Methanosarcina baikalica sp. nov., новая метаногенная архея, выделенная из поверхностных придонных осадков озера Байкал

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Из донных осадков пресноводного озера Байкал (Восточная Сибирь, Россия) выделена новая метанобразующая архея штамм Z-7115T . Морфологически штамм представляет неподвижные кокковидные клетки 0.5–3 мкм, собранные по 2–4 в пакеты и их небольшие агрегаты. В качестве энергетических субстратов для метаногенеза штамм использует метанол, моно-, ди-, триметиламин и ацетат. Клетки растут при температуре 15–35°С (оптимум 25°С), рН 6.3–7.5 (оптимум рН 7.3) и толерантны к концентрации NaCl < 0.1 М. Содержание Г + Ц геномной ДНК – 40.76 мол. %. По данным анализа гена 16S рРНК новый изолят принадлежит к роду Methanosarcina, имея с ближайшим к нему видом этого рода M. siciliae T4/MТ уровень сходства этого гена 98.51%. Cреднее нуклеотидное сходство (ANI) между геномами штаммов Z-7115Т и M. siciliae T4/MТ составило 83.8%. Виртуальная оценка гибридизации геномов этих двух штаммов составила 23.3%. На основании данных филогененетического анализа и морфо-физиологических свойств предлагается отнести выделенный штамм Z-7115T (=JCM 39438, =VKM B-3565) к новому виду Methanosarcina baikalica sp. nov.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Т. Н. Жилина

ФИЦ Биотехнологии РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: Zhilinat@mail.ru

Институт микробиологии им. С.Н. Виноградского

Россия, Москва, 119071

А. Ю. Меркель

ФИЦ Биотехнологии РАН

Email: Zhilinat@mail.ru

Институт микробиологии им. С.Н. Виноградского

Россия, Москва, 119071

Т. В. Колганова

ФИЦ Биотехнологии РАН

Email: lichoradkin43@gmail.com

Институт биоинженерии им. К.Г. Скрябина

Россия, Москва, 119071

В. Э. Трубицын

ФИЦ Пущинский научный центр биологических исследований РАН

Email: lichoradkin43@gmail.com
Россия, Пущино, 142290

В. А. Щербакова

ФИЦ Пущинский научный центр биологических исследований РАН

Email: lichoradkin43@gmail.com
Россия, Пущино, 142290

Н. Е. Сузина

ФИЦ Пущинский научный центр биологических исследований РАН

Email: lichoradkin43@gmail.com
Россия, Пущино, 142290

Н. В. Пименов

ФИЦ Биотехнологии РАН

Email: Zhilinat@mail.ru

Институт микробиологии им. С.Н. Виноградского

Россия, Москва, 119071

Список литературы

  1. Букин С. В., Павлова О. Н., Калмычков Г. В., Иванов В. Г., Погодаева Т. В., Галачьянц Ю. П., Букин Ю. С., Хабуев А. В., Земская Т. И. Субстратная специфичность метаногенных сообществ из донных отложений оз. Байкал, ассоциированных с разгрузками углеводородных газов // Микробиология. 2018. Т. 87. С. 409–420.
  2. Bukin S . V., Pavlova O. N., Kalmychkov G. V., Ivanov V. G., Pogodaeva T. V., Galachyants Yu.P., Bukin Yu.S., Khabuyev A. V., Zemskaya T. I. Substrate specificity of methanogenic communities from Lake Baikal bottom sediments associated with hydrocarbon gas discharge // Microbiology (Moscow). 2018. V. 87. P. 549–558. https://doi.org/10.1134/S0026261718040045
  3. Дагурова О. П., Намсараев Б. Б., Козырева Л. П., Земская Т. И., Дулов Л. Е. Бактериальные процессы цикла метана в донных осадках озера Байкал // Микробиология. 2004. Т. 74. С. 248–257.
  4. Dagurova O. P., Namsaraev B. B., Kozyreva L. P., Zemskaya T. I., Dulov L. E. Bacterial processes of the methane cycle in bottom sediments of Lake Baikal // Microbiology (Moscow). 2004. V. 73. P . 202–210. https://doi.org/10.1023/B:MICI.0000023990.71983.c1
  5. Жилина Т. Н. Тонкое строение метаносарцины // Микробиология. 1971. Т. 50. С. 674–679.
  6. Жилина Т. Н. Биотипы метаносарцины // Микробиология. 1976. Т. 55. С. 481–489.
  7. Жилина Т. Н., Груздев Д. С., Колганова Т. В., Пименов Н. В. Метаногены и ацетогены в анаэробных илах над газогидратами и в зонах нефтепроявления озера Байкал // Материалы 1-го Российского микробиологического конгресса / Под ред. Решетиловой Т. А. М.: ООО “ИД “Вода: химия и экология”, 2017. C. 44–45.
  8. Земская Т. И., Букин С. В., Ломакина А. В., Павлова О. Н. Микроорганизмы донных отложений Байкала – самого глубокого и древнего озера мира // Микробиология. 2021. Т. 90. С. 286–303.
  9. Zemskaya T. I., Bukin S. V., Lomakina A. V., Pavlova O. N. Microorganisms of bottom sediments of Lake Baikal – the deepest and oldest lake in the world // Microbiology (Moscow). 2021. V. 90. P. 298–313. https://doi.org/10.1134/S002626172103014
  10. Ломакина А. В., Погодаева Т. В., Морозов И. В., Земская Т. И. Микробные сообщества зоны разгрузки газонефтесодержащих флюидов ультрапресного озера Байкал // Микробиология. 2014. Т. 83. С. 355–365.
  11. Lomakina A. V., Pogodaeva T. V., Morozov I. V., Zemskaya T. I. Microbial communities of the discharge zone of oil- and gas-bearing fluids in low-mineral Lake Baikal // Microbiology (Moscow). 2014. Vol. 83, No. 3, pp. 355–365. https://doi.org/10.1134/S0026261714030126
  12. Намсараев Б. Б., Земская Т. И. Микробиологические процессы круговорота углерода в донных осадках озера Байкал // Новосибирск: Гео, 2000. 160 с.
  13. Павлова О. Н., Букин С. В., Ломакина А. В., Калмычков Г. В.,Иванов В.Г., Морозов И. В., Погодаева Т. В., Пименов Н. В., Земская Т. И. Образование углеводородных газов микробным сообществом донных осадков оз. Байкал // Микробиология. 2014. Т. 83. С. 694–702.
  14. Pavlova O. N., Bukin S. V., Lomakina A. V., Kalmychkov G. V.,Ivanov V .G., Morozov I. V., Pogodaeva T. V., Pimenov N. V., Zemskaya T. I. Production of gaseous hydrocarbons by microbial communities of Lake Baikal bottom sediments // Microbiology (Moscow). 2015. V. 83. P. 694–702. https://doi.org/10.1134/S0026261714060137
  15. Пименов Н. В., Захарова Е. Е., Брюханов А. Л., Корнеева В. А., Кузнецов Б. Б., Турова Т. П., Погодаева Т. В., Калмычков Г. В., Земская Т. И. Активность и структура сообщества сульфатредуцирующих бактерий в осадках южной котловины оз. Байкал // Микробиология. 2014. Т. 83. С. 180–190.
  16. Pimenov N. V., Zakharova E. E., Bryukhanov A. L., Korneeva V. A., Kuznetsov B. B., Turova T. P., Pogodaeva T. V., Kalmychkov G. V., Zemskaya T. I. Activity and structure of the sulfate-reducing bacterial community in the sediments of the southern part of Lake Baikal // Microbiology (Moscow). 2014. V. 83. P. 47–55. https://doi.org/10.1134/S0026261714020167
  17. Черницына С. М., Мамаева Е. В. , Ломакина А. В., Погодаева Т. В., Галачьянц Ю. П., Букин С. В., Пименов Н. В., Хлыстов О. М., Земская Т. И. Филогенетическое разнообразие микробных сообществ в донных отложениях Посольской банки, оз. Байкал // Микробиология. 2016. Т. 85. С. 652–662.
  18. Chernitsyna S. M., Mamaeva E. V., Lomakina A. V., Pogodaeva T. V., Galachyants Yu.P., Bukin S. V., Pimenov N. V., Khlystov O. M., Zemskaya T. I. Phylogenetic diversity of microbial communities of the Posolsk Bank bottom sediments, Lake Baikal // Microbiology (Moscow). 2016. V. 85. P. 672–680. https://doi.org/10.1134/S0026261716060060
  19. Шубенкова О. В., Земская Т. И., Черницына С. М., Хлыстов О. М., Трибой Т. И. Первые результаты исследования филогенетического разнообразия микроорганизмов осадков Южного Байкала в районе приповерхностного залегания гидратов метана // Микробиология. 2005. Т. 74. С. 370–377.
  20. Shubenkova O. V., Zemskaya T. I., Chernitsyna S. M., Khlystov O. M., Triboy T. I. The first results of an investigation into the phylogenetic diversity of microorganisms in Southern Baikal sediments in the region of subsurface discharge of methane hydrates // Microbiology (Moscow). 2005. V. 74. P. 314–320. https://doi.org/10.1007/s11021-005-0069-9
  21. Benson D. A., Cavanaugh M., Clark K., Karsch-Mizrachi I., Lipman D. J., Ostell J., Sayers E. W. GenBank // Nucl. Acids Res. 2017. V. 45. (D1). P. D37–D42. https://doi.org/10.1093/nar/gkw1070
  22. Bryant M. P., Boone D. R. Emended description of strain MST (DSM 800T), the type strain of Methanosarcina barkeri // Int. J. Syst. Bacteriol. 1987. V. 37. P. 169–170.
  23. Bukin S. V., Pavlova O. N., Kalmychkov G. V., Ivanov V. G., Zemskaya T. I. Methylotrophic methanogens in bottom sediments of lake Baikal // Limnol. Freshwater Biol. 2020. V. 4. C. 973–975.
  24. Chaumeil P. A., Mussig A. J., Hugenholtz P., Parks D. H. GTDB-Tk v2: memory friendly classification with the genome taxonomy database // Bioinformatics (Oxford, England). 2022. V. 38. P. 5315–5316. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btac672
  25. Contreras-Moreira B., Vinuesa P . GET_HOMOLOGUES, a versatile software package for scalable and robust microbial pangenome analysis // Appl. Environ. Microbiol. 2013. V. 79. P. 7696–7701. https://doi.org/10.1128/AEM.02411-13
  26. Ferry J. G. Methanosarcina acetivorans : a model for mechanistic understanding of aceticlastic and reverse methanogenesis // Front. Microbiol. 2020. V. 11. Art. 1806. https://doi.org/10.3389/fmicb.2020.01806
  27. Kadnikov V. V., Mardanov A., Beletsky A.V, Shubenkova O. V., Pogodaeva T. N., Zemskaya T. I., Ravin N. V., Skryabin K. G. Microbial community structure in methane hydrate-bearing sediments of freshwater Lake Baikal // FEMS Microbiol. Ecol. 2012. V. 79. P. 348–358.
  28. Kulkarni G., Mand T. D., Metcalf W. W. Energy conservation via hydrogen cycling in the methanogenic archaeon Methanosarcina barkeri // Mbio. 2018. V. 9 (4). https://doi.org/10.1128/mbio.01256-18
  29. Lomakina A. V., Mamaeva E. V., Galachyants Y. P. et al. Diversity of Archaea in bottom sediments of the discharge areas with oil- and gas-bearing fluids in Lake Baikal // Geomicrobiol. J. 2018. V. 35. P. 50–63. https://doi.org/10.1080/01490451.2017.1315195
  30. Maestrojuan G. M., Boone D.R Characterization of Methanosarcina barkeri MS T and 227, Methanosarcina mazei S-6 T , and Methanosarcina vacuolata Z-761 T / / Int. J. Syst. Bacteriol . 1991. V. 41. P. 267–274.
  31. Meier-Kolthoff J.P., Sardà Carbasse J., Peinado-Olarte R.L., Göker M. TYGS and LPSN: a database tandem for fast and reliable genome-based classification and nomenclature of prokaryotes // Nucleic Acid Res. 2022. V. 50. P. D801–D807.
  32. Minh B. Q., Schmidt H. A., Chernomor O., Schrempf D., Woodhams M. D., von Haeseler A., Lanfear R. 2020. IQ-TREE2: New models and efficient methods for phylogenetic inference in the genomic era // Mol. Biol. Evol. V. 37. P. 1530–1534. https://doi.org/10.1093/molbev/msaa015
  33. Ni S., Boone D. R. Isolation and characterization of a dimethylsulfide-degrading methanogen, Methanolobus siciliae H1350, from an oil well, characterization of M. siciliae T4/MT, endemendation of M. siciliae / / Int. J. Syst. Bacteriol. 1991. V. 41. Art. 410416.
  34. Ni S., Woese C R., Aldrich H. C., Boone D. R. Transfer of Methanolobus siciliae to the genus Methanosarcina , naming it Methanosarcina siciliae , and emendation of the genus Methanosarcina // Int. J. Syst. Bacteriol. 1994. V. 44. P. 357–359. https://doi.org/10.1099/00207713-44-2-357
  35. Parks D. H., Imelfort M., Skennerton C. T., Hugenholtz P., Tyson G. W. CheckM: assessing the quality of microbial genomes recovered from isolates, single cells, and metagenomes // Genome Res. 2015. V. 25. P. 1043–1055. https://doi.org/10.1101/gr.186072.114
  36. Shimizu S., Ueno A., Naganuma T, Kaneko K. Methanosarcina subterranea sp. nov., a methanogenic archaeon isolated from a deep subsurface diatomaceous shale formation // Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 2015. V. 65. P. 1167–1171.
  37. Simankova M. V., Parshina S. N., Tourova T. P., Kolganova T. V., Zehnder A. J.B, Nozhevnikova A. N. Methanosarcina lacustris sp. nov., a new psychrotolerant methanogenic archaeon from anoxic lake sediments // Syst. Appl. Microbiol. 2001. V. 24. P. 362–367.
  38. Sowers K. R., Baron S. F., Ferry J. G. Methanosarcina acetivorans sp. nov., an acetotrophic methane-producing bacterium isolated from marine sediments // Appl. Environ. Microbiol. 1984. V. 47. P. 971–978.
  39. Tatusova T., DiCuccio M., Badretdin A., Chetvernin V., Nawrocki E. P., Zaslavsky L., Lomsadze A., Pruitt K. D., Borodovsky M., Ostell J. NCBI prokaryotic genome annotation pipeline // Nucleic Acids Res. 2016. V. 44. P. 6614–6624.
  40. Wick R. R., Judd L. M., Gorrie C. L., Holt K. E. Unicycler: resolving bacterial genome assemblies from short and long sequencing reads // PLoS Comput. Biol. 2017. V. 13. Art. e1005595. https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1005595
  41. Zhilina T. N., Zavarzin G. A. Methanosarcina vacuolata sp. nov., a vacuolated methanosarcina // Int. J. Syst. Bacteriol. 1987. V. 37 P. 281–283.
  42. Zhilina T. N., Zavarzin G. A. Extremely halophilic, methylotrophic, anaerobic bacteria // FEMS Microbiol. Lett. 1990. V. 87. P. 315–322.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Сравнение процессов метаногенеза (синие столбцы) и ацетогенеза (желтые столбцы) на разных субстратах метаногенеза в пробах озера Байкал над газогидратами (GR-1, GR-2) и зоны нефтепроявления (BС-6, GG-6).

Скачать (44KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Морфология клеток штамма Z-7115Т : а ‒ световой микроскоп, фазовый контраст, масштабная метка ‒ 5 мкм; б ‒ электронный микроскоп, масштабная метка – 1 мкм.

Скачать (46KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Филогенетическое дерево, основанное на последовательностях гена 16S рРНК (а) и на 53 консервативных однокопийных маркерных генах (б) (Chaumeil et al., 2022). Дерево было реконструировано методом maximum-likelihood с помощью ПО IQ-TREE 2.2.0.3 (Minh et al., 2020). Значения бутстрепа выше показаны в узлах. Масштабная метка ‒ 0.1 замен на нуклеотидное положение.

Скачать (112KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Упорядоченная тепловая карта, построенная по матрице распределения коэффициентов ANI между геномами рода Methanosarcina.

Скачать (61KB)
Метаданные
6. Дополнительные материалы
Скачать (152KB)
Метаданные
7. Дополнительные материалы

Скачать (41KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024