Ecological and biochemical properties of thermophilic bacteria taken from the Dachnie hot springs of Kamchatka (Far East, Russia)

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

In this work, we studied some ecological and biochemical characteristics (cultural, morphological, physiological and biochemical properties, extracellular enzymatic activity, bacterial growth in various ranges of temperatures, pH, NaCl concentrations, resistance to heavy metals) of 14 strains of thermophilic bacteria taken from thermal waters and microbial mats of Kamchatka Dachnie springs. On selective environment the strains formed mostly transparent, beige, white-gray, brown, yellow and pink colonies. It was shown that the isolates were represented most of all by asporogenic, catalase-positive and oxidase-positive, mobile, gram-negative rods of various sizes. Most of the cultures were capable of forming exozymes, especially amylases and proteinases. The strains grew in a wide range of temperatures (35–50°C), pH (5–8), NaCl concentration (1–5%) and were characterized by increased resistance to a number of heavy metals. 4 strains of thermophilic heterotrophic bacteria exhibited multiple multidrug resistance to metals. They were identified and it was shown that the isolates were represented by bacteria of the genus Bacillus sp. (№ 19), Thermus sp. (№ 40), Pseudomonas sp. (№ 15), Rhizobium sp. (№ 125). The strains with high enzymatic activity and increased resistance to pollutants are promising for use in the field of ecology for cleaning contaminated environmental objects.

About the authors

Elena G. Lebedeva

Far Eastern Geological Institute of Far Eastern Branch of Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: microbiol@mail.ru

candidate of biological sciences, senior researcher of Geochemistry of Hypergene Processes Laboratory

Russian Federation, Vladivostok

Natalya A. Kharitonova

Far Eastern Geological Institute of Far Eastern Branch of Russian Academy of Sciences

Email: tchenat@mail.ru

doctor of geological and mineralogical sciences, chief researcher of Geochemistry of Hypergene Processes Laboratory

Russian Federation, Vladivostok

References

  1. Sand W. Microbial life in geothermal waters // Geothermics. 2003. Vol. 32. P. 655–667.
  2. Meyer-Dombard D.R., Shock E.L., Amend J.P. Archaeal and bacterial communities in geochemically diverse hot springs of Yellowstone National Park, USA // Geobiology. 2005. Vol. 3. P. 211–227.
  3. Галачьянц А.Д., Белькова Н.Л., Суханова Е.В., Романовская В.А., Гладка Г.В., Бедошвили Е.Д., Парфенова В.В. Разнообразие и физиолого-биохимические свойства гетеротрофных бактерий, выделенных из нейстона озера Байкал // Микробиология. 2016. № 5. С. 568–579.
  4. Franke R.B., Bazylinski D.A. Biologically induced mineralization by bacteria // Reviews in Mineralogy and Geochemistry. 2003. Vol. 54. P. 95–114.
  5. Лазарева Е.В., Брянская А.В., Жмодик С.М., Смирнов С.З., Пестунова О.П., Бархутова Д.Д., Полякова Е.В. Минералообразование в цианобактериальных матах щелочных гидротерм Баргузинской впадины Байкальской рифтовой зоны // Доклады Академии наук. 2010. Т. 430, № 5. С. 675–680.
  6. Huber H., Stetter K.O. Hyperthermophiles and their possible potential in biotechnology // Journal of Biotechnology. 1998. Vol. 64. P. 39–52.
  7. Lewin A., Wentzel A., Valla S. Metagenomics of microbial life in extreme temperature environments // Current Opinion in Biotechnology. 2013. Vol. 24. P. 516–525.
  8. Белькова Н.Л., Округин В.М., Тадзаки К. Изучение микробных сообществ Вилючинской гидротермальной системы (Камчатка) методами оптической и электронной микроскопии // Микробиология. 2006. № 5. С. 713–716.
  9. Андреева И.С., Морозов И.В., Печуркина Н.И., Морозова О.В., Рябчикова Е.И., Саоанина И.В., Емельянова Е.К., Пучкова Л.И., Торок Т.Т., Власов В.В., Репин В.Е. Выделение бактерий рода Paenibacillus из почвы и источников долины гейзеров (Камчатка) // Микробиология. 2010. № 5. С. 705–713.
  10. Гумеров В.М., Марданов А.В., Белецкий А.В., Бонч-Осмоловская Е.А., Равин Н.В. Молекулярный анализ биоразнообразия микроорганизмов в источнике Заварзина, кальдера Узон, Камчатка) // Микробиология. 2011. № 2. С. 258–265.
  11. Chernyh N.A., Mardanov A.V., Gumerov V.M., Miroshnichenko M.L., Lebedinsky A.V., Merkel A.Y., Crowe D., Pimenov N.V., Rusanov I.I., Ravin N.V., Moran M.A., Bonch-Osmolovskaya E.A. Microbial life in Bourlyashchy, the hottest thermal pool of Uzon caldera, Kamchatka // Extremophiles. 2015. Vol. 19. P. 1157–1171.
  12. Лебедева Е.Г., Харитонова Н.А., Челноков Г.А. Бактерии различных эколого-трофических групп в Дачных термальных источниках (Камчатка, Дальний Восток) // Естественные и технические науки. 2019. № 11 (137). С. 303–305.
  13. Nikulina T.V., Kalitina E.G., Kharitonova N.A., Chelnokov G.A., Vakh E.A., Grishchenko O.V. Diatoms from hot springs of the Kamchatka Peninsula (Russia) // Diatoms: Fundamentals & Applications. Chapter 14 / eds. J. Seckbach, R. Gordon. Wiley-Scrivener, Beverly, MA, USA. 2019. Vol. 1. P. 311–333. doi: 10.1002/9781119370741.ch14.
  14. Кузнецов С.И., Дубинина Г.А. Методы изучения водных микроорганизмов. М.: Изд-во «Наука», 1989. 288 с.
  15. Youchimizu M., Kimura T. Study of intestinal microflora of Salmonids // Fish Pathology. 1976. Vol. 10, № 2. P. 243–245.
  16. Руководство к практическим занятиям по микробиологии / под ред. Н.С. Егорова. М.: Изд-во «МГУ», 1995. 224 с.
  17. Lambert R.J., Pearson J. Susceptibility testing: accurate and reproducible minimum inhibitory concentration (MIC) and non-inhibitory concentration (NIC) values // Microbiology. 2000. Vol. 88. P. 784–790.
  18. Безвербная И.П., Бузолева Л.С., Христофорова Н.К. Металлоустойчивые гетеротрофные бактерии в прибрежных акваториях Приморья // Биология моря. 2005. № 2. С. 89–93.
  19. Определитель бактерий Берджи / под ред. Д. Хоулта, Н. Крига, П. Снита, Д. Стейли, С. Уилльямса в 2 т. Т. 1. М.: Изд-во «Мир», 1997. 432 с.
  20. Чудаев О.В., Чудаева В.А., Карпов Г.А., Эдмундс М., Шанд П. Геохимия вод основных геотермальных районов Камчатки. Владивосток: Изд-во «Дальнаука», 2000. 157 с.
  21. Лебедева Е.Г., Харитонова Н.А. Физиолого-биохимические свойства и потенциальная ферментативная активность гетеротрофных бактерий, выделенных из термальных вод и микробных матов месторождения Кульдур // Успехи современного естествознания. 2019. № 12. С. 106–111.
  22. Бузолева Л.С., Смирнова М.А., Безвербная И.П. Биологические свойства морских нефтеуглеводородокисляющих бактерий из прибрежных акваторий Дальневосточных морей с разным характером загрязнения // Известия ТИНРО. 2008. Т. 155. С. 210–218.
  23. Бабасанова О.Б., Бархутова Д.Д. Аэробные термофильные бактерии гидротермы Шаргулжут (Монголия) // Вестник Бурятского государственного университета. Сер. 2. Биология. 2005. Вып. 7. С. 155–159.
  24. Silver S., Phung L.T. Bacterial heavy metal resistance: new surprises // Annual Review of Microbiology. 1996. Vol. 50. P. 753–789.
  25. Nies D.H. Microbial heavy metal resistance // Applied Microbiology and Biotechnology. 1999. Vol. 51. P. 730–750.
  26. Беляков А.Ю. Оценка токсичности буровых шламов и эколого-функциональные особенности выделенных из них микроорганизмов: дис. … канд. биол. наук. Саратов, 2014. 173 с.
  27. Бузолёва Л.С., Кривошеева А.М. Влияние тяжелых металлов на размножение патогенных бактерий // Успехи современного естествознания. 2013. № 7. С. 30–33.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Figure 1 - Morphological forms of heterotrophic thermophilic bacteria isolated from thermal waters and microbial mats of hydrothermal waters of the Dachny area (a - gr + strain No. 111; b - gr - No. 68; c - gr - No. 88; d - gr + No. 19)

Download (70KB)
Indexing metadata
3. Figure 2 - Growth of isolated strains of thermophilic bacteria on YK medium without the addition of metals (control) (a) and with the addition of Pb²⁺ 2500 mg / l (b)

Download (39KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2020 Lebedeva E.G., Kharitonova N.A.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies