Микробиология

В обзоре представлены ключевые результаты изучения биокремнезема, полученного из диатомовых водорослей, и его применения в различных областях науки и технологий. Цель данного обзора – систематизация данных о свойствах, методах модификации и областях применения данного материала. Обобщены данные о свойствах биокремнезема и рассмотрены основные методы модификации, позволяющие значительно расширить спектр функциональных характеристик этого материала. Особое внимание уделено использованию немодифицированного и модифицированного биокремнезема в биомедицине в качестве нанокурьеров лекарственных препаратов, материалов для регенерации тканей, лечения инфицированных ран, а также биосенсоров и матриц для SERS-анализа. Представлены данные о его эффективности в экологических исследованиях, таких как очистка сточных вод от тяжелых металлов, органических красителей и фенолов. Отдельно рассмотрены новые перспективные направления применения биокремнезема, включая его использование в энергетике, хроматографических анализах и других инновационных областях. Обзор обобщает современные данные и подчеркивает значимость разработки новых методов модификации для расширения функциональных возможностей этого уникального материала.

В августе 2023 года проведены исследования микробных сообществ водной толщи каскада высокогорных озер Западного Кавказа (оз. Клухорское). Были получены и проанализированы данные о составе микробных сообществ и биогеохимической активности микробных процессов. Озера каскада (Большое, Малое и Восточное Клухорские) располагаются на высоте 2670–2980 м и являются ультрапресными и олиготрофными, близкими по гидрохимическому составу, но различающимися по температуре и прозрачности воды. Величина первичной продукции фотосинтеза составляла 5.3–8.0 мкг С л^–1 сут^–1, темновой ассимиляции углекислоты 0.5–1.2 мкг С л^–1 сут^–1. Величины общей численности микроорганизмов варьировали от 70 до 150 тыс. кл. мл^–1. В олиготрофных водах Клухорских озер в микробном сообществе доминировали бактериальные филы Actinobacteriota, Bacteroidota, Pseudomonadota, представляющие в основном аэробные гетеротрофные группы. Археи составляли менее 1% сообщества. Выявлены микроорганизмы, являющиеся индикаторами мутных и прозрачных вод изучаемых озер. Это аэробные грамположительные бактерии семейства Ilumatobacteraceae, психрофильные бактерии семейства Comamonadaceae – важные компоненты ледниковых микробиомов, и олиготрофные бактерии семейства Sphingomonadaceae, устойчивые к воздействию солнечного излучения, включая ультрафиолетовое. Сообщество микроводорослей водной толщи озера Большое Клухорское включало представителей зеленых микроводорослей, диатомовых водорослей Pinnularia, хризомонадных и криптофитовых водорослей. Состав микроводорослей в трех озерах заметно различался. Цианомикробиом прозрачного оз. Малое Клухорское был беднее, чем в оз. Большое Клухорское. В Большом Клухорском озере в толще воды были обнаружены копеподы Centropages sp. и Acanthodiaptomus denticornis, приспособленные к экстремальным условиям высокогорья, включая низкие температуры и высокую ультрафиолетовую радиацию. Результаты работы свидетельствуют о том, что образование новых перигляциальных озер и потеря связи с ледниками при их отступлении приводит к изменению структур планктонных сообществ при переходе от мутных ледниковых озер к прозрачным. Состав микробных сообществ водоемов и их биогеохимическая продуктивность могут быть индикаторами масштабных и локальных климатических изменений.

Из донных отложений северной части Японского моря выделена новая сульфатвосстанавливающая бактерия (штамм SRJS8^Т), обладающая способностью к биодеградации углеводородов нефти. Изолят был представлен грамположительными подвижными одиночными спорообразующими палочками размером 0.4–0.5 × 2.0–5.0 мкм, рос в диапазоне температуры 6–30°С (оптимум 25°С), рН 6.3–7.7 (оптимум 7.3) и концентрации NaCl от 0 до 20 г/л (оптимум 2 г/л). Штамм SRJS8^Т использовал бутанол, глицерин, метанол, этанол, бутират, лактат, пируват, формиат, дрожжевой экстракт, Н₂/СО₂, сырую нефть в качестве доноров электронов и источника углерода в присутствии сульфата. В качестве акцепторов электронов штамм использовал сульфат, сульфит, тиосульфат, элементную серу, фумарат и Fe(III), но не нитрат, арсенат и ДМСО. Штамм SRJS8^Т был способен сбраживать лактат и пируват, но не дрожжевой экстракт в отсутствие сульфата. Ближайшим родственником штамма SRJS8^Т с 98.49% сходства последовательностей гена 16S рРНК является Desulfosporosinus lacus STP12^T. У штамма SRJS8^Т секвенирован геном размером 5.43 Mб. ДНК–ДНК гомология геномов штамма SRJS8^Т и D. lacus STP12^T составила 57.4%, а значение ANI – 93.69%. Содержание Г + Ц в ДНК – 42.08%. На основании полученных данных штамм SRJS8^Т (=VKM В-3489^Т =JCM 39189^Т) отнесен к новому виду рода Desulfosporosinus, для которого предложено название Desulfosporosinus shakirovi sp. nov.

Формирование биопленок имеет равноценное адаптационное значение как для эпифитных, так и эндофитных ризобактерий в связи с их первичной локализацией на поверхности растительных корней. Типовые штаммы Azospirillum brasilense Sp7 и A. baldaniorum Sp245 формировали биопленки в корневой системе пшеницы (Triticum aestivum L.) преимущественно в зонах верхушки корня и корневых волосков, а также в местах формирования боковых корней. В случае выделенного из корней топинамбура (Helianthus tuberosus L.) штамма Enterobacter cloacae K7 формирование биопленок в определенных зонах корня не являлось характерным признаком. Штамм K7 колонизировал корни, формируя биопленки по поверхности зон проведения, всасывания и кончика корня. Штаммы Sp7/Sp245 и K7 не являлись антагонистами, а в популяции их смешанных биопленок (исследовано на модели Sp7 и K7) доли субпопуляций каждого из штаммов были примерно одинаковыми. Однако в корневой системе проростков, инокулированных смешанными культурами K7 и Sp7/Sp245, в биопленках встречались участки, в которых многоклеточные скопления одного штамма были изолированы от скопления бактерий другого. Диффузное распределение клеток Sp7/Sp245 среди энтеробактерий или клеток K7 между азоспириллами не являлось типичным.