Введение. Цианобактерии или цианопрокариоты или сине-зеленые водоросли – это фотосинтезирующие прокариоты, которые по классификации относят к царству эубактерий, а также уже давно их относят к царству растений, поскольку они обладают такими характеристиками:

-бактерии: нет ядра и органеллы;

-водоросли: наличие хлорофилла и фикоби-липротеинов (принадлежность пигментов) и способность к фотосинтезу.

Представлены как в морских водных средах, так и средах с пресной водой.

В районах, подверженных сильной эвтрофикации (обогащение питательными веществами из окружающей среды), они способны быстро размножаться и формировать цветение. Кроме того, некоторые виды синтезируют токсины, ответственные за интоксикацию человека и животных, иногда со смертельным исходом. Цианобактерии присутствуют на всех континентах и изучаются такими дисциплинами, как экология, токсикология, таксономия или микробиология.

Цианобактерии размножаются бесполым путем, т.е вегетативным делением.

Cyanobacteria, whose ancestral representatives are at the origin of oxygen photosynthesis, are major players in the evolution and ecology of living communities and play a major role in the oxygen cycle. The frequency and intensity of cyanobacterial efflorescence has increased in recent decades. This increase is mainly attributed to the impact of anthropogenic pressures that led to the increasing eutrophication of water bodies and the creation of favorable cy-anobacterial aquatic environments and to a lesser extent, the effects of climate change favoring the development of cyanobacteria. Four main genera of potentially toxin-producing cyanobacteria form efflorescence in mid-water bodies: Planktothrix, Microcystis, Anabaena and Aphanizomenon. These genera have ecological characteristics of their own and are not found in the same type of environment and / or at the same time of the year.

Есть пять порядков разделения: на двадцать семь семей, которые включают сто шестьдесят шесть родов цианобактерий: Chroococcales, Pleurocapsales, Oscillatoriales, Nostocales, Stigonematales.

В Африке эти организмы и их токсины стали предметом нескольких исследований.

Цианобактерии представлены морфологическим разнообразием и функциональной уникальностью в среде водных фотосинтезирующих организмов, которое дает им конкурентное преимущество перед остальными сообществами фитопланктона.

Морфологическая организация этих организмов очень разнообразна: одиночные одноклеточные или колония, многоклеточные нитевидные с оболочкой (так называемые нити) или без (называемые трихомами), с дифференцированием или без дифференцирования клеток.

Эти организмы имеют три различных типа клеток [1]:

-Вегетативные клетки различных форм: круглые, овальные, прямоугольные, квадратные; с однородным клеточным содержимым или нет; с вакуолями с газом или без.

-Гетероцисты, клетки специализируются на фиксации атмосферного азота, встречаются только у представителей порядка Stigonematales и Nostocales.

-Акинеты, устойчивые клетки, так как имеют толстую стенку и содержат резервы,позволяющие данным порядкам (Nostocales и Stigonematales) выживать в неблагоприятных условиях окружаю- щей среды.

Рис. 1: Колониальный одноклеточные цианобактерии из рода Woronichinia

Функциональная организация

Цианобактерии лишены ядерной оболочки, митохондрий, эндоплазматической сети и жгутика.

C: карбоксисомы; CPG: гранула цианофицина; Т: тилакоиды Р: Гранулы полифосфата N: нуклеоплазма; G: Гранулы гликогена; PB: фикобилисома; GV: везикул с газом.

• (А)    с двойной Тилакоидной мембраной

• (B)    Клеточная оболочка c внешней мембраной, слоем пептидогликани и плазматической мембраной.

  Рис. 2: Цианобактерии, организованные в виде

  
  
  

  Рис. 3: Цианобактерии, организованные в виде нити, род Phormidium

  
  
  

  Рис. 4: трихома цианобактерий (род Anabaena )

  
  

  Пигменты.

  Реализация кислородного фотосинтеза включает в себя набор фотосинтезирующих пигментов. Термин "пигмент" соответствует тому, что эти молекулы окрашиваются из-за их способности улавливать солнечное излучение. Цианобактерии синтезируют несколько типов пигментов, таких, как хлорофилл и фикобилипротеины или аксессуаров пигментов, таких, как фикоцианин, фикоэритрин и аллофикоцианин. Этот состав пигментов специфичен для цианобактерий и позволяют им использовать солнечную радиацию в большей степени по сравнению с другими водорослями.

  Цианобактерии обычно различаются по морфологическим признакам (Размер клетки, наличие оболочки, цвет). Тем не менее, эти функции могут меняться в зависимости от условий окружающей среды, которые могут затруднить идентификацию отдельных видов. В таком случае помочь может наличие или отсутствие гетероцисты (рис. 4), клетки, позволяющей фиксировать атмосферный азот и, придающей цианобактерии способность расти в обедненных азотных средах.

  Может наблюдаться другой тип клеток -Акинеты.

  Цианобактерии также имеют газовые вакуоли, которые позволяют им корректировать свои позиции в толще воды, регулируя их флотирование.

  ЦЕЛИ. Цель диссертации: с использованием методов молекулярной биологии идентифицировать различные виды цианобактерий, населяющих побережье Алжира.

  Задачи

  
  

Рис. 5. Схематическое изображение функциональной организации вегетативной клетки цианобактерий [2].

• 1.    Анализ литературы по изучаемой проблеме.

• 2.    Сбор материала для исследований.

• 3.    Идентификация типов цианобактерий по анатомическим и морфологическим критериям.

• 4. Определение количества каждого типа цианобактерий в морской воде.

• 5.    Анализ химического состава морской воды на участках сбора проб цианобактерий.

• 6.    Физико-химический анализ образцов морской воды.

• 7.    Анализ содержания токсинов цианобактерий в бактериальных микросистемах.

• 8.    Молекулярно-генетический анализ выделенных образцов цианобактерий.

• 9.    Создание модели прогнозирования зависимости изобилия и биомассы цианобактерий от условий окружающей среды.

Сбор материала для исследования

Сбор цианобактерий:

Сбор токсичных водорослей выполняется с использованием сети для планктона с размером ячейки 20 мкм, имеющий сборник. Эта операция заключается в фильтраации 50 литров поверхностной воды с использованием сети для планктона, а затем опорожнение сборника (100 мл), содержащего все микроорганизмы диаметром более 20 мкм.

Содержание сборника или коллектора выливают в непрозрачный (затененный) флакон, содержащий 5 мл раствора 13% формальдегида. Это позволяет, во-первых, фиксировать структуры, содержащиеся в фильтрате и, во-вторых, избежать какой-либо бактериальной активности. Затем на флаконе отмечается место и дата сбора.

Идентификация типов цианобактерий

Идентификация типов собранных цианобактерий осуществляется с помощью оптического микроскопа по анатомическим, морфологическим признакам, представляющим собой идентификационные ключи, описанные Bourrelly P. [3].

При этом используются следующие критерии: структура микроводорослей (клеточная или нитчатая), форма (колонии или трихомы), размер и цвет, наличие или отсутствие желатиновой оболочки, акинет, гетероцист, вакуолей газа.

Подсчет определенных цианобактерий:

Подсчет цианобактерий осуществляется после наблюдения в оптический микроскоп (увеличение 10х 40 и 100), удельный объем (0,1 мл) гомогенного образца. Этапы идентификации и подсчета цианобактерий осуществляется соответственно DaPaz и др. [4]: (1) по горизонтальному пути по всей длине ламели; (2) четкий сдвиг высоты ламели примерно на одно поле зрения микроскопа (во избежание дублирования). Эта операция повторяется восемь раз.

Четыре основных типа потенциальнотоксичных цианобактерий способных к цветению: Planktothrix, Microcystis, Anabaena и Aphanizomenon [5]. При этом виды Аnabaena и Aphanizomenon обычно развиваются в начале лета, и часто заменяются Microcystis в конце сезона. Внутри рода Planktothrix часто встречаются два вида Planktothrix agardhii и Planktothrix rubescens.

Обилие питательных веществ (фосфора и, во вторую очередь, азота) и стабильности водной толщи - факторы, благоприятствующие пролиферации цианобактерий в основном в летний и ранне-осенний период [6].

В работе Souissi M.и др. [7], проходящей в период с июня 2001 года по июнь 2002 года (Озе-роУбейра (Oubeira) находящееся на севере Алжира), по наблюдениям описываются морфоанатомические признаки микроводорослей, по которым в собранном материале удалось выявить наличие 11 типов цианобактерий, из которых 9 признаны потенциально токсичными *: Anabaena*, Microcystis*, Oscillatoria*, Pseudanabaena*, Merismopedia, Aphanizomenon*, Gomphosphaeria*, Cylindrospermum*, Synechocystis*, Lyngbya * и Phormidium.

По итогам исследования выявилось преобладание плотности рода Anabaena. Но наиболее высокая частота возникновения принадлежит роду Microcystis.

Таблица. - Типы потенциально-токсичных цианобактерий, наблюдаемые во Франции и связанные с ними токсины. Токсины, уже выявленные во Франции.

Типы потенциально-токсичных цианобактерий	Токсины
Anabaena Aphanizomenon Coelosphaerium Lyngbya Microcystis Nostoc Oscillatoria Phormidium Planktothrix Pseudanabaena Rhaphidiopsis Synechococcus Woronichinia Rhaphidiopsis Anabaenopsis Cylindrospermopsis	Anatoxines Cylindrospermopsines Débromoaplysiatoxine Lyngbyatoxine Microcystines Microviridines Saxitoxines

Анализ химического состава морской воды на участках сбора проб цианобактерий

Фосфор и азот необходимы для пролиферации цианобактерий. Это предельные питательные вещества, то есть рост цианобактерий ограничивается наличием фосфора и/или азота. Таким образом, рассматривается соотношение между общим азотом (TN) и общим фосфором (TP). Низкое соотношение TN:TP (от 5 до 29), как правило, способствует развитию цианобактерий [8].

Действительно, цианобактерия имеет большее сродство к фосфору, чем другие водоросли. Кроме того, они способны его накапливать. Что касается азота, цианобактерии могут фиксировать атмосферный азот в своих гетероцистах.

Физико-химический анализ образцов морской воды

Физические параметры:

Эти показатели – инструменты экосистемных изменений, которые могут быть связаны с изменением биомассы водорослей и цианобактерий.

Прозрачность

Пролиферация цианобактерий может снизить прозрачности воды, что является предупреждающим сигналом, в частности, цветения цианобактерий.

Прозрачность толщи воды измеряется с помощью устройства, называемого "диск Секки", который делится на белые и черные области, которые погружают в воду. Прозрачность вычисляется по глубине, на которой более невозможно различить белые и черные области диска. Мы можем говорить о вариации прозрачности, если наблюдается разница в 20 до 30 см между двумя измерениями. Этот метод не нормируется, даже при широком использовании его в лимнологии.

Мутность

Метод определения такого показателя как мутность основан на измерении света, отраженного от частиц, взвешенных в толще воды, и его значение обычно увеличивается в зависимости от числа этих частиц, oни могут быть органическими или неорганическими, и состоящими из микроорганизмов, в том числе фитопланктона. Измерение мутности осуществляется с помощью стандартных методик в соответствии с NF ISO 7027 и выражается в NFU (Nephelometric Formazine Unit) из-за сильного поглощения света фитопланктоном результирующий сигнал может быть мал по сравнению с эквивалентной плотностью инертных твердых частиц. Увеличение мутности воды в присутствии цианобактерий может быть ограничено.

Свет

Возможность иметь доступ и использовать имеющийся свет является определяющим фактором в жизнедеятельности цианобактерий. В зависимости от природы света, доступного для фотосинтеза, цианобактерии способны модифицироваться, на уровне транскрипции, экспрессии генов, участвующих в синтезе фикобилисом и определении качественного состава последних [9]. Engelman (1902) описал дополнительный меха- низм хроматической адаптации. Boresch (1919, 1921) показал, что это изменение цвета соответствовало изменению в соотношении клеток между фикоцианина и фикоэритрина.