Биоинформатики и микробиологи Санкт-Петербургского университета и ВНИИСХМ открыли и описали новый вид бактерий Psychrobacillus syltrankelensis из почвы высокогорного Северного Кавказа, у озера Сылтран-Кель в Кабардино-Балкарии. Также из почв Алтая выделен и описан новый вид Bacillus altaicus. В геномах обоих микроорганизмов найдены гены для синтеза хозяйственно ценных соединений. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в научных журналах Microbiology Spectrum и International Journal of Molecular Sciences.
Род бактерий Psychrobacillus известен ученым сравнительно недавно — он был выделен из более крупного рода Bacillus только в 2010 году. Представители этого рода встречаются в самых разных местах: в почве, в ледниках, в кишечнике животных, на растениях и даже в загрязненных нефтью экосистемах. При этом многие из них обладают полезными для человека свойствами: например, могут разлагать нефть, способствовать росту растений или вырабатывать природные биоэмульгаторы.
Несмотря на это, род Psychrobacillus остается слабо изученным. К началу данного исследования в международных базах данных насчитывалось всего 54 генома таких бактерий, что очень мало для понимания их истинного разнообразия. Кавказский регион, откуда был взят образец почвы, оставался «белым пятном» в отношении этого рода — ранее Psychrobacillus там никто не находил.
Ученые Санкт-Петербургского государственного университета и Всероссийского института сельскохозяйственной микробиологии (ВНИИСХМ) открыли новый вид этих бактерий, не только расширив знания о биоразнообразии Кавказа, но и внеся вклад в общую картину эволюции и экологии целого рода микроорганизмов.
«Мы отобрали образец почвы в горах, прогрели его, чтобы уничтожить неспоровые формы жизни, и вырастили на питательной среде колонии интересующих нас бактерий. После этого выделили и всесторонне охарактеризовали новый организм. Работа показала, что эта бактерия лучше всего растет при температуре 30 °C, слабокислой среде и низком содержании соли — то есть она не является холодолюбивой, в отличие от многих своих родственников», — объяснил руководитель исследования, профессор кафедры цитологии и гистологии СПбГУ, ведущий научный сотрудник ВНИИСХМ Кирилл Антонец.
Исследование образца под микроскопом показало, что бактерия окрашивается как грамотрицательная в розовый цвет, хотя относится к группе, где большинство видов — грамположительные (фиолетовые). Также у нее не нашли спор — особого состояния, в котором некоторые бактерии переживают неблагоприятные условия, хотя небольшое количество клеток все же выжило после нагрева до 80 °C.
Самым важным этапом для полного описания бактерии стала расшифровка генома. Сравнение показало: средняя нуклеотидная идентичность с ближайшим родственником P. glaciei составила всего 84,3%, при норме для одного вида выше 95%. Эти данные подтвердили, что перед учеными новый вид. Его назвали Psychrobacillus syltrankelensis в честь озера, у которого нашли. Химический состав мембраны тоже оказался уникальным: больше половины всех жирных кислот приходится на тип C14:1, что отличает новый вид от всех известных.
Кроме того, с привлечением методов искусственного интеллекта ученые обнаружили в геноме новой бактерии гены, отвечающие за синтез вещества, отдаленно напоминающего стрептозотоцин — известный противоопухолевый препарат — а также природного противогрибкового агента итурина.
«Разрабатываемые под руководством Кирилла Антонца биоинформатические инструменты для функциональной аннотации геномов микроорганизмов, использующие, в том числе, методы ИИ, позволяют быстро и эффективно находить гены, ответственные за синтез перспективных соединений: антибиотиков, инсектицидов, фунгицидов, противоопухолевых веществ, что сокращает время и затраты на проведение исследований», — отметил председатель научной комиссии в области биологических наук и биоэкологии, заведующий кафедрой генетики и биотехнологии СПбГУ профессор РАН Антон Нижников.
Параллельно с кавказской находкой та же научная группа при поддержке Российского научного фонда провела исследование почвенных бактерий еще одного малоизученного региона — Алтая. Выделенный из местной почвы штамм, первоначально принятый за Bacillus mycoides, при детальном геномном и физиолого‑биохимическом анализе оказался представителем нового вида, получившего название Bacillus altaicus.
Сравнение геномов трехсот родственных штаммов показало, что B. altaicus, как и его кавказский «собрат», несет гены инсектицидных токсинов и природных антибиотиков, то есть тоже интересен для биотехнологии. В этом случае оказалось, что B. altaicus оказывает токсический эффект на культуру раковых клеток поджелудочной железы, причем этот эффект зависит от стадии роста бактерий.
Типовые образцы новых видов были помещены в Ведомственной коллекции полезных микроорганизмов сельскохозяйственного назначения.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
