Морфологія та деякі біологічні характеристики фагів, виділених з грунту та моху Антарктики

Виділення бактеріофагів із екосистем, що функціонують в умовах низьких температур, викликає значний науковий інтерес, хоча й має певні методичні труднощі, пов’язані з вивченням їх властивостей та еволюційних особливостей в різних кліматичних умовах. Метою роботи було виявити присутність бактеріофагі...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2019
Автори:	Головань, В.В., Андрійчук, О.М., Будзанівська, І.Г.
Формат:	Стаття
Мова:	Ukrainian
Опубліковано:	Національний антарктичний науковий центр МОН України 2019
Назва видання:	Український антарктичний журнал
Теми:	Біологічні дослідження
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/168302
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Морфологія та деякі біологічні характеристики фагів, виділених з грунту та моху Антарктики / В.В. Головань, О.М. Андрійчук, І.Г. Будзанівська// Український антарктичний журнал. — 2019. — № 1 (18). — С. 139-151. — Бібліогр.: 17 назв. — укр.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-168302
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1683022020-04-30T01:26:32Z Морфологія та деякі біологічні характеристики фагів, виділених з грунту та моху Антарктики Головань, В.В. Андрійчук, О.М. Будзанівська, І.Г. Біологічні дослідження Виділення бактеріофагів із екосистем, що функціонують в умовах низьких температур, викликає значний науковий інтерес, хоча й має певні методичні труднощі, пов’язані з вивченням їх властивостей та еволюційних особливостей в різних кліматичних умовах. Метою роботи було виявити присутність бактеріофагів у зразках моху та ґрунту, відібраних на архіпелазі Аргентинських островів та структурних елементів віріонів, а також оцінити різноманітність морфотипів бактеріофагів в наземних біотопах Антарктики. Isolation of bacteriophages from ecosystems which function in low temperatures represents a huge scientific interest, although it has certain difficulties in methodology. One of the tasks, that solves this question, is the definition of the geographic range of phages distribution, investigation of their properties and evolutionary characteristics in different climatic conditions. The aim of the survey was to identify the presence of bacteriophages in moss and soil samples, which were taken at the Argentine Islands archipelago, to find structural elements of the virion and evaluate a variety of bacteriophages morphotypes in terrestrial biotope of Antarctica. 2019 Article Морфологія та деякі біологічні характеристики фагів, виділених з грунту та моху Антарктики / В.В. Головань, О.М. Андрійчук, І.Г. Будзанівська// Український антарктичний журнал. — 2019. — № 1 (18). — С. 139-151. — Бібліогр.: 17 назв. — укр. 1727-7485 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/168302 578.81 uk Український антарктичний журнал Національний антарктичний науковий центр МОН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
topic	Біологічні дослідження Біологічні дослідження
spellingShingle	Біологічні дослідження Біологічні дослідження Головань, В.В. Андрійчук, О.М. Будзанівська, І.Г. Морфологія та деякі біологічні характеристики фагів, виділених з грунту та моху Антарктики Український антарктичний журнал
description	Виділення бактеріофагів із екосистем, що функціонують в умовах низьких температур, викликає значний науковий інтерес, хоча й має певні методичні труднощі, пов’язані з вивченням їх властивостей та еволюційних особливостей в різних кліматичних умовах. Метою роботи було виявити присутність бактеріофагів у зразках моху та ґрунту, відібраних на архіпелазі Аргентинських островів та структурних елементів віріонів, а також оцінити різноманітність морфотипів бактеріофагів в наземних біотопах Антарктики.
format	Article
author	Головань, В.В. Андрійчук, О.М. Будзанівська, І.Г.
author_facet	Головань, В.В. Андрійчук, О.М. Будзанівська, І.Г.
author_sort	Головань, В.В.
title	Морфологія та деякі біологічні характеристики фагів, виділених з грунту та моху Антарктики
title_short	Морфологія та деякі біологічні характеристики фагів, виділених з грунту та моху Антарктики
title_full	Морфологія та деякі біологічні характеристики фагів, виділених з грунту та моху Антарктики
title_fullStr	Морфологія та деякі біологічні характеристики фагів, виділених з грунту та моху Антарктики
title_full_unstemmed	Морфологія та деякі біологічні характеристики фагів, виділених з грунту та моху Антарктики
title_sort	морфологія та деякі біологічні характеристики фагів, виділених з грунту та моху антарктики
publisher	Національний антарктичний науковий центр МОН України
publishDate	2019
topic_facet	Біологічні дослідження
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/168302
citation_txt	Морфологія та деякі біологічні характеристики фагів, виділених з грунту та моху Антарктики / В.В. Головань, О.М. Андрійчук, І.Г. Будзанівська// Український антарктичний журнал. — 2019. — № 1 (18). — С. 139-151. — Бібліогр.: 17 назв. — укр.
series	Український антарктичний журнал
work_keys_str_mv	AT golovanʹvv morfologíâtadeâkíbíologíčníharakteristikifagívvidílenihzgruntutamohuantarktiki AT andríjčukom morfologíâtadeâkíbíologíčníharakteristikifagívvidílenihzgruntutamohuantarktiki AT budzanívsʹkaíg morfologíâtadeâkíbíologíčníharakteristikifagívvidílenihzgruntutamohuantarktiki
first_indexed	2025-07-15T03:06:06Z
last_indexed	2025-07-15T03:06:06Z
_version_	1837680577387429888
fulltext	139 Цитування: Головань В. В., Андрійчук О. М., Будзанівська І. Г. Морфологія та деякі біологічні характеристики фагів, виділе- них з ґрунту та моху Антарктики. Український ан тар к тичний журнал, 2019. № 1(18), c. 139—151. УДК 578.81 В. В. Головань, О. М. Андрійчук, І. Г. Будзанівська Київський національний університет імені Тараса Шевченка, ННЦ «Інститут біології та медицини», вул. Володимирська, 64/13, м. Київ, 01601, Україна Автор для кореспонденції: holovanviktoria@gmail.com МОРФОЛОГІЯ ТА ДЕЯКІ БІОЛОГІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ФАГІВ, ВИДІЛЕНИХ З ҐРУНТУ ТА МОХУ АНТАРКТИКИ РЕФЕРАТ. Виділення бактеріофагів із екосистем, що функціонують в умовах низьких температур, викликає значний науковий інтерес, хоча й має певні методичні труднощі, пов’язані з вивченням їх властивостей та еволюційних особли- востей в різних кліматичних умовах. Метою роботи було виявити присутність бактеріофагів у зразках моху та ґрунту, ві- дібраних на архіпелазі Аргентинських островів та структурних елементів віріонів, а також оцінити різноманітність мор- фотипів бактеріофагів в наземних біотопах Антарктики. Методи. Дослідженими зразками були мох та ґрунт, відібрані під час сезонних робіт у 2017 р. на Українській антарктичній станції “Академік Вернадський”. Відбирали стерильний матеріал (5 г) поміщали в 50 мл 0,1 М Tris-HCl (pH 7,0) та ресуспендували на орбітальному шейкері. Далі утворений го- могенізат відфільтровували, використовуючи шприцеві бактеріальні фільтри (розмір пор: 0,45 мкм). Отриманий філь- трат центрифугували протягом 2 годин, 90000g (центрифуга ОPTIMA L-90K (Beckman Coulter)). Осад з кожної пробір- ки ресуспендували у 0,5 мл того ж буфера. Бактеріальні культури Pseudomonas fluorescens 8573, P. syringae pv. lachrymans 7591, P. savastanoi pv. phaseolicola 4013, Clavibacter michignensis sp., Serratia marcescens sp., Cq13, Bacillus sp., Sphingobacterium thalophilum sp., Paenibacillus sp. вирощували на поживному агарі щільністю 1,5% («Фармактив» Україна). Фаги були ви- явлені прямою інокуляцією. Титри вимірювали в бляшкоутворюючих одиницях на мл (БУО/мл), за допомогою методу агарових шарів за Граціа. Концентровані препарати фагів аналізували за допомогою електронної мікроскопії. Конт рас- тування здійснювали 1—2 % фосфорновольфрамовою кислотою рН 7–7,4. Результати. Визначено морфологію ізольова- них фагів. За результатами ЕМ фаги були віднесені до таксономічних груп за особливостями їх будови: до родини Podoviridae, С1 морфотипу, порядку Caudovirales; до родини Siphoviridae, В1-В2 морфотипів, порядку Caudovirales; до родини Myoviridae, A1, А3 морфотипу, порядку Caudovirales. Виявлено різноманітні бактеріофаги, які різняться за мор- фологічними, біохімічними характеристиками та чутливістю до бактеріальних культур. Висновки: отримані результати свідчать про таксономічну різноманітність бактеріофагів в наземних біотопах островів Аргентинського архіпелагу в Ан- тарктиці, а також на західному узбережжі Антарктичного півострова. Встановлення літичної активності фагів до бакте- рій Pseudomonas fluorescens 8573, P. syringae pv. lachrymans 7591, Serratia marcescens sp., Cq13 дозволяє припустити наявність специфічних механізмів, які дозволяють набувати здатності адаптації фагів до нових хазяїв. Ключові слова: бактеріофаги, вірусні частки, електронна мікроскопія, зразки моху та ґрунту, Українська антарктична станція «Академік Вернадський». ISSN 1727-7485. Український антарктичний журнал. 2019, № 1 (18) ВСТУП Бактеріофаги відіграють ключову роль у регуля- ції чисельності та складу мікробних асоціацій антарктичних озер з дуже низьким вмістом по- живних речовин. В результаті фаголізису бакте- ріопланктону відбувається повернення органіч- них молекул в пул розчинної органічної речови- ни, необхідної для підтримання життєздатності та фізіологічної активності мікроорганізмів. Чи- сельність вірусних часток у товщі води антарк- тичних озер та ґрунтів корелює з чисельністю Біологічні дослідження Biological Research 140 ISSN 1727-7485. Ukrainian Antarctic Journal. 2019, № 1 (18) В. В. Головань, О. М. Андрійчук, І. Г. Будзанівська бактеріопланктону. Віропланктон представле- ний в основному у вигляді бактеріофагів. Чи- сельність віропланктону варіює в межах 106–107 вірусоподібних часток у літрі. Дані щодо поши- рення бактеріофагів у полярних широтах є дуже обмежені. Однак, вони вказують на те, що фаги відіграють важливу роль у цих екосистемах, де переважають мікробні асоціації (Säwström, et al., 2008). На сьогодні існує лише два дослідження присвячені вивченню вірусного різноманіття в Антарктичному регіоні. Ці дослідження проводи- лись на прибережних водах станції Палмер LTER (PAL-LTER) та станції В Західного Антарк тич- но го півострова (Brum, et al., 2015). Було ви су нуто гіпотезу про те, що полярні області можуть бути точковими місцями мікробної еволюції через більш високий вплив вірусів на мікробні асоціа- ції (Ane sio, and Bellas, 2011). Метавіромні дослі- дження солончаків мероміктичних озер показали високий рівень різноманітності вірусоподібних часток (пе ре важно фагів) та кількох вірофагів у полярних широтах (Yau, et al., 2011). На сьо годні не опубліковано жодного комплексного аналізу присвяченого дослідженню вірусів антарктич- них мохів та ґрунтів, існує лише обмежене число повідомлень про вивчення геномів у вірусів, роз- повсюджених у водних екосистемах Антарктики (Lopez-Bueno, et al., 2009). На сьогодні мало до- сліджень присвячених вірусам виділеним на те- риторії Антарктиди, які стосуються класичної ізоляції фагів та експериментів з літичної індук- ції на культивованих видах бактерій (Williamson, et al., 2007; Meiring, et al., 2012; Swanson, et al., 2012). Зараз багаторічні мерзлі породи Арктики та Антарктики розглядаються як сховища різних форм мікроорганізмів, багато з яких виявились адаптованими до полярних умов і могли віднов- лювати здатність до росту і проліферації при від- таюванні льодистих порід (Paul, 2008). Метою роботи було: встановити наявність бак- теріофагів та структурних елементів віріонів у зразках моху та ґрунту, відібраних на архіпелазі Аргентинських островів, оцінити різноманітність морфотипів бактеріофагів у наземних біотопах Антарктики та охарактеризувати деякі біологічні властивості виявлених фагів. МАТЕРІАЛИ ТА МЕТОДИ Обробка зразків та виявлення бактеріофагів Аналізували зразки моху, відібрані під час сезон- них робіт в 2017 році на архіпелазі Аргентинсь- ких островів в зоні розміщення Української ан- тарктичної станції “Академік Вернадський”. Для кож ної ділянки відбору проб, відібрано по чоти- ри аліквоти моху та ґрунту з площі приблизно 1 м2, зразки зберігалися в стерильних 50 мл поліпро- піленових фальконах при температурі нижче 0 °С, і перенесені до лабораторії на постійне зберіган- ня при –20 °С та +4 °С. Місце відбору проб ґрун- ту та моху зазначено у таблиці 1. Дослідження вказаних зразків проводились піс- ля доставки в Україну. Зразки для дослідження від- бирались зі стерильних поліпропіленових фалько- нів в ламінарному боксі, для уникнення конта мі- нації лабораторними штамами фагів та бактерій. Виділення фагів зі зразків антарктичного мо- ху: 5 г відібраного зразку гомогенізували в 50 мл 0,1 М буферу Tris-HCl (pH 7,0), ресуспендували на орбітальному шейкері протягом 20 хвилин. Отриману суспензію центрифугували на центри- фузі РС-6 за низької швидкості протягом 20 хв при 4000 g і далі фільтрували через мембранний Таблиця 1. Назва зразків відповідно до місця відбору проб Table 1. The name of the samples according to the place of sampling Зразок Дата відбору Місце та дата відбору проб 1 23.02.2017 о-ви Барселот 2 02.2017 мис Туксен 3 1.01.2017 о. Галіндез 4 02.2017 мис Туксен 5 4.02.2017 о. Бархани, о. Скуа 6 03.2017 о-ви Барселот 7 1.01.2017 о. Галіндез 8 1.03.2017 о-ви Барселот 9 23.02.2017 о-ви Барселот 141ISSN 1727-7485. Український антарктичний журнал. 2019, № 1 (18) Морфологія та деякі біологічні характеристики фагів, виділених з ґрунту та моху Антарктики фільтр з порами діаметром 0,45 мкм, отримуючи на виході 30 мл кінцевого фільтрату. Отриманий фільтрат центрифугували протягом 2 годин, з прискоренням 90000g (центрифуга ОPTIMA L- 90K (Beckman Coulter)). Осад з кожної пробірки ресуспендували у 0,5 мл того ж буфера. У роботі використовували культури бактерій, люб’язно надані відділом фітопатогенних бакте- рій (колекція музею Інституту мікробіології і ві- русології Національної академії наук України ім. Д.К. Заболотного), Науково-дослідної лаборато- рії Фармакології і експериментальної патології Навчально-наукового центру «Інститут біології та медицини». Ізоляти бактеріофагів тестували на індикатор- них культурах бактерій: Pseudomonas fluorescens 8573, P. syringae pv. lachrymans 7591, P. savastanoi pv. phaseolicola 4013, Clavibacter michignensis sp., Serratia marcescens sp. та штамах бактерій виділе- них з антарктичного регіону: бактеріальний ізо- лят Cq13, який є консорціумом кількох бактерій Б2 та Б5, Bacillus sp., Sphingobacterium thalophilum sp., Paenibacillus sp. Електронномікроскопічні дослідження прово- ди лись з використанням трансмісійного електро- нного мікроскопу JEOL (JEM — 1400), центру кол ек тивного користування при Інституті мік ро- біо логії і вірусології імені Д. К. Заболотного На- ціональної академії наук України. У роботі ви ко- ристано метод негативного контрастування за допомогою 1—2% фосфорно-вольф ра мо вої кис- лоти, розчин якої готують на дистильованій воді, рН 7—7,4 (доводять рН 1 н. КОН) (Атабекова, 1981). Виміри параметрів часток здійснювали за допо- могою програм ImageJ (http://imagej.nih.gov/ij/) та AdobePhotoshop CS5, статистичну обробку да- них здійснювали в Mic ro soft Excel. РЕЗУЛЬТАТИ І ОБГОВОРЕННЯ Електронномікроскопічні дослідження фагів В результаті проведення досліджень та аналізу літературних даних, виявлено декілька особли- востей, які раніше не були відомими при роботі з фагами помірних широт. Зокрема, відмічено, висотно-залежний температурний режим по вер- х невих ґрунтів безпосередньо впливає на бакте- ріальний метаболізм і вірусні асоціації, ос кільки вони потребують метаболічно активних хазяїв для їх реплікації. Автори Adriaenssens E. та ін. (2017) припускають, що головним чинником ві- русного таксономічного складу, є вплив темпе- ратури на швидкість обміну речовин. Цими нау- ковцями було встановлено, що бактеріофаги порядку Caudovirales були домінуючими у всіх зразках, але присутність представників родини Myoviridae і Siphoviridae показала обернену коре- ляцію. Припускається, що віруси мікроорганіз- мів родин Siphoviridae і Myoviridae є прямими конкурентами за бактерії в одній екологічній ніші. Результати їхніх досліджень свідчать, що представники родини Siphoviridae присутні у ви- соких кількостях в ґрунтах з високим вмістом кальцію, які мають нейтральний або слабколуж- ний рН (7.0—8.5). Віруси родини Siphoviridae в основному є літичними (Roux, et al., 2015) і лише деякі представники є лізогенними, що пов’язано зі стратегіями виживання в умовах навколиш- нього середовища, які є несприятливими для їх- ніх хазяїв (Weinbauer, 2004). Бактеріофаги родини Podoviridae, навпаки, були присутні на аналогіч- них рівнях у всіх зразках і не виявили кореляції з іншими родинами або хімічними характеристи- ками ґрунту (Ackermann, and Prangishvili, 2012; Millard, et al., 2014). За результатами електронної мікроскопії даного дослідження виявлено при сут- ність ікосаедричних, ниткоподібних, витягну тих та сферичних вірусоподібних часток та струк- турних елементів віріонів (уламки хвостових від- ростків, скорочені чохли хвостових відростків, відламані головки тощо). Виявлені вірусні част- ки, які були представлені різними морфотипа- ми, притаманні вірусам таких родин: Myoviridae, Podoviridae та Siphoviridae порядку Caudovirales (Gong, et al., 2018). На першому етапі роботи нами було проведе- но електронно-мікроскопічні дослідження, зва- жаючи на те, що зразки відібрані в умовах по- стійної мерзлоти, іншого атмосферного тиску, УФ-вип ро мі нювання та інших фізичних пара- 142 ISSN 1727-7485. Ukrainian Antarctic Journal. 2019, № 1 (18) В. В. Головань, О. М. Андрійчук, І. Г. Будзанівська метрів, які значно відрізняються від параметрів середніх широт. Для попередження можливих мутацій, зміни морфологічних та біологічних особливостей фагів, зразки одразу ж після до- ставки в лабораторію були концентровані та до- сліджені методом електронної мікроскопії (Го- ловань та ін., 2019). Методом електронної мікроскопії досліджено 9 зразків, які надалі будуть описані, як зразок № 1 — № 9. В зразку № 1 (рис. 1) виявлені фаги з довгим не скоротливим хвостовим відростком (до- вжина відростка 150—170 нм, розмір головки 60— 70 нм), відростки закінчуються конусовидним зву- женням (морфотип В1); фаги з довгим не скоротли- вим хвостовим відростком та видовженою головкою (довжина відростка 200—230 нм, розмір головки 90—100 × 50—55 нм), відростки закінчуються ко- нусовидним звуженням — відне се ні до родини Siphoviridae (морфотип В2), порядку Caudovirales. В зразку № 2 (рис. 2) виявлені фаги з довгим не скоротливим хвостовим відростком (довжина відростка 130—150 нм, розмір головки 50—60 нм), Рис. 1. Морфологія бактеріофагів, детектованих при електронномікроскопічному аналізі зразка № 1: а, b — фаги з довгим не скоротливим хвостовим відростком (родина Siphoviridae) Fig. 1. Bacteriophages morphology detected via electron microscopy in sample № 1: a, b — phages with long, non-contractile tail (Siphoviridae) Рис. 2. Морфологія бактеріофагів, детектованих при елект- ронномікроскопічному аналізі зразка № 2 – фаги з дов гим не скоротливим хвостовим відростком (родина Si pho viridae) Fig. 2. Bacteriophages morphology detected via electron mic- ro s copy in sample № 2 – phages with long, non-contractile tail (Siphoviridae) а б 143ISSN 1727-7485. Український антарктичний журнал. 2019, № 1 (18) Морфологія та деякі біологічні характеристики фагів, виділених з ґрунту та моху Антарктики Рис. 3. Морфологія бактеріофагів зразка № 3 — фаги з корот- ким хвостовим відростком віднесені до родини Po do viridae Fig. 3. Bacteriophages morphology detected via electron mic ro- scopy in sample № 3 — phages with short tail (Podo vi ridae) відростки закінчуються базальною пластинкою з виростами та віднесені до родини Siphoviridae (морфотип В1). В зразку № 3 виявлені фаги з коротким хвос- товим відростком (розмір головки 45—50 нм), віднесені до родини Podoviridae (С1 морфотип) (рис. 3). Фаги даного зразка мають чітку гексаго- нальну форму головки з характерним конусовид- ним відростком без базальної пластинки, який відходить від однієї з вершин. В зразку № 4 виявлені фаги зі скоротливими хвостовими відростками родини Myoviridae (А1- морфотип), довжина відростку 60—63 нм, розмір головки 46—51 нм (рис. 4). В зразку № 5 виявлені фаги з не скоротливи ми хвостовими відростками родини Siphoviridae (В1- морфотип) та фаги родини Podoviridae (С1-мор- фо тип) (рис. 5). В зразку № 6 (рис. 6, а) виявлені фаги з дов гим не скоротливим хвостовим відростком (дов жина відростку 110—125 нм, розмір головки 68—73 нм), віднесені до родини Siphoviridae (мор фотип В1). Фаги (рис. 6, б) родини Po do vi ridae (морфотип С1) мають короткий не скоротливий відросток, що закінчується базальною пластинкою та іко- саедричну головку (розмір головки 62—68 нм). В зразку № 7 (рис. 7, а) виявлені фаги з довгим не скоротливим хвостовим відростком (довжина відростка 125—153 нм, розмір головки 63—68 нм), віднесені до родини Siphoviridae (морфотип В1). Фаги (рис. 7, b) родини Siphoviridae (морфо- тип В2) мають довгий не скоротливий відросток, що закінчується базальною пластинкою та видо- вжену ікосаедричну головку (довжина відростка 65—73 нм, розмір головки 61—65 × 43—45 нм). В зразку № 8 (рис. 8, а) виявлені фаги з довгим не скоротливим хвостовим відростком (довжина відростку 57—65 нм, розмір головки 38—42 нм), віднесені до родини Siphoviridae (морфотип В1). Фаги (рис. 8, b) родини Podoviridae (морфотип С1) мають короткий не скоротливий відросток, що закінчується базальною пластинкою та іко- саедричну головку (розмір головки 50—55 нм). В зразку № 9 виявлені фаги з довгим не ско- ротливим хвостовим відростком (довжина від- Рис. 4. Морфологія бактеріофагів детектованих при елек т- рон номікроскопічному аналізі зразка № 4 — фаги з дов гим скоротливим хвостовим відростком (родина Myovi ri dae) Fig. 4. Bacteriophages morphology detected via electron mic- ro scopy in sample № 4 — phages with long, contractile tail (Myoviridae) 144 ISSN 1727-7485. Ukrainian Antarctic Journal. 2019, № 1 (18) В. В. Головань, О. М. Андрійчук, І. Г. Будзанівська Рис. 6. Морфологія бактеріофагів, детектованих при електронномікроскопічному аналізі зразка № 6: а — фаги з до- вгим не скоротливим хвостовим відростком (родина Siphoviridae); б — фаги з коротким хвостовим відростком (роди- на Podo viridae) Fig. 6. Bacteriophages morphology detected via electron microscopy in sample № 6: а — phages with long, non-contractile tail (Sip ho viridae); b — phages with short tail (Po do viridae) а б Рис. 5. Морфологія бактеріофагів, детектованих при електронномікроскопічному аналізі зразка № 5: а – фаги з дов- гим не скоротливим хвостовим відростком (родина Siphoviridae); б – фаги з коротким хвостовим відростком (родина Podo viridae) Fig. 5. Bacteriophages morphology detected via electron microscopy in sample № 5: а — phages with long, non-contractile tail (Sip ho viridae); b — phages with short tail (Podo viridae) а б 145ISSN 1727-7485. Український антарктичний журнал. 2019, № 1 (18) Морфологія та деякі біологічні характеристики фагів, виділених з ґрунту та моху Антарктики Таблиця 2. Розміри фагів, за результатами електронної мікроскопії Table 2. The size of phages, according to the results of electron microscopy № Матеріал Місце відбору Морфотип Розміри, нм головки хвостового відростку 1 Грунт + мох о-ви Барселот В1 60—70 150—170 В2 50—55х 90—100 200—230 2 Грунт (шар прилягаючий до ризоїдів моху) мис Туксен В1 50—60 130—150 3 Мох о. Галіндез С1 45—50 — 4 Грунт мис Туксен А1 46—51 60—63 А3 20—25х 45—55 55—60 5 Грунт + мох о. Бархани о. Скуа В1 85—90 115—120 С1 31—35 — 6 Мох о-ви Барселот В1 68—73 110—125 С1 62—73 — 7 Грунт + мох о. Галіндез В1 62—68 125—153 В2 55—61х 43—45 65—73 8 Грунт + мох о-ви Барселот В1 38—42 57—65 С1 50—55 — 9 Грунт о-ви Барселот В1 42—53 290—305 Таблиця 3. Біологічна активність бактеріофагів на індикаторних штамах бактерій Table 3. Biological activity of bacteriophages on indicator strains of bacteria Зразок 5 Зразок 6 Зразок 7 Зразок 8 Зразок 9 Pseudomonas fluorescens 8573 1 негативна колонія 7 негативних колоній — 1 негативна колонія 2 негативні колонії P. syringae pv. lachrymans 7591 пляма лізису — P. savastanoi pv. phaseolicola 4013 — — — — — Clavibacter michignensis sp. — — — — — Serratia marcescens sp. — пляма лізису пляма лізису Bacillus sp. — — — — — Sphingobacterium thalophilum sp. — — — — — Paenibacillus sp. — — — — — 146 ISSN 1727-7485. Ukrainian Antarctic Journal. 2019, № 1 (18) В. В. Головань, О. М. Андрійчук, І. Г. Будзанівська Рис. 8. Морфологія бактеріофагів, детектованих при електронномікроскопічному аналізі зразка № 8: а – фаги з дов- гим не скоротливим хвостовим відростком (ро дина Siphoviridae); b – фаги з коротким хвостовим відростком (родина Podoviri dae) Fig. 8. Bacteriophages morphology detected via electron microscopy in sample № 8: а — phages with long, non-contractile tail (Siphoviridae); b – phages with short tail (Podoviridae) Рис. 7. Морфологія бактеріофагів, детекто ваних при електронномікроскопічному ана лізі зразка № 7: а – фаги з довгим не скоротливим хвостовим відростком (ро ди на Siphoviridae, морфотип В1); b – фаги з дов гим не скоротливим хвостовим відрост ком (родина Siphoviridae, морфотип В2) Fig. 7. Bacteriophages morphology detected via electron microscopy in sample № 7: а – phages with long, non-contractile tail (Sip ho viridae, B1 morphotype); b – phages with long, non-con tractile tail (Siphoviridae, B2 mor pho type) а а б б 147ISSN 1727-7485. Український антарктичний журнал. 2019, № 1 (18) Морфологія та деякі біологічні характеристики фагів, виділених з ґрунту та моху Антарктики Рис. 9. Морфологія бактеріофагів, детектованих при елек т- ронномікроскопічному аналізі зразка № 9 – фаги з дов- гим не скоротливим хвостовим відростком (родина Sip- ho viridae, морфотип В1) Fig.9. Bacteriophages morphology detected via electron mic- roscopy in sample № 9 – phages with long, non-contractile tail (Siphoviridae, B1 morphotype) ростку 290—305 нм, розмір головки 42—53 нм), віднесені до родини Siphoviridae (морфотип В1). Зразки містять велику кількість бактеріофагів різної морфології та розмірів, що свідчить про біорізноманіття вірусного світу, навіть в умовах вічної мерзлоти. Розміри фагових часток наведе- но в таблиці 2. Отже, в результаті досліджень було виділено велику кількість фагів. Ізольовані бактеріофаги різняться за морфологією, а отже можемо ствер- джувати, що у кожному зразку наявні різні фаги. Класифікувавши виявлені фаги встановлено, що вони належать до родини Podoviridae (С1 морфо- тип), родини Siphoviridae (В1, В2-морфотип), родини Myoviridae (А1, А3-морфотип), порядку Caudovirales. Деякі біологічні особливості фагів Електронно-мікроскопічні дослідження дають мож ливість продемонструвати морфологічні особ- ливості, але для фундаментальних досліджень невід’ємною складовою є біологічні показники, які були досліджені на наступному етапі роботи. Наступним етапом роботи було дослідження плям лізису. Отримані плями лізису, що були до- сліджені в лабораторії, розрізнялись за розміра- ми, особливостями морфології та швидкості формування плям. При дослідженні фагів мето- дом агарових шарів на чутливій культурі, час утворення зон був різний. В одних він спостері- гався через 6—8 годин від початку інкубації, в інших через 24 години, деякі зони формувалися протягом 48 годин від початку інкубації. Бакте- ріальний ізолят Cq13 є чутливим до фагів зразків № 1, 4, 5, 6, 7, 8, 9. Бактеріальний ізолят Б5 чут- ливий до зразка № 2, ізолят Б2 – до зразка № 3. Методом «накапу вання» фільтрату показано, що всі зразки утворюють прозорі плями лізису на газонах чутливої культури (рис. 10). В результаті проведеної роботи деякі бактері- альні ізоляти виявилися чутливими до фагів ви- ділених зі зразків моху та ґрунту Антарктичного регіону. Але фаги деяких зразків проявляли лі- тичну активність не завжди. При утворенні плям лізису розмноження фагу не завжди мало місце, ймовірно, це може бути пов’язано з тим, що лі- зис можуть спричинювати не лише повноцінні вірусні частки, а й їх хвостові відростки - бакте- ріоцини. Бактеріоцини не здатні до розмножен- ня, можливо під час інфекції збирання віріону відбувається не повністю, що спричинює утво- рення окремо головок, окремо – хвостових від- ростків. Оскільки лабораторні умови не відпові- дають умовам природного існування антарктич- них фагів, стверджувати, що бактеріоцидна дія є закономірним явищем для фагів Антарктиди не- можливо. Дане питання потребує подальшого дослідження. При формуванні плям лізису, можемо ствер- джувати, що бактерії чутливі до фагів, але чи від- бувається синтез білків та повний цикл репро- дукції фагів невідомо. При повторній інокуляції бактерії утвореним лізатом, формування нега- тивних колоній не завжди відбувається. Це може бути пов’язане з тим, що кліматичні оптимуми лабораторних умов неідентичні умовам антарк- тичного регіону та фаги втрачають повністю, або частково свою інфекційність на певному етапі 148 ISSN 1727-7485. Ukrainian Antarctic Journal. 2019, № 1 (18) В. В. Головань, О. М. Андрійчук, І. Г. Будзанівська розвитку. При відтворенні досліду у 20 повто- рах для кожного зразка на чутливих бактеріаль- них ізолятах, лише у 50% спостерігалася повтор- на інфекція, яка проявлялася в утворенні плям лізису. Наступним етапом досліджень було визначен- ня спектра літичної активності бактеріофагів на індикаторних штамах бактерій. При вивченні репродукції вірусів бактерій в екосистемах важ- ливою властивістю є спектр їх літичної актив- ності, встановлення якого дозволяє враховувати можливі шляхи переносу генетичної інформації в природі. За спектром літичної активності, зразки 5—9 були перевірені на 8 штамах бактерій, які відно- сились до шести родів Pseudomonas, Clavibacter, Serratia, Sphingobacterium, Paenibacillus та Baci llus (табл. 3). Оскільки музейні штами бактерій мають ши- рокий спектр рецепторів, більшість бактерій проявляли чутливість до фагів антарктичного регіону, а саме Pseudomonas fluorescens 8573, P. sy- rin gae pv. lachrymans 7591, P. savastanoi pv. pha seo- li cola 4013, Serratia marcescens sp., Bacillus sp., Sphin gobacterium thalophilum sp. та Paenibacillus sp. Антарктичні фаги схильні до швидкої інакти- вації за умов їх збереження, порівнюючи з ізоля- тами бактеріофагів, які були виділені з агроцено- зів України. Швидка втрата активності антарк- тичних вірусів також може бути пов’язана з від- сутністю постійного періодичного пасування, че рез що активність втрачається досить швидко. Циркуляція фагів у природі може відбуватися зі зміною чутливих хазяїв. Не виключено, що в результаті генетичної рекомбінації утворюються нові форми фагів, які проявляють літичну актив- Рис. 10. Плями лізису, утворені фагами: а — зразків № 1, 4, 5, 6, 7, 8, 9 на бактеріальному штамі Cq13; b – зразка № 2 на бактеріальному штамі Б5; c – зразка № 3 на бактеріальному штамі Б2 Fig. 10. Areas of lysis formed by phages: a — samples № 1, 4, 5, 6, 7, 8, 9 on bac- te rial strains Cq13; b — sample № 2 on bacterial strains B5; с — sample № 3 on bacterial strains B2 а b c а 149ISSN 1727-7485. Український антарктичний журнал. 2019, № 1 (18) Морфологія та деякі біологічні характеристики фагів, виділених з ґрунту та моху Антарктики ність до раніше нечутливих до них бактеріальних культур. Активність бактеріофагів до фітопато- генних бактерій зон помірного клімату може свідчити про наявність на континенті близькос- поріднених мікроорганізмів або про те, що в жорстких умовах віруси адаптуються до розпо- всюдження та збереження в біоценозах, утворю- ючи в результаті генетичної рекомбінації нові форми фагів, які можуть проявляти літичну ак- тивність щодо раніше нечутливих до них бакте- ріальних культур. ВИСНОВКИ Таким чином, отримані результати свідчать про таксономічну різноманітність бактеріофагів в на земних біотопах архіпелагу Аргентинських ос- тровів в Антарктиці, а також на західному узбе- режжі Антарктичного півострова. За поперед- ньою оцінкою, незважаючи на географічну ізо- льованість островів Антарктики і специфічні кліматичні умови на них, більшість ізольованих нами бактеріофагів відносяться до традиційних класичних таксонів, широко розповсюджених в різних регіонах Землі з помірним кліматом. Дані дослідження дадуть можливість продо- вжити глибинний аналіз вивчення складу вірус- них популяцій в умовах Антарктиди, встанов- лення джерел вірусних інфекцій, оцінки розпо- всюдження та визначення їхньої ролі в екологіч- ному аспекті та мікробіологічних асоціацій в унікальних умовах. Одержана колекція бактеріофагів може бути придатна для використання в наукових дослі- дженнях, спрямованих на комплексне вивчення структури та функцій антарктичних організмів, створення узагальнених моделей екосистем. Подяки. Автори висловлюють подяку: Держав- ній установі Національний антарктичний науко- вий центр МОН України — за надання зразків для досліджень та підтримку, особливо співро- бітникам Д. Г. Луценко та О. Л. Савицькому за відбір та транспортування зразків з Антарктич- ного регіону, Центру колективного користуван- ня при Інститу ті мікробіології і вірусології імені Д. К. Заболотного Національної академії наук України — за проведення досліджень з викорис- танням транс мі сійного елек тронного мікроскопу JEOL (JEM — 1400), Інсти ту ту біохімії ім. О.В. Палладіна — за можливість користуватися цен- трифугою ОPTIMA L-90K (Be ck man Coulter). ЛІТЕРАТУРА 1. Атабекова И. Практикум по общей вирусологии. М.: МГУ, 1981. с. 191 2. Головань В. Вивчення різноманіття вірусів бактерій, виділених із біотопів моху та ґрунту антарктичного регіону. Вісник Київського національного університету імені Тараса Шевченка. 2019. № 1(77). С. 10—16. 3. Ackermann, H. and Prangishvili, D. 2012. Prokaryote vi- ruses studied by electron microscopy. Archives of Virology, 157(10), 1843—1849. 4. Adriaenssens, E., Kramer, R., Van Goethem, M., Makha- lanyane, T., Hogg, I. and Cowan, D. 2017. Environmental drivers of viral community composition in Antarctic soils identified by viromics. Microbiome, 5(1). 5. Anesio, A. and Bellas, C. 2011. Are low temperature ha- bi tats hot spots of microbial evolution driven by viruses? Trends in Microbiology, 19(2), 52—57. 6. Brum, J., Hurwitz, B., Schofield, O., Ducklow, H. and Sullivan, M. 2015. Seasonal time bombs: dominant tem- pe rate viruses affect Southern Ocean microbial dy na mics. The ISME Journal, 10(2), 437—449. 7. Gong, Z., Liang, Y., Wang, M., Jiang, Y., Yang, Q., Xia, J., Zhou, X., You, S., Gao, C., Wang, J., He, J., Shao, H. and McMinn, A. 2018. Viral Diversity and Its Relationship With Environmental Factors at the Surface and Deep Sea of Prydz Bay, Antarctica. Frontiers in Microbiology, 9. 79—59. 8. Lopez-Bueno, A., Tamames, J., Velazquez, D., Moya, A., Quesada, A. and Alcami, A. 2009. High Diversity of the Viral Community from an Antarctic Lake. Science, 326 (5954), 858—861. 9. Meiring, T., Marla Tuffin, I., Cary, C. and Cowan, D. 2012. Genome sequence of temperate bacteriophage Psymv2 from Antarctic Dry Valley soil isolate Psy chro bacter sp. MV2. Extremophiles, 16(5), 715—726. 10. Millard, A., Hands-Portman, I. and Zwirglmaier, K. 2014. Morphotypes of virus-like particles in two hyd ro ther mal vent fields on the East Scotia Ridge, Antar ctica. Bac te- riophage, 4(3), 28732. doi: 10.4161/bact.28732. 11. Paul, J. 2008. Prophages in marine bacteria: dangerous molecular time bombs or the key to survival in the seas? The ISME Journal, 2(6), 579—589. 12. Roux, S., Hallam, S., Woyke, T. and Sullivan, M. 2015. Viral dark matter and virus–host interactions resolved from publicly available microbial genomes. eLife, 4. doi: 10.7 554/eLife.08490. 150 ISSN 1727-7485. Ukrainian Antarctic Journal. 2019, № 1 (18) В. В. Головань, О. М. Андрійчук, І. Г. Будзанівська 13. Säwström, C., Lisle, J., Anesio, A., Priscu, J. and Lay bo- urn-Parry, J. 2008. Bacteriophage in polar inland waters. Extremophiles, 12(2), 167—175. 14. Swanson, M., Reavy, B., Makarova, K., Cock, P., Hop- kins, D., Torrance, L., Koonin, E. and Taliansky, M. 2012. Novel Bacteriophages Containing a Genome of Another Bacteriophage within Their Genomes. PLoS ONE, 7(7), e40683. https://doi.org/10.1371/journal.pone. 0040683. 15. Weinbauer, M. 2004. Ecology of prokaryotic viruses. FEMS Microbiology Reviews, 28(2), 127—181. 16. Williamson, K., Radosevich, M., Smith, D. and Wom- mack, K. 2007. Incidence of lysogeny within temperate and extreme soil environments. Environmental Micro bio- logy, 9(10), 2563—2574. 17. Yau, S., Lauro, F., DeMaere, M., Brown, M., Thomas, T., Raftery, M., Andrews-Pfannkoch, C., Lewis, M., Ho- ffman, J., Gibson, J. and Cavicchioli, R. 2011. Vi ro phage control of antarctic algal host-virus dyna mics. Proceedings of the National Academy of Sciences, 108(15), 6163— 6168. REFERENCES 1. Atabekova Y. 1981. Praktykum po obshchei vyrusolohyy [Ge ne ral virusology practicum]. Moskow: Moskow Uni- versity Press, 191. 2. Holovan V. 2019. Vyvchennia riznomanittia virusiv bak- terii, vydilenykh iz biotopiv mokhu ta gruntu antarktych- noho rehionu [Investigation of diversity of bacterial vi- ruses, isolated from moss and soil biotops of Antarctic region]. Visnyk Kyivskoho natsionalnoho universytetu ime- ni Tarasa Shevchenka [Bulletin of Taras Shevchenko National Uni ver sity of Kyiv]. 1(77). 10—16. 3. Ackermann, H. and Prangishvili, D. 2012. Prokaryote vi- ruses studied by electron microscopy. Archives of Virology, 157(10), 1843—1849. 4. Adriaenssens, E., Kramer, R., Van Goethem, M., Mak- ha lanyane, T., Hogg, I. and Cowan, D. 2017. Envi ron- men tal drivers of viral community composition in Antarc- tic soils identified by viromics. Microbiome, 5(1). 5. Anesio, A. and Bellas, C. 2011. Are low temperature ha- bitats hot spots of microbial evolution driven by viru- ses? Trends in Microbiology, 19(2), 52—57. 6. Brum, J., Hurwitz, B., Schofield, O., Ducklow, H. and Sullivan, M. 2015. Seasonal time bombs: dominant tem- pe rate viruses affect Southern Ocean microbial dyna mics. The ISME Journal, 10(2), 437—449. 7. Gong, Z., Liang, Y., Wang, M., Jiang, Y., Yang, Q., Xia, J., Zhou, X., You, S., Gao, C., Wang, J., He, J., Shao, H. and McMinn, A. 2018. Viral Diversity and Its Relationship With Environmental Factors at the Surface and Deep Sea of Prydz Bay, Antarctica. Frontiers in Microbiology, 9. 79—59. 8. Lopez-Bueno, A., Tamames, J., Velazquez, D., Moya, A., Quesada, A. and Alcami, A. 2009. High Diversity of the Viral Community from an Antarctic Lake. Science, 326 (5954), 858—861. 9. Meiring, T., Marla Tuffin, I., Cary, C. and Cowan, D. 2012. Genome sequence of temperate bacteriophage Psymv2 from Antarctic Dry Valley soil isolate Psy ch ro bacter sp. MV2. Extremophiles, 16(5), 715—726. 10. Millard, A., Hands-Portman, I. and Zwirglmaier, K. 2014. Morphotypes of virus-like particles in two hyd rothermal vent fields on the East Scotia Ridge, Antarctica. Bac te- riophage, 4(3), e28732. doi: 10.4161/bact.28732. 11. Paul, J. 2008. Prophages in marine bacteria: dangerous molecular time bombs or the key to survival in the seas? The ISME Journal, 2(6), 579—589. 12. Roux, S., Hallam, S., Woyke, T. and Sullivan, M. 2015. Viral dark matter and virus–host interactions resolved from publicly available microbial genomes. eLife, 4. doi: 10.7554/eLife.08490. 13. Säwström, C., Lisle, J., Anesio, A., Priscu, J. and Lay- bourn-Parry, J. 2008. Bacteriophage in polar inland wa- ters. Extremophiles, 12(2), 167—175. 14. Swanson, M., Reavy, B., Makarova, K., Cock, P., Hop kins, D., Torrance, L., Koonin, E. and Taliansky, M. 2012. No- vel Bacteriophages Containing a Genome of Another Bac- teriophage within Their Genomes. PLoS ONE, 7(7). e40 683. doi: 10.1371/journal.pone.00406 83. 15. Weinbauer, M. 2004. Ecology of prokaryotic viruses. FEMS Microbiology Reviews, 28(2), 127—181. 16. Williamson, K., Radosevich, M., Smith, D. and Wom- mack, K. 2007. Incidence of lysogeny within temperate and extreme soil environments. Environmental Micro bio- l o gy, 9(10), 2563—2574. 17. Yau, S., Lauro, F., DeMaere, M., Brown, M., Thomas, T., Raftery, M., Andrews-Pfannkoch, C., Lewis, M., Hoff- man, J., Gibson, J. and Cavicchioli, R. 2011. Viropha ge control of antarctic algal host-virus dynamics. Pro cee dings of the National Academy of Sciences, 1085, 6163—6168. 151ISSN 1727-7485. Український антарктичний журнал. 2019, № 1 (18) Морфологія та деякі біологічні характеристики фагів, виділених з ґрунту та моху Антарктики V.V. Holovan, O.M. Andriichuk, I.Н. Budzanivska Taras Shevchenko National University of Kyiv, 64/13 Volodymyrska Str., Kyiv, 01601, Ukraine Corresponding author: holovanviktoria@gmail.com MORPHOLOGY AND BIOLOGICAL FEATURES OF PHAGES EXTRACTED FROM MOSS AND SOILS OF ANTARCTIC REGION ABSTRACT. Isolation of bacteriophages from ecosystems which function in low temperatures represents a huge scientific interest, although it has certain difficulties in methodology. One of the tasks, that solves this question, is the definition of the geographic range of phages distribution, investigation of their properties and evolutionary characteristics in different climatic conditions. The aim of the survey was to identify the presence of bacteriophages in moss and soil samples, which were taken at the Argentine Islands archipelago, to find structural elements of the virion and evaluate a variety of bacteriophages morphotypes in terrestrial biotope of Antarctica. Мethods: аnalyzed samples moss and soil, selected during seasonal work in 2017 on the Akademik Vernadsky station. The sterile material (5 g) was collected and put into 50 ml 0.1 M Tris-HCl buffer. The filtrate was centrifuged for 2 hours, 90000g (ОPTIMA L-90K (Beckman Coulter)). The sediment from each tube was resuspended in 0.5 ml 0.1 M Tris-HCl buffer (pH 7.0). Bacterial cultures were grown on nutrient agar and liquid broth (1.5% and 0.7%). The phages were detected by direct inoculation. The titers were measured in plaque-forming units per ml (PFU/ ml) via Gratia agar technique. The concentrated phage preparations were analyzed by electron microscopy. Contrasting was performed with 1—2% Tungsten Phosphoric Acid, pH 7—7.4. Results: аlso there were made conclusion about the activity of isolated phages. Due to the results of the EM, phages were divided into four taxonomic groups, according to the structural features: the family Podoviridae, C1 morphotypes, order Caudovirales; the family Siphoviridae, B1-B2 morphotypes, order Caudovirales; the family Myoviridae, A1, А3 morphotypes, order Caudovirales. The research revealed, that a phages are sensitive to various bacterial cultures, which differ in morphological and biochemical characteristics. Conclusions: the detection of lithic activity of phages against bacteria (Pseudomonas fluorescens 8573, P. syringae pv. lachrymans 7591 Serratia marcescens sp., Cq13) suggests the probability of the presence of specific mechanisms that allow them to acquire the ability to adapt to new hosts. Кеуwords: bacterial viruses (bacteriophages), electron microscopy, moss and soil, Akademik Vernadsky station, viral particles.

Морфологія та деякі біологічні характеристики фагів, виділених з грунту та моху Антарктики

Репозитарії

Схожі ресурси