|
Проведён сравнительный анализ структурных особенностей природных биоплёнок Nostoc commune, вегетирующих в одном и том же техногенном экотопе в течение 20 лет. Данные биоплёнки представляют собой поликомпонентные сообщества, включающие фототрофные и сапротрофные микроорганизмы (МО) различных таксономических групп. Структура таких плёнок характеризуется экстремально высокой плотностью популяций, достигающей миллиардов клеток на 1 г воздушно-сухой массы. Nostoc commune, как доминант-эдификатор подобных наземных консорциумов, обладает способностью к длительному совместному существованию с представителями других фототрофных и гетеротрофных МО как прокариотных, так и эукариотных. Однако под влиянием природных и техногенных факторов возможны определённые изменения видового и количественного состава этих биоплёнок, которые, тем не менее, сохраняют свою сетчато-нитчатую структуру, напоминающую псевдоткань. Вероятно, основой формирования биоплёнок N. commune является природный внутрипочвенный пул МО, который первоначально даёт шаровидные колонии чистой культуры N. commune, впоследствии объединяющий других обитающих в почве микробов. Высокое сродство N. commune к своим партнёрам в биоплёнке доказано при определении видовых, количественных и структурных особенностей биоплёнок, собранных в 2005 и 2025 гг. Устойчивость биоплёнок, обитающих и вегетирующих в техногенном экотопе, к возможному загрязнению обусловлена многофункциональными способностями партнёров: фотосинтезом цианобактерий и водорослей, азотфиксирующей способностью гетероцистных цианобактерий и гетеротрофных азотфиксаторов, деструктивной активностью аммонификаторов, микромицетов и актиномицетов, а также механической устойчивостью самих биоплёнок, связанной с развитием нитчатых цианобактерий, микромицетов (суммарная длина которых может достигать 1 км/г), и активным выделением слизи, в первую очередь, самого N. commune и других представителей. Полученные данные свидетельствуют о том, что биоплёнки N. commune в течение длительного периода функционируют как целостный «город микробов», все обитатели которого координированно адаптируются к изменяющимся условиям среды. Понимание этого уникального феноменасаморегуляции открывает перспективы для решения теоретических и прикладных задач микробиологии и экологии. |
|
|
 Список процитированных источников
1. Pinevich A.V., Kozhevnikova E.V., Averina S.G. Biofilms and other prokaryotic consortia. St. Petersburg: Khimizdat, 2018. 264 p. (in Russian).
2. Christner M., Heinze С., Busch M., Franke G., Hentschke M., Bayard Dühring S., Büttner H., Kotasinska M., Wischnewski V., Kroll G., Buck F., Molin S., Otto M., Rohde H. sarA negatively regulates Staphylococcus epidermidis biofilm formation by modulating expression of 1 MDa extracellular matrix binding protein and autolysis-dependent release of eDNA // Mol. Microbiol. 2012. V. 86. No. 2. P. 394–410. doi: 10.1111/j.1365-2958.2012.08203.x
3. Andreeva N.A., Melnikov V.V., Snarskaya D.D. The role of cyanobacteria in marine ecosystems // Rus. J. Mar. Biol. 2020. V. 46. No. 3. P. 154–165. doi: 10.1134/S1063074020030025
4. Qin Z., Zhao Z., Xia L., Ohore O.E. Research trends and hotspots of aquatic biofilms in freshwater environment during the last three decades: a critical review and bibliometric analysis // Environ. Sci. Pollut. Res. Int. 2022. V. 29. No. 32. P. 47915–47930. doi: 10.1007/s11356-022-20238-6
5. Hope J.A., Kleinteich J., Gerbersdorf S.U. Benthic biofilm structure and function under abrupt flow changes // PLoS One. 2025. V. 20. No. 7. Article No. e0327216. doi: 10.1371/journal.pone.0327216
6. Edelshtein K.K., Datsenko Yu.S., Puklakov V.V. Water blooming in the reservoir with long-term discharge regulation // Water Resour. 2021. V. 48. No. 2. P. 245–253. doi: 10.1134/S0097807821020044
7. Shaheen A., Kazmi S.U., Zafar U., Mahmood T., Hasnain S. Impacts of coastal development and microbial biofilm adaptation: towards ecosystem resilience // J. Coast. Conserv. 2025. V. 29. Article No. 34. doi: 10.1007/s11852-025-01119-9
8. Ashikhmina T.Ya., Domracheva L.I., Korotkikh A.I., Kondakova L.V., Skugoreva S.G., Fokina A.I. Permanent growth on a stony substrate // Biol. Bull. Russ. Acad. Sci. 2025. V. 52. Article No. 210. doi: 10.1134/S1062359025700244
9. Buis E.E., Veldkamp A., Boeken B., van Breemen N. Controls on plant functional surface cover types along precipitation gradient in the Negev Desert of Israel // J. Arid Environ. 2009. V. 73. No. 1. P. 82–90. doi: 10.1016/j. jaridenv.2008.09.008
10. Wang G., Li T., Zhou Q., Zhang X., Li R., Wang J. Characterization and environmental applications of soil biofilms: a review // Environ. Chem. Lett. 2024. V. 22. P. 1989–2011. doi: 10.1007/s10311-024-01735-1
11. Leontieva A.V., Pototskaya L.A., Chervinets Yu.V. Mechanisms of oral microbial biofilm formation in healthy people and patients with chronic generalized periodontitis // Parodontologiya. 2023. V. 28. No. 3. P. 208–217 (in Russian). doi: 10.33925/1683-3759-2023-794
12. Ren A., Zhou Y., Xu Z., Jia T., Yang L. Multiplespecies biofilms as structuralized microbial communities for modulating microbiota homeostasis in human // Curr. Med. 2024. V. 3. Article No. 12. doi: 10.1007/s44194-024-00039-4
13. Molina M.A., Ramos J.L., Espinosa-Urgel M. Plant-associated biofilms // Rev. Environ. Sci. Bio/Technol. 2003. V. 2. P. 99–108. doi: 10.1023/B:RE SB.0000040458.35960.25
14. Сarey C.C., Ibelings B.W., Hoffman E.P., Hamilton D.P., Brookes J.D. Eco-physiological adaptations that favour freshwater cyanobacteria in a changing climate // Water Res. 2012. V. 46. No. 5. P. 1394–1407. doi: 10.1016/j.watres.2011.12.016
15. Lopes V.R., Vasconcelos V.M. Planktonic and benthic cyanobacteria of European brackish waters: a perspective on estuaries and brackish seas // Eur. J. Phycol. 2016. V. 46. No. 3. P. 292–304. doi: 10.1080/09670262.2011.602429
16. Velichko N., Smirnova S., Averina S., Pinevich A. A survey of Antarctic cyanobacteria // Hydrobiologia. 2021. V. 848. No. 11. Р. 2627–2652. doi: 10.1007/s10750-021-04588-9
17. Lyons T.W., Reinhard C.T., Planavsky N.J. The rise of oxygen in Earth’s early ocean and atmosphere // Nature. 2014. V. 506. No. 7488. P. 307–315. doi: 10.1038/nature13068
18. Sciuto K., Moro I. Cyanobacteria: the bright and dark sides of a charming group // Biodivers. Conserv. 2015. V. 24. P. 711–738. doi: 10.1007/S10531-015-0898-4
19. Domracheva L.I. Soil “blooming” and its development patterns. Syktyvkar: Institut biologii Komi NTs UrO RAN, 2005. 336 p. (in Russian).
20. Domracheva L.I., Kondakova L.V., Pegushina O.A., Fokina A.I. A biofilm of Nostoc commune as a special sphere of microbiota // Theoretical and Applied Ecology. 2007. No. 1. P. 15–19 (in Russian).
21. Rakić I.Z., Kevrešan Ž.S., Kovač R., Kravić S.Ž., Svirčev Z., Đjurović A., Stojanović Z. Bioaccumulation and biosorption study of heavy metals removal by Сyanobacteria Nostoc sp. // Chem. Ind. Chem. Eng. Q. 2023. V. 29. No. 4. P. 291–298. doi: 10.2298/ciceq220511002r
22. Zakirova Z.R., Dubovik I.E., Kireeva N.A. Distribution of the Nostoc commune in anthropogenically disturbed soils of the Republic of Bashkortostan and its accompanying organisms // Individual and population – life strategies: sbornik materialov IX Vserossijskogo populyacionnogo seminara. V. 1. Ufa: Vili Oxler LLC Publ., 2006. P. 337–342 (in Russian).
23. Patova E., Sivkov M. Accumulation of heavy metals by Nostoc commune Vauch. ex Bornet et Flahault (сyanoprokaryota) in terrestrial tundra ecosystems of the Russian Arctic // Algol. Stud. 2003. No. 109. P. 469–473. doi: 10.1127/1864-1318/2003/0109-0469
24. Domracheva L.I., Ashikhmina T.Ya., Kondakova L.V., Berezin G.I. Reaction of soil microbiota to pesticides (review) // Theoretical and Applied Ecology. 2012. No. 3. P. 4–18 (in Russian). doi: 10.25750/1995-4301-2012-3-004-018
25. Lavado-Meza C., de la Cruz-Cerrón L., LavadoPuente C., Angeles-Suazo J., Dávalos-Prado J.Z. Efficient lead Pb(II) removal with chemically modified Nostoc commune biomass // Molecules. 2023. V. 28. No. 1. P. 268–284. doi: 10.3390/molecules28010268
26. Skugoreva C.G., Kantor G.Ya., Domracheva L.I. Evaluation of the sorption efficiency of lead(II) ions using models of kinetics and sorption isotherm // Theoretical and Applied Ecology. 2021. No. 3. P. 44–51 (in Russian). doi: 10.25750/1995-4301-2021-3-044-051
27. Kondakova L.V., Domracheva L.I., Pegushina O.A., Fockina A.I. Disbalance factors and Nostoc commune // Soil contamination: new research / Ed. A.N. Dubois. New York: Nova Science Pub. Inc., 2008. P. 189–199.
28. Gollerbakh M.M., Shtina E.A. Soil algae. Leningrad: Nauka, 1969. 228 p. (in Russian).
29. Workshop on microbiology / Ed. A.I. Netrusov. Moskva: Academy Publ., 2005. 608 p. (in Russian).
|
|
ISSN 1995-4301
