Сотрудники кафедры биоинженерии биологического факультета МГУ изучили микроводоросль – источник ценного природного антиоксиданта. Микроводоросль Haematococcus lacustris, обитающая в скальных углублениях побережья Белого моря, применяется для получения кетакаротиноида астаксантина в промышленных масштабах. Однако в ходе его культивирования производители зачастую сталкиваются с проблемами контаминации (загрязнения) культур различными вредоносными бактериями и другими микроорганизмами. Результаты, полученные учеными МГУ, позволят оптимизировать технологии культивирования данной микроводоросли. Данные по проекту представлены в журнале Microbial Ecology.
Сотрудники кафедры биоинженерии биологического факультета МГУ пришли к выводу, что одним из механизмов, способствующих выживанию Haematococcus lacustris в экстремальной среде обитания, является формирование альго-бактериальных сообществ.
В ходе работы были исследованы пробы природных сообществ микроводоросли H. lacustris, собранные в окрестностях ББС МГУ имени Н.А. Перцова, и полученные из них лабораторные культуры данного фотосинтезирующего организма. Морфологический анализ методами световой микроскопии позволил изучить структуру сообществ, а также подтвердить роль H. lacustris в качестве эдификатора сообществ, то есть средообразующего растительного организма. Определение таксономического состава прокариот данных сообществ методами воспроизводительного секвенирования (NGS) показало постоянное присутствие во всех пробах бактерий семейства Comamonadaceae. Данные микроорганизмы известны своей способностью образовывать метаболические связи с различными фотоавтотрофными организмами, однако в микробиоме, то есть бактериальном сообществе, микроводоросли H. lacustris они обнаружены впервые. Представители Comamonadaceae были отмечены как в природных сообществах микроводоросли, так и в лабораторных культурах, причем в последних они являлись абсолютными доминантами среди сопутствующих бактерий.
Анна Зайцева, ведущий специалист кафедры биоинженерии МГУ: «Этот факт указывает на важную роль данной группы прокариот для жизнедеятельности микроводоросли H. lacustris, а также, возможно, для накопления астаксантина. С помощью методов электронной микроскопии показано наличие клеток бактерий на поверхности клеток фотосинтезирующего организма как во влажных природных образцах, так и в пересохших корочках, образующихся в природных местообитаниях в засушливую погоду. Обнаруженная закономерность свидетельствует о постоянстве альго-бактериальных связей в сообществе микроводоросли».
Исследования были выполнены в группе симбиологии и клеточной инженерии кафедры биоинженерии биофака МГУ с использованием оснащения лаборатории электронной микроскопии и Центра микроскопии ББС МГУ.
«Мы выявили компоненты корового микробиома микроводоросли H. lacustris – бактерии, постоянно сопутствующие ей в природных и лабораторных условиях. Полученные данные представляют интерес с точки зрения фундаментальных экологических исследований, а также важны для решения прикладных биотехнологических задач по получению мощнейшего природного антиоксиданта – астаксантина. Мы планируем продолжать наши исследования и получать новые данные о структуре и функционировании данных сообществ для создания рентабельных фотобиотехнологий», – отмечает руководитель проекта Елена Лобакова, профессор, доктор биологических наук, заместитель заведующего кафедрой биоинженерии биофака МГУ.
Изображение. Микрофотографии клеток каротиногенных микроводорослей (Haematococcus sp.) жидких (a–г) и сухих (д, е) природных образцов: а – гематоцисты со слоем внеклеточного полимерного матрикса (ВПМ) на поверхности; б – гематоцисты, погруженные в ВПМ; в – зооспора; г – образeц, содержащий безгетероцистные трихомные цианобактерии (Цб); д, е – гематоцисты на поверхности сухих корочек (д) и кристаллов морской соли (КС) (е). Hs – Haematococcus sp., ВПМ – внеклеточный полимерный матрикс, Цб – цианобактерия, КС – кристалл соли, Сп – автоспорангий с автоспорами. Анна Зайцева/МГУ