62, 63, 64, 74, 79, 80, 87, 94 |
Округлые колонии бежевого цвета, разного размера |
Прямые или слегка изогнутые грамотрицательные палочки |
Pseudomonas |
|
1, 12, 18, 19, 27, 28, 29, 33, 36, 39, 46, 55, 64, 66, 72, 75, 79, 80, 83, 87, 91, 94, 98, 109 |
Колонии мелкие, кремовые, гладкие с ровным краем, иногда с зоной гемолиза |
Сферические или овоидной формы грамположительные бактерии, располагающиеся парами или короткими цепочками |
Enterococcus |
|
2, 4, 5, 10, 16, 18, 22, 25, 30, 31, 32, 33, 35, 37, 39, 47, 48, 51, 52, 54, 60, 66, 69, 76, 80, 83, 84, 101, 102, 105, 111, 115 |
Гладкие колонии, белого цвета, отличающиеся по консистенции |
Короткие грамотрицательные палочки |
Acinetobacter |
|
5, 87, 105 |
Шероховатые серые ко лонии |
Грамположительные кокки |
Arthrobacter |
|
8 |
Гладкие сероватые колонии |
Грамотрицательные палочки |
Myroides |
|
8, 20, 29, 38, 41, 51, 64, 67, 70, 72, 79, 89, 90, 94, 97 |
Гладкие колонии белого или сероватого цвета |
Прямые грамотрицатель-ные палочки с закругленными концами |
Escherichia |
|
4, 9, 11, 15, 16, 23, 34, 36, 40, 49, 51, 54, 57, 58, 60, 61, 63, 64, 65, 68, 69, 71, 77, 78, 82, 84, 87, 101, 113, 115 |
Гладкие колонии белого или сероватого цвета |
Грамотрицательные палочки |
Enterobacter |
|
10, 12, 16, 22, 23, 28, 32, 53, 56, 57, 60, 61, 62, 105 |
Колонии мелкие, желтобелые с матовой поверхностью, непрозрачные, шероховатые |
Грамположительные палочки |
Carnobacterium |
|
15, 74 |
Очень мелкие влажные, серовато- зеленые колонии с четкой зоной гемолиза |
Грамположительные палочки |
Clostridium |
|
18, 43, 111 |
Слизистые желтоватые колонии |
Грамотрицательные палочки |
Pantoea |
|
12, 18, 28, 31, 33, 35, 38, 42, 46, 47, 50, 72, 89, 92, 95, 96, 107, 109, 115, 116 |
Колонии с неровными краями, имеют восковидный вид, окружены широкой зоной гемолиза |
Грамположительные споро содержащие палочки |
Bacillus |
|
22, 31 |
Нежные округлые колонии бежевого цвета |
Грамотрицательные палочки с капсулой |
Serratia |
|
4, 28, 37, 45, 50, 51, 63, 74, 76, 84, 101 |
Крупные серые колонии, окруженные зеленой зоной гемолиза |
Грамположительные кокки, располагаются попарно, в виде мелких цепочек |
Aerococcus |
|
6, 10, 21, 22, 32, 38, 48, 50, 51, 60, 62, 67, 69, 77, 98, 103, 109, 110, 118 |
Непрозрачные, слегка выпуклые колонии средних размеров с гладкой, блестящей поверхностью, четко очерченным краем, маслянистой консистенции |
Грамположительные кокки, расположенные одиночно, парами, небольшими скоплениями |
Staphylococcus |
|
51, 60, 68, 69, 82, 83, 87, 88, 94, 101, 105 |
Колонии, гладкие, блестящие, слизистые, мелкие с ровными краями, бледно-желтого цвета |
Грамотрицательные палочки |
Stenotrophomonas |
|
28, 92, 96 |
Шероховатые крупные колонии серого цвета |
Грамположительные палочки со спорами |
Paenibacillus |
|
2 |
Слизистые колонии желтоватого цвета |
Грамотрицательные палочки |
Aeromonas |
|
7, 17, 25, 42, 53 |
Выпуклые, слизистые, мелкие колонии серого цвета |
Грамотрицательные палочки |
Yersinia |
|
25 |
Выпуклые, мутные маслянистые, беловатосерые колонии |
Грамотрицательные прямые или слегка изогнутые палочки |
Brevundimonas |
|
33 |
Крупные, серые, слизистые колонии |
Грамотрицательные палочки |
Citrobacter |
|
60 |
Мелкие серые колонии с зоной гемолиза |
Грамположительные бактерии круглой или овальной формы, соединенные между собой попарно либо в цепочки |
Streptococcus |
|
76 |
Округлые, мелкие прозрачные колонии с зоной гемолиза |
Грамположительные кокки |
Leuconostoc |
|
42 |
Шероховатые серые крупные колонии |
Грамположительные палочки |
Aneurinibacillus |
|
72, 109, 115 |
Плоские сероватые колонии |
Грамположительные палочки |
Lysinibacillus |
Идентификация колоний с помощью технологии MALDI-TOF/MS показала следующие результаты: из 119 проб было изолировано 275 штаммов микроорганизмов, в том числе 28 штаммов остались не идентифицированы с помощью данной технологии.
Наиболее часто встречались следующие представители микробиоты: 15% (42 штамма) культивируемой микробиоты принадлежат к роду Acinetobacter, 12% (34 штамма) – к роду Pseudomonas, 11% (30
штаммов) – к роду Enterobacter, 10% (27 штамов) – к роду Enterococcus, 9% (25 штаммов) – к роду Staphylococcus, 6% (16 штаммов) – к роду Carnobacterium, 5% (14 штаммов) – к роду Escherichia, по 12 представителей к родам Bacillus, Aerococcus и Stenotrophomonas.
Микробиота в арктическом регионе планеты формируется различными путями. Микроорганизмы распространяются воздушными и водными потоками на значительные расстояния. Расселению микроор- ганизмов способствуют и животные, что заслуживает отдельного изучения. Однако антропогенный фактор является одним из определяющих в формировании состава и структуры микробиоты. С использованием классических бактериологических методов исследований и на основе масс-спектрометрического метода анализа с диагностической, эпидемиологической и профилактической целью были выделены и идентифицированы микроорганизмы арктической микробиоты, среди которых присутствовали в том числе патогенные и условно-патогенные представители.
Полученные данные свидетельствуют о важности микробиологического мониторинга в районах арктических поселений. В настоящее время проводится секвенирование неидентифицированных штаммов микроорганизмов с последующим изучением устойчивости выделенных бактерий к антибиотикам разных групп.
Список литературы Идентификация и оценка родового состава микроорганизмов арктических территорий
- Алексеев Г.В. Проявление и усиление глобального потепления в Арктике // Фундаментальная и прикладная климатология. - 2015. - № 1. - С. 11-26.
- Тишков А.А. Антропогенная трансформация арктических экосистем России: подходы, методы, оценки / А.А. Тишков, Е.А. Белоновская, П.М. Глазов, А.Н. Кренке, С.В. Титова, Н.Г. Царевская, А.Г. Шматова // Арктика: экология и экономика. - 2019. - №4 (36). - С. 38-51.
- Кирцидели И.Ю. Микробные сообщества в районах арктических поселений / И.Ю. Кирцидели, Е.В. Абакумов, Ш.Б. Тешебаев, М.С. Зеленская, Д.Ю. Власова, В.А. Крыленко, Ю.В. Рябушева, В.Т. Сколов, Е.П. Бранцевич // Гигиена и санитария. - 2016. - №95 (10). - С. 923-929.
- Волкодаева М.В. О необходимости развития системы экологического мониторинга окружающей среды крайнего севера / М.В. Волкодаева, Я.А. Володина, А.Ю. Ломтев, С.Н. Носков // Российская Арктика. - 2019. - №6. - С. 37-45.
- Ходорковский М.А. МАЛДИ спектроскопия сложных соединений: Методическое пособие. - М.: Медицина, 2016. - 109 с.
