Отправить статью по E-mail 
Бактериальные сообщества, ассоциированные с пресноводным моллюском Kamtschaticana kamtschatica (Middendorff, 1850), в Северо-Восточной Сибири
- Авторы: Аксенов А.С.1,2, Кисиль О.Я.1,2, Червочкина А.С.2, Хребтова И.С.1, Манцурова К.С.1,2, Беспалая Ю.В.1, Аксенова О.В.1
-
Учреждения:
- Федеральный исследовательский центр комплексного изучения Арктики УрО РАН им. академика Н.П. Лаверова
- Северный (Арктический) федеральный университет им. М.В. Ломоносова
- Выпуск: Том 93, № 2 (2024)
- Страницы: 168-172
- Раздел: КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ
- URL: https://journals.rcsi.science/0026-3656/article/view/262511
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0026365624020135
- ID: 262511
Цитировать
Полный текст
Аннотация
В работе получены первые сведения о микробных сообществах, ассоциированных с пресноводным моллюском Kamtschaticana kamtschatica, населяющим разнотипные водоемы Восточной Сибири и Дальнего Востока России. С использованием данных метабаркодирования на основе фрагментов генов 16S рРНК проведено таксономическое профилирование бактериальных сообществ, ассоциированных с моллюсками, из трех водоемов Магаданской области. Показано, что преобладающими филумами в изучаемых бактериальных сообществах являются: Pseudomonadota, Bacillota, Cyanobacteriota, Actinomycetota, Verrucomicrobiota, Planctomycetota и Bacteroidota. Максимальное α-разнообразие бактерий по индексу Chao1 характерно для моллюсков из Оротуканского водохранилища. Относительная численность бактерий родов Snowella, Leptolyngbya, Nodosilinea, Arenimonas и Polaromonas существенно отличает моллюска данного местообитания от двух других. Наибольшие сходства в составе микробиоты у K. kamtschatica проявляются по роду Pseudomonas, присутствующего в большинстве образцов в количестве более 1% и не обнаруженного в образцах грунта. Полученные данные о разнообразии и составе бактериальных сообществ, ассоциированных с прудовиками, имеют фундаментальное значение для экологии пресноводных моллюсков.
Ключевые слова
Полный текст
Моллюски играют важную роль в структуре и функционировании пресноводных экосистем, участвуя в фильтрации воды, трансформации органического вещества или являясь элементом питания различных видов рыб (Böhm et al., 2021) и других позвоночных животных. Несмотря на значимость и давнюю историю исследований моллюсков, до сих пор существуют пробелы в фундаментальных аспектах их экологии, а также практическом использовании. В последнее время с развитием технологий высокопроизводительного секвенирования все большее внимание уделяется микробиоте, ассоциированной с беспозвоночными животными (Недолужко и соавт., 2017), в том числе и моллюсками (Dar et al., 2017). Например, благодаря подобным исследованиям выясняется роль микроорганизмов в массовом вымирании двустворчатых моллюсков (Richard et al., 2021), круговороте азота в водоемах (Marzocchi et al., 2021), адаптации инвазионных видов в новых местообитаниях (Chiarello, 2022), функционировании отдельных таксонов в тройной системе: моллюск–бактериальное сообщество–паразиты (Schols et al., 2023). Вместе с тем, данные о структуре сообществ и роли отдельных представителей бактерий у пресноводных моллюсков семейства Lymnaeidae, которые распространены по всему земному шару, практически отсутствуют (Hu et al., 2018; Kivistik et al., 2022). Одним из интересных представителей этого семейства является широко распространенный в Восточной Сибири и на Дальнем Востоке России вид Kamtschaticana kamtschatica, который населяет разнотипные водоемы и, помимо озер и рек, часто встречается в термальных источниках (Vinarski et al., 2021).
Целью настоящего исследования является таксономическое профилирование бактериальных сообществ, ассоциированных с пресноводным моллюском Kamtschaticana kamtschatica.
Экземпляры моллюсков были отобраны в августе 2022 года в Магаданской области по 4‒5 экземпляров из пойменного озера р. Магаданка на окраине г. Магадан (59.5478 с. ш., 150.8758 в. д.), водохранилища близ пгт. Оротукан (62.2672 с. ш., 151.7030 в. д.), и р. Сеймчан в 16 км выше впадения в реку Колыма (63.0302 с. ш., 152.2764 в. д.) (рис. 1).
Рис. 1. Карта-схема района исследований с указанием мест отбора образцов: SEIM — р. Сеймчан (синие точки); ORO — Оротуканское водохранилище (зеленые точки); MAG — пойменное озеро в устье р. Магаданка (красные точки). Масштабная линейка для раковин моллюсков — 2.5 мм.
Видовую идентификацию анализируемых образцов проводили на основе морфологии и подтверждали методом генетического баркодинга, описание которого дано в нашей предыдущей работе (Vinarski et al., 2021). Анализ интегральных гидрохимических показателей водоемов осуществляли в соответствии с ранее описанными методами (Bespalaya et al., 2021).
Образцы моллюсков и грунта после отбора помещали в стерильные емкости, замораживали при температуре ‒20C и транспортировали в лабораторию с сохранением температурного режима. Экстракцию ДНК из мягких тел моллюсков осуществляли с помощью модифицированного CTAB метода. Разрушение бактериальных клеток проводили двукратной гомогенизацией (скорость 6000 встряхиваний/мин в течение 30 с). На основе полученных препаратов ДНК создавали библиотеки участков маркерного гена 16S рРНК (вариабельный участок V4) за счет амплификации с использованием праймеров: F515/R806 (GTGCCAGCMGCCGCGGTAA/GGACTACVSGGGTATCTAAT). Рабочая смесь ПЦР состояла из полимеразы Q5® High-Fidelity DNA Polymerase (“NEB”, США), прямого и обратного праймеров, матрицы-ДНК и каждого dNTP (“LifeTechnologies”). Параметры амплификации: денатурация при 94C, 1 мин, 25 циклов с режимами: 94C — 30 с, 55C — 30 с, 72C — 1 мин, заключительная элонгация при 72C — 3 мин. Очистку ПЦР продуктов проводили с помощью магнитных частиц AMPureXP (“BeckmanCoulter”, США). Секвенирование осуществляли на приборе Illumina MiSeq (“Illumina”, США) с применением коммерческого набора MiSeq® ReagentKit v3 с двусторонним чтением (2 по 300 н). Использовали программное обеспечение компании Illumina, а также программные пакеты dada2, phyloseq и DECIPHER и программную среду R. Для представления данных таксономического анализа полученных исходных филотипов (Amplicon sequence variant, ASV) использовали средства программного пакета QIIME. Первичные данные секвенирования представлены в виде биопроекта NCBI (PRJNA1026928).
В химическом отношении изучаемые водоемы были сходны, однако температура в пойменном озере р. Магаданка более чем на 3C превышала значения данного параметра в двух других местах отбора. Гидрохимические параметры исследованных водоемов приведены на рис. 1.
В результате нами были установлены различия в α-разнообразии бактериальных сообществ, ассоциированных с моллюсками (рис. 2а).
Рис. 2. α-Разнообразие (а) и таксономический состав (б) бактериальных сообществ, ассоциированных с прудовиками Kamtschaticana kamtschatica, и грунтов в пресных водоемах Магаданской области.
Наибольшее значение индекса разнообразия Chao-1 характерно для последовательностей генов 16S рРНК образцов микробиоты, отобранных в Оротуканском водохранилище. Минимальные значения характерны для моллюсков из пойменного озера р. Магаданка (от 172 до 723).
Таксономический анализ бактериальных сообществ показал, что доминирующими филумами являются: Pseudomonadota, Bacillota, Cyanobacteriota, Actinomycetota, Verrucomicrobiota, Planctomycetota и Bacteroidota. В минорных количествах в некоторых образцах встречаются бактерии, относящиеся к филумам Desulfobacterota, Myxococcota, Patescibacteria. Для моллюсков в точках отбора ORO и MAG идентифицированы представители Chloroflexota, SEIM и MAG — Bdellovibrionota, SEIM — Deinococcota, Gemmatimonadota, SEIM и ORO — Fusobacteriota. Относительная численность бактерий филума Bacillota, ассоциированных с Kamtschaticana kamtschatica, в 10 и более раз выше, чем в бактериальных сообществах грунтов изучаемых объектов.
Обнаружены сходства и различия между родами бактерий в моллюсках изучаемого вида, обитающих в различных водоемах Магаданской области (рис. 2б). Например, на основании данных, полученных методом 16S рРНК-метабаркодинга, род Pseudomonas присутствовал практически во всех образцах мягких тел моллюсков в количестве более 1%. При этом в образцах грунта он не был обнаружен. Наличие данных бактерий в пищеварительном тракте моллюсков обусловлено их способностью к расщеплению полимерных компонентов растительной пищи (Hu et al., 2018). Для бактериального сообщества, ассоциированного с моллюсками из пойменного озера р. Магаданка, характерна высокая относительная численность различных родов семейства Clostridiaceae, а также неклассифицированного рода семейства Peptostreptococcaceae в сравнении с сообществами моллюсков из других районов. Для моллюсков р. Сеймчан, самой северной точки отбора в данном исследовании, отмечается высокая доля бактерий родов Spiroplasma и Tychonema, а также представителей семейства Commamonadaceae. Для бактериальных сообществ, ассоциированных с моллюсками из Оротуканского водохранилища, отмечаются существенные отличия от микробиоты моллюсков из других водоемов по следующим родам: Snowella, Leptolyngbya, Nodosilinea, Arenimonas и Polaromonas.
В настоящее время не существует единого набора маркеров для оценки состояния моллюсков в ответ на широкий спектр стрессовых факторов. Вместе с тем, данные о составе бактериальных сообществ, ассоциированных с моллюсками, могут использоваться для оценки здоровья изучаемых популяций в различных экосистемах (Aldridge et al., 2021). Например, в точке MAG у Kamtschaticana kamtschatica нами были обнаружены в значительном количестве микобактерии (рис. 2б), отдельные представители которых вызывают заболевания легких и кожных покровов у животных и человека (Carella et al., 2019). Учитывая, что моллюски могут выступать в качестве “резервуара” патогенов, возникает риск для здоровья представителей более высоких уровней трофических цепей.
Полученные нами сведения о разнообразии и таксономическом профилировании микробных сообществ, ассоциированных с прудовиками Kamtschaticana kamtschatica, имеют фундаментальное значение для познания экологии данного вида. В прикладном аспекте исследования интерес представляет изучение микроорганизмов, ассоциированных с данным видом моллюсков, в других типах местообитаний, например, в термальных источниках Камчатки (Vinarski et al., 2021), где вероятно обнаружение малоизученных бактерий, участвующих в деградации полисахаридов и обладающих биотехнологическим потенциалом.
Благодарности
Результаты получены с использованием оборудования ЦКП “Геномные технологии, протеомика и клеточная биология” ФГБНУ ВНИИСХМ.
Финансирование работы
Исследования выполнены при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект № 21-74-10155).
СОБЛЮДЕНИЕ ЭТИЧЕСКИХ СТАНДАРТОВ
Настоящая статья не содержит результатов исследований с использованием животных в качестве объектов.
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Об авторах
А. С. Аксенов
Федеральный исследовательский центр комплексного изучения Арктики УрО РАН им. академика Н.П. Лаверова; Северный (Арктический) федеральный университет им. М.В. Ломоносова
Автор, ответственный за переписку.
Email: a.s.aksenov@narfu.ru
Россия, Архангельск, 163020; Архангельск, 163002
О. Я. Кисиль
Федеральный исследовательский центр комплексного изучения Арктики УрО РАН им. академика Н.П. Лаверова; Северный (Арктический) федеральный университет им. М.В. Ломоносова
Email: s.aksenov@narfu.ru
Россия, Архангельск, 163020; Архангельск, 163002
А. С. Червочкина
Северный (Арктический) федеральный университет им. М.В. Ломоносова
Email: s.aksenov@narfu.ru
Россия, Архангельск, 163002
И. С. Хребтова
Федеральный исследовательский центр комплексного изучения Арктики УрО РАН им. академика Н.П. Лаверова
Email: s.aksenov@narfu.ru
Россия, Архангельск, 163020
К. С. Манцурова
Федеральный исследовательский центр комплексного изучения Арктики УрО РАН им. академика Н.П. Лаверова; Северный (Арктический) федеральный университет им. М.В. Ломоносова
Email: s.aksenov@narfu.ru
Россия, Архангельск, 163020; Архангельск, 163002
Ю. В. Беспалая
Федеральный исследовательский центр комплексного изучения Арктики УрО РАН им. академика Н.П. Лаверова
Email: s.aksenov@narfu.ru
Россия, Архангельск, 163020
О. В. Аксенова
Федеральный исследовательский центр комплексного изучения Арктики УрО РАН им. академика Н.П. Лаверова
Email: s.aksenov@narfu.ru
Россия, Архангельск, 163020
Список литературы
- Недолужко А.В., Кадников В.В., Белецкий А.В., Шарко Ф.С., Цыганкова С.В., Марданов А.В., Равин Н.В., Скрябин К.Г. Микроорганизмы, ассоциированные с микронасекомыми Megaphragma amalphitanum и Scydosella musawasensis // Микробиология. 2017. Т. 86. C. 520–522.
- Nedoluzhko A.V., Kadnikov V.V., Beletsky A.V., Sharko F.S., Tsygankova S.V., Mardanov A.V., Ravin N.V., Skryabin K.G. Microorganisms associated with microscopic insects Megaphragma amalphitanum and Scydosella musawasensis // Microbiology (Moscow). 2017. V. 86. P. 532‒533.
- Aldridge D.C., Ollard I., Bespalaya Y.V., Bolotov I.N., Douda K., Geist J., Haag W.R., Klunzinger M.W., Lopes-Lima M., Mlambo M.C., Riccardi N., Sousa R., Strayer D.L., Torres S.H., Vaughn C.C., Zając T., Zieritz A. Freshwater mussel conservation: a global horizon scan of emerging threats and opportunities // Global Change Biol. 2022. V. 29. P. 575–589.
- Bespalaya Y.V., Aksenova O.V., Bolotov I.N., Aksenov A.S. Freshwater mollusks in lakes of the Solovetsky Islands (White Sea) // Lake Water: Properties and Uses (Case Studies of Hydrochemistry and Hydrobiology of Lakes in Northwest Russia). Ch. 10. N.Y.: Nova Sci. Publishers, 2021. P. 249‒267.
- Böhm M., Dewhurst-Richman N.I., Seddon M., Ledger S.E.H., Albrecht C., Allen D., Bogan A.E., Cordeiro J. et al. The conservation status of the world’s freshwater molluscs // Hydrobiologia. 2021. V. 848. P. 3231–3254.
- Carella F., Aceto S., Pollaro F., Miccio A., Iaria C., Carrasco N., Prado P., De Vico G. A mycobacterial disease is associated with the silent mass mortality of the pen shell Pinna nobilis along the Tyrrhenian coastline of Italy // Sci. Rep. 2019. V. 9. Art. 2725.
- Chiarello M., Bucholz J.R., McCauley M., Vaughn S.N., Hopper G.W., Gonzalez I.S., Atkinson C.L., Lozier J.D., Jackson C.R. Environment and co-occuring native mussel species, but not host genetics, impact the microbiome of a freshwater invasive species (Corbicula fluminea) // Front. Microbiol. 2022. V. 13. Art. 800061.
- Dar M.A., Pawar K.D., Pandit R.S. Gut microbiome analysis of snails: a biotechnological approach // Organismal and Molecular Malacology / Ed. S. Ray. InTech., 2017. P. 189–217.
- Hu Z., Chen X., Chang J., Yu J., Tong Q., Li S., Niu H. Compositional and predicted functional analysis of the gut microbiota of Radix auricularia (Linnaeus) via high-throughput Illumina sequencing // PeerJ. 2018. V. 6. Art. e5537.
- Kivistik C., Kairo K., Tammert H., Sokolova I.M., Kisand V., Herlemann D.P.R. Distinct stages of the intestinal bacterial community of Ampullaceana balthica after salinization // Front. Microbiol. 2022. V. 13. Art. 767334.
- Marzocchi U., Bonaglia S., Zaiko A., Quero G.M., Vybernaite-Lubiene I., Politi T., Samuiloviene A., Zilius M., Bartoli M., Cardini U. Zebra mussel holobionts fix and recycle nitrogen in lagoon sediments // Front. Microbiol. 2021. V. 11. Art. 610269.
- Richard J.C., Campbell L.J., Leis E.M., Agbalog R.E., Dunn C.D., Waller D.L., Knowles S., Putnam J.G., Goldberg T.L. Mussel mass mortality and the microbiome: evidence for shifts in the bacterial microbiome of a declining freshwater bivalve // Microorganisms. 2021. V. 9. Art. 1976.
- Schols R., Vanoverberghe I., Huyse T., Decaestecker E. Host-bacteriome transplants of the schistosome snail host Biomphalaria glabrata reflect species-specific associations // FEMS Microbiol. Ecol. 2023. V. 99. P. 1–9.
- Vinarski M.V., Aksenova O.V., Bespalaya Yu.V., Kondakov A.V., Tomilova A.A., Khrebtova I.S., Gofarov M.Yu., Bolotov I.N. One beringian genus less: a re-assesment of Pacifimyxas Kruglov & Starobogatov, 1985 (Mollusca: Gastropoda: Lymnaeidae) questions the current estimates of beringian biodiversity // J. Zool. Syst. Evol. Res. 2021. V. 59. P. 44–59.
Дополнительные файлы
