Бактерии-«чистильщики» в подземных водах
По информации ФИЦ Биотехнологии РАН
Один из ключевых микробных процессов в круговороте азота — окисление аммония нитритом в бескислородной среде, так называемый анаммокс.
Сейчас известно более 22 видов анаммокс-бактерий. Они были обнаружены как в природной среде — пресноводных водоёмах, морях, горячих источниках, так и в антропогенных местообитаниях. До недавнего времени считалось, что в подземных местообитаниях анаммокс-бактерии не играют существенной роли, их численность и разнообразие низки. Однако последние исследования показывают, что сообщество анаммокс-микроорганизмов, обитающих в грунтовых водах, довольно разнообразно, например, в загрязнённых интенсивным сельским хозяйством или богатых такими опасными соединениями, как мышьяк. И большинство из них — новые виды, мало похожие на ранее описанные.
Сотрудники ФИЦ Биотехнологии РАН и Института физической химии и электрохимии им. А. Н. Фрумкина РАН исследовали микробное сообщество в экосистеме подземных вод вблизи поверхностного хранилища радиоактивных отходов Чепецкого механического завода (г. Глазов, Удмуртия). Эта экосистема сильно загрязнена нитратами и аммонием и отличается низкой круглогодичной температурой (7—8°C). Захоронения радиоактивных отходов Чепецкого механического завода начались в середине 1960-х годов и за прошедшие годы существенно изменили экосистему близлежащих подземных вод из-за утечки растворимых компонентов этих отходов, в основном нитратов, аммония, сульфатов, урана и железа.
Исследователи отобрали пробы из верхнего слоя подземных вод с глубины десять метров из двух скважин. В обеих скважинах, загрязнённых азотом, было выявлено микробное сообщество, в котором в изобилии присутствовали азотпреобразующие микроорганизмы, и, к удивлению микробиологов, в сообществе доминировали анаммокс-бактерии. Более того, с помощью метагеномного анализа в отобранных пробах были обнаружены новые анаммокс-микроорганизмы. Филогенетический анализ и сравнение геномов подтвердили открытие четырёх ранее неизвестных анаммокс-бактерий: нового рода Ca. Frigussubterria, нового вида в роде Ca. Kuenenia и двух штаммов нового вида в роде Ca. Scalindua. Впервые идентифицированные бактерии назвали в честь местообитания, где они были обнаружены. Представители вида Ca. Kuenenia glazoviensis и Ca. Frigussubterria udmurtiae в большом количестве обитали на менее загрязнённом азотом участке, в то время как Ca. Scalindua chemeplantae нашли в обеих скважинах, что показывает их лучшую адаптацию к высокому загрязнению.
Анализ геномов выявил, что новые анаммокс-микроорганизмы обладают генами адаптации к холоду (гены, кодирующие белки-антифризы) и детоксикации активного кислорода. Также были обнаружены гены, отвечающие за уменьшение содержания (восстановление) нерастворимых в воде Fe2O3 или MnO2, усвоение сульфатов, утилизацию мочевины, восстановление нитратов до аммония.
Исследователи считают, что открытие четырёх новых анаммокс-организмов не только расширяет знания о филогенетическом разнообразии анаммокс-бактерий и их функциях, но и улучшает общее понимание круговорота азота в местах с сильным загрязнением и низкими температурами. Тщательное изучение доминирующих представителей азотного цикла в подобных экологических системах может помочь в создании более совершенных подходов для биоремедиации на месте. Следует отметить, что подвижность соединений урана определяется содержанием нитратов, и их восстановление до молекулярного азота, как предполагается, поможет «блокировать» уран в созданном биогеохимическом барьере, предотвращая его утечку.
Результаты исследования описаны в статье в журнале «Journal of Environmental Management».
Читайте в любое время
