Мультисубстратное тестирование природных микробных сообществ - Горленко М.В.
ISBN 5-317-01228-7
Скачать (прямая ссылка):
надежда на то, что функциональные параметры могут быть получены только на
основе генетической информации о сообществе не обоснована. В этой связи
можно привести такой пример. Клетки
4
мозга и почек человека, строго говоря, генетически не различаются по ДНК
и г-РНК, но в норме осуществляют различные функции.
Каким же образом можно решать задачу определения функциональных
характеристик почвенного микробного сообщества? Прямой и естественный
способ решения этой задачи был давно предложен выдающимся русским
микробиологом С.Н.Виноградским (Виноградский, 1952).
Суть его подхода состоит в следующем. Почвенному микробному сообществу
следует предложить работу по использованию разнообразных органических
веществ, внесенных в почву, а затем оценить реакцию сообщества. Для этого
С.Н.Виноградский вносил в нестерильную почву с естественным микробным
сообществом глюкозу, маннит, аспарагин, цитрат, сукцинат и другие
вещества. С помощью доступного ему метода регистрации (прямая
микроскопия) он убедился в эффективности метода. По существу, с данной
идеологией связаны, в частности, методы инициации сообщества крахмалом
(амилолитическое сообщество по В.С.Гузеву) и аппликационные методы
разложения целлюлозы. Анализ информации, полученной после внесения в
почву одного субстрата, подтвердил эффективность подхода. Однако, при
этом, вне поля зрения исследователей оставалась отмеченная
С.Н.Виноградским необходимость анализа реакции микробного сообщества
почвы на широкий спектр органических веществ.
В полной мере такую возможность удалось реализовать в последнее
десятилетие на основе современных методов регистрации и компьютерной
обработки данных. Настоящая работа посвящена краткому описанию
мультисубстратного тестирования (МСТ) почвенных микробных сообществ.
5
ГЛАВА 1.
МУЛЬТИСУБСТРАТНОЕ ТЕСТИРОВАНИЕ (МСТ) - НОВЫЙ МЕТОД ОЦЕНКИ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО
БИОРАЗНООБРАЗИЯ МИКРОБНЫХ СООБЩЕСТВ (СИСТЕМЫ "BIOLOG" И "ЭКОЛОГ")
Принципиальная схема МСТ
В основе метода МСТ лежит анализ спектров потребления субстратов (СПС)
природными микробными сообществами. В настоящее время за рубежом для
этого используется система BIOLOG (США), созданная для штаммовой
идентификации чистых культур и, как коммерческий продукт, ориентированная
на использование в медицинской микробиологии. Таким образом, при
использовании системы BIOLOG для анализа естественных природных
сообществ, речь идет об использовании медицинской диагностической системы
в иной области. Предложенная нами (Горленко, Кожевин, 1994) система МСТ
"ЭКОЛОГ" уже изначально разрабатывалась для решения экологических задач.
Некоторые прикладные возможности метода защищены (в соавторстве с
С.С.Камаевой) патентом на изобретение N2140628 (Государственный реестр
изобретений Российской Федерации, 27 октября 1999 года).
По существу система "ЭКОЛОГ' представляет полную реализацию на
современном уровне классической идеи С.Н.Виноградского о методе,
позволяющем регистрировать реакцию сложного природного микробного
сообщества на предлагаемый к использованию широкий спектр разнообразных
углеродсодержащих соединений.
К достоинствам МСТ можно отнести высокую чувствительность при регистрации
разнообразных изменений в микробном сообществе, что связано с
исключительно богатой комбинаторикой сигналов. Регистрация и обработка
данных осуществляются с помощью современных компьютерных технологий, что
позволяет эффективно и быстро охарактеризовать структурно-функциональные
особенности природных микробных сообществ.
Для проведения МСТ используются стандартные кюветы для
6
иммунологических тестов, представляющие собой пластины из прозрачного
пластика с 96 ячейками. В каждую ячейку добавляют определенный субстрат,
набор минеральных солей и тетразолий фиолетовый, как индикатор
потребления субстрата.
При росте микроорганизмов в ячейках происходит восстановление неокрашеных
солей тетразолия до бордово-окрашенного формазана, который накапливается
в ячейках в виде гранул. Регистрация окраски (510 нм) осуществляется с
помощью многоканального фотометра (ридера). Информация автоматически
поступает в базу данных компьютера. В основном варианте МСТ "ЭКОЛОГ"
используют 47 отобранных экологически информативных субстратов,
представляющих органические соединения различных классов (табл. 1).
Существуют также сокращенные наборы из 11 субстратов для решения
специальных задач. Субстраты, используемые в МСТ, в основном представлены
низкомолекулярными и относительно легко доступными соединениями, роль
которых в почвенных процессах пока менее исследована по сравнению со
сложными компонентами почвенного органического вещества.
Концентрация таких веществ - сахаров, аминокислот, органических кислот в
почвенном растворе может быть очень низкой (<50 цМ). Однако это
обстоятельство не является основанием для заключения о малой значимости
подобных соединений по сравнению, например, с комплексными соединениями
гумусовой природы. Скорее наоборот, низкая концентрация в данном случае
