Полученные при выполнении Проекта результаты не только дополнят имеющиеся сведения о синэкологии и биоразнообразии антарктических альго-бактериальных сообществ, но и позволят формировать первую российскую коллекцию культивируемых штаммов антарктических цианобактерий с целью их дальнейшего изучения в качестве перспективных продуцентов биологически активных веществ. Характеристика микробных сообществ реликтовых экосистем особенно важна в связи с их потенциальным исчезновением на фоне глобальных изменений климата планеты, ускоренным таянием ледников и увеличением антропогенной нагрузки на антарктический регион.
Проект направлен на разработку нового подхода к описанию разнообразия природных консорциумов микроорганизмов, сочетающего изучение их таксономического состава в образцах in situ (микроскопическими и
метагенетическими методами) с выделением доминирующих таксонов в лабораторные культуры, их идентификацию методами полифазной таксономии с последующим анализом геномов, ранее не описанных и потенциально эндемичных таксонов, на примере антарктических альго-бактериальных матов и биопленок. В ходе Проекта будут проанализированы образцы водных и наземных микробных матов и биопленок с участием цианобактерий из разных географических частей и биотопов Антарктиды.
В связи с этим особое внимание будет уделено цианобактериям: описанию их экофизиологических признаков, таксономического, морфологического и
генетического разнообразия. В рамках Проекта будет впервые использован комплексный подход, предполагающий исследование биологического
разнообразия микробных сообществ совместно с изучением лабораторных культур представителей доминирующих таксонов. В связи с этим будет сформирована уникальная коллекции культивируемых штаммов антарктических цианобактерий, описано их морфологическое и генетическое разнообразие, а также способность продуцировать биологически активные вещества. Проведенные исследования помогут расширить современные представления о разнообразии таксономического состава антарктических микробных сообществ с доминирующим участием цианобактерий, а также выяснить их метаболические и экофизиологические особенности.
Для выделения из образцов штаммов антарктических цианобактерий планируется использовать авторские методы культивирования оксигенных фототрофных бактерий. С целью их морфологической характеристики - микроскопические методы, включающие световую, конфокальную, просвечивающую электронную и электронно-сканирующую микроскопию.
Для визуализации бактерий-партнеров в природных образцах будут применены методы флуоресцентной гибридизации in situ с таксон-специфичными олигонуклеотидными зондами. Таксономическое описание штаммов рабочей коллекции цианобактерий будет проводиться на основании анализа комплекса морфологических, физиолого-биохимических и молекулярно-генетических признаков. В частности, с целью молекулярно-генетической идентификации будет проведен сравнительный анализ секвенированных последовательностей гена 16S рРНК и внутренних транскрибируемых спейсеров. Новые (эндемичные для Антарктиды) таксоны цианобактерий будут также описаны с привлечением данных геномного секвенирования. Потенциальные продуценты биологически активных веществ и вторичных метаболитов будут оцениваться с помощью масс-спектрометрических и хроматографических методов анализа. Кроме этого в рамках Проекта будут охарактеризованы образцы альго-бактериальных антарктических консорциумов с помощью биоинформатического анализа метагенетических данных.
В качестве задела у научного коллектива разработаны методы получения накопительных культур и выделения штаммов цианобактерий. Дано описание биологического разнообразия цианобактерий и микроскопических водорослей в грунтах горного массива Клеменс (гора Принс-Чарльз, Антарктида) (Чаплыгина и др., 2017), а также охарактеризованы
цианобактерии-хазмолиты оазиса Холмы Ларсеманна (Смирнова, Белякова, 2018). Опыт биоинформатического анализа включает сравнительный анализ таксономического состава лабораторных консорциумов с участием цианобактерий и их гетеротрофных партнеров (Velichko et al., 2015), а также анализ генома цианобактерии Prochlorothrix hollandica
CCAP 1490/1T (Velichko et al., 2016).
Опыт руководителя Проекта в выполнении других проектов:
1. Грант JSMF 2018 (СПбГУ-Свободный Университет Берлина), “Soiling of solar panels: explaining and avoiding growth induced energy gain losses” (2018 г.). Исполнитель.
2. РФФИ №16-04-00174 “Разнообразие и систематика цианобактерий из порядков “Chroococcales” и “Oscillatoriales” (2016-2018 гг.). Исполнитель.
3. РФФИ № 13-04-00593 “Прокариотные консорциумы с участием цианобактерий рода Prochlorothrix: состав, пространственная структура и физиологическая обусловленность” (2013-2015 гг.). Исполнитель.
1. Сафронова Т.В., Смирнова С.В. 2017. Исследование флоры водорослей и цианопрокариот в пресноводных водоемах Антарктики в сезон 62 РАЭ // Российские полярные исследования. № 3 (29). С. 17-20 (http://www.aari.ru/misc/publicat/rpr_arh_jour.php?idpub=182&arh=1)
2. Чаплыгина О.Я., Смирнова С.В., Балашова Н.Б. Водоросли и цианопрокариоты из грунтов массива Клеменс (горы
Принс-Чарльз, Антарктида) // Ботанический журнал. 2017. T. 102, №4. С. 477-493 (http://i.uran.ru/webcab/system/files/journalspdf/botanicheskiy-zhurnal/botanicheskiy-zhurnal-2017-t102-n-4/20174.pdf)
3. Velichko N., Rayko M., Chernyaeva E. et al. Draft genome of Prochlorothrix hollandica CCAP 1490/1T (CALU 1027), the chlorophyll a/b-containing filamentous cyanobacterium // Stand. Genomic Sci. 2016. Vol.11. P.1-7. DOI: 10.1186/s40793-016-0204-4
4. Velichko N., Chernyaeva E., Averina S. et al. Consortium of the “bichlorophyllous” cyanobacterium Prochlorothrix hollandica and chemoheterotrophic partner bacteria: culture and metagenome-based description // Env. Microb. Rep. 2015. Vol. 7. P.623-633. DOI:10.1111/1758-2229.12298
