Изучение микробных сообществ реликтовых экосистем Антарктиды особенно актуально в связи с их потенциальным исчезновением на фоне ускоренного таяния ледников и увеличения антропогенной нагрузки на регион (Strugnell et al., 2022). Микроорганизмы являются основной формой жизни антарктических водоемов, в которых они успешно выживают в экстремальных условиях, благодаря способности формировать сложные альго-бактериальные консорциумы в виде бентосных матов и прибрежных биопленок. Оксигенные фототрофные бактерии (цианобактерии), входящие в состав таких сообществ, часто выступают в качестве формирующего мат компонента, а также основного первичного продуцента органического вещества (Ellis-Evans et al., 1998; Sabbe et al., 2004; Taton et al., 2006; Taton et al., 2008; Gupta, 2021; Velichko et al., 2021). При этом всестороннего изучения их таксономического состава до сих пор не проводилось. Нами было предпринято комплексное исследование бентосных матов и биопленок водоемов оазиса Ларсеманн, включающее описание биологического разнообразия образцов in situ методами световой и лазерно-конфокальной микроскопии, 16S-метабаркодирования, а также молекулярно-генетической идентификации цианобактерий. Особое внимание было уделено сравнительному анализу биоразнообразия культивируемых и не культивируемых форм цианобактерий, а также вопросу их эндемизма.
Исследование антарктических микробиомов проведено нами на примере семи образцов матов и биопленок, собранных в прибрежной зоне небольших мелководных озер п-ова Сторнес оазиса Ларсеманн. Из образцов были получены препараты метагеномной ДНК, которые были амплифицированы с универсальными бактериальными праймерами Bakt-341F/805R (Sinclair et al., 2015). Ампликоны секвенировали методом высокопроизводительного секвенирования на Illumina MiSeq, согласно рекомендациям фирмы-производителя. Биоинформатический анализ полученных данных проводили с использованием QIIME2 (Bolyen et al., 2019). Биологическое разнообразие природных консорциумов микроорганизмов визуализировали c помощью световой и лазерно-конфокальной микроскопии, а также флуоресцентной in situ гибридизации, с использованием универсальных и специфичных олигонуклеотидных зондов к генам 16S рРНК различных таксономических групп бактерий (Amann et al., 2001; Loy et al., 2003). Штаммы цианобактерий идентифицировали с учетом комплекса морфологических и молекулярно-генетических признаков (Komarek, 2016).
С помощью метагенетического анализа было установлено, что в образцах антарктических микробиомов преобладают представители оксигенных фототрофов филы Cyanobacteriota (в среднем около 57% операционных таксономических единиц, ОTE). Среди них доминирующими видами являются представители порядков Leptolyngbyales (Phormidesmis priestleyi, Leptolyngbya frigida, Leptolyngbya antarctica, Leptolyngbya spp.), Pseudanabaenales (Pseudanabaena spp.), Oscillаtоriales (Phormidium spp. и Phormidium priestleyi) и Nostocales (Nostoc spp., Calothrix sp.). В качестве минорного компонента в антарктических водных матах были отмечены одноклеточные цианобактерии пор. Synechococcales (Synechococcus spp., Gloeobacter spp.) и Chroococcales (преимущественно эндемичных и ранее не культивируемых формы). Среди гетеротрофных бактерий в антарктических консорциумах наиболее многочисленными оказались представители Proteobacteria (от 8 до 20% ОТЕ), Bacteroidota (6-14% ОТЕ), Planctomycetota (4-8% ОТЕ), Actinobacteriota (2,5-3,5% ОТЕ) и Acidobacteriota (2,5%). В то же время, в некоторых образцах были обнаружены представители аноксигенных фототрофов: Chloroflexota (5-20% ОТЕ; Chloronema sp. и Oscillochloris sp.) и Сhlorobiota (0,8-3%). Кроме этого, менее 2% ОТЕ в изученных микробиомах составляют представители Armatimonadota, Gemmatimonadota, Verrucomicrobiota и Candidatus Thermi. Полученные нами данные в целом согласуются с результатами световой микроскопии и флуоресцентной in situ визуалицации. Наряду с этим, были выделены в лабораторные культуры и описаны представители доминирующих таксонов цианобактерий (Pseudanabaena, Phormidesmis, Leptolyngbya, Microcoleus, Nostoc).
Полученные нами результаты в целом согласуются с ранее опубликованными данными и существенно дополняют имеющиеся сведения о биоразнообразии цианобактерий в антарктических альго-бактериальных сообществах. Кроме этого, нами сформирована первая российская рабочая коллекция культивируемых штаммов антарктических цианобактерий с целью их дальнейшего изучения и получения перспективных биотехнологических продуцентов вторичных метаболитов.
Исследование проведено при финансовой поддержке гранта РНФ №22-24-00590 при поддержке ресурсных центров Научного парка СПбГУ «Развитие молекулярных и клеточных технологий», «Культивирование микроорганизмов», «Биобанк» и «Хромас».