Численность и морфологическое разнообразие бактериофагов в городских почвах и твердых атмосферных выпадениях на территории г. Москвы

Аннотация

В работе представлены результаты исследования численности и морфологического разнообразия бактериофагов в образцах городских почв (урбанозема и реплантозема) и твердых атмосферных выпадений (ТАВ), отобранных на территории Москвы на участках с контрастной антропогенной нагрузкой. Показано, что численность бактериофагов (вирусных частиц, ВЧ) в почвах (1,12–2,10109ВЧг‒1) выше, чем в ТАВ (0,42–0,64109ВЧг‒1), что коррелирует с общей численностью бактерий. Получена коллекция бактериофагов (колифагов), заражающих штаммы Escherichiacoli с различным составом клеточной поверхности (разными типами О-антигенов). Установлено, что выделенные в ходе работы колифаги относятся к классу Caudoviricetes(хвостатые фаги) и характеризуются сифовирусным (имеют длинный несократимый хвост) и подовирусным (имеют короткий хвост) типом морфологии. Полученные данные подчеркивают важную роль бактериофагов в функционировании микробных сообществ урбоэкосистем и их биотехнологическом потенциале для использования в биоремедиации городских почв.

Литература

1.    Асеева И.В., БабьеваИ.П. Бызов Б.А. и др. Методы почвенной микробиологии и биохимии /Под ред. Д.Г. Звягинцева. М., 1991. 304 с.
2.    Бабкина Л.А., Бабенков А.В. Оценка влияния противогололедных реагентов на физико-химические показатели почв // Биоразнообразие и антропогенная трансформация природных экосистем: материалы конф. (Белгород, 14–15 марта 2018 г.): сб. науч. тр. Белгород, 2018. С. 24–26.
3.    Дабах Е.В., Кондакова Л.В., Домрачева Л.И. и др. Альго-микологическая оценка состояния почв в зоне влияния Кирово-Чепецкого химического комбината //Почвоведение. 2013. №. 2. С. 187-194.https://doi.org/10.7868/S0032180X13020020
4.    Лапыгина Е.В., Лысак Л.В., Москвина М.И.и др. Численность вирусов в аллювиально-дерновой почве (метод прямой эпифлуоресцентной микроскопии) // Микробиология. 2016. Т. 85. № 6. С. 748–751. LapyginaE.V., LysakL.V., MoskvinaM.I. etal. Virus abundance in alluvial-sod soil detected by direct epifluorescence microscopy // Microbiology. 2016. Vol. 85. № 6. P. 759–781. https://doi.org/10.1134/S0026261716060138
5.    Летаров А.В. Современные концепции биологии бактериофагов. М., 2019. 383 с.
6.    Лопатина А.В. Оценка разнообразия микроорганизмов поверхностного снега прибрежных зон Восточной Антарктиды: дис. ... канд. биол. наук. М., 2015. 22 с.
7.    Поздняков А.Л., Самохвалов А.М. Урбанизация и ее влияние на экологию городов и поселений // Известия Юго-западного государственного университета. 2014. № 6. С. 74–78.
8.    Соколова О.С., Богданов А.Г., Гризель А.В. Электронная микроскопия нанобиообъектов. М., 2011. 142 с.
9.    Чекин М.Р., Лысак Л.В., Лапыгина Е.В. Численность и морфологическое разнообразие бактериофагов в почвах // Почвоведение. 2022. № 3. С. 347–353.Chekin M.R., Lysak L.V., Lapygina E.V. The number and morphological diversity of bacteriophages in soils // Eurasian Soil Sci. 2022. Vol. 55. № 3. P. 357–362. https://doi.org/10.1134/S1064229322030048
10.    Ackermann H.W. Bacteriophage electron microscopy // Adv. Virus Res. 2012. Vol. 82. P. 1–32. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-394621-8.00017-0
11.    Bellanger M., Visscher P., White R.A. Viral enumeration using cost-effective wet-mount epifluorescence microscopy for aquatic ecosystems and modern microbialites // Appl. Environ. Microbiol. 2023. Vol. 89. № 12. P. e01744-23. https://doi.org/10.1128/aem.01744-23.
12.    Belov A.A., Cheptsov V.S., Manucharova N.A. et al. Bacterial communities of Novaya Zemlya archipelago ice and permafrost // Geosciences (Switzerland). 2020. Vol. 10, № 2. P. 1–27. https://doi.org/10.3390/geosciences10020067
13.    Chanal A., Chapon V., Benzerara K. et al. The desert of Tataouine: an extreme environment that hosts a wide diversity of microorganisms and radiotolerant bacteria // Environ. Microbiol. 2006. Vol. 8, № 3. P. 514-525. https://doi.org/10.1111/j.1462-2920.2005.00921.x.
14.    Chibani-Chennoufi S., Bruttin A., Dillmann M.L. et al. Phage-host interaction: an ecological perspective // J. Bacteriol. 2004. Vol. 186, № 12. P. 3677-3686. https://doi.org/10.1128/jb.186.12.3677-3686.2004.
15.    De Wit R., Gautret P., Bettarel Y. et al. Viruses occur incorporated in biogenic high-Mg calcite from hypersaline microbial mats // PLoS One. 2015. Vol. 10, № 6. P. e01305-52. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0130552.
16.    DiPietro A.G., Bryant S.A., Zanger M.M. et al. Understanding Viral Impacts in Soil Microbial Ecology Through the Persistence and Decay of Infectious Bacteriophages // Current Microbiology. 2023. Vol. 80. № 9. P. 276. https://doi.org/10.1007/s00284-023-03386-x
17.    Fest B.J., Swearer S.E., Arndt S.K. A review of sediment carbon sampling methods in mangroves and their broader impacts on stock estimates for blue carbon ecosystems // Sci. Total Environ. 2022. Vol. 816. P. 151618. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.151618
18.    Filippini M., Masiero G., Moschetti K. Socioeconomic determinants of regional differences in outpatient antibiotic consumption: evidence from Switzerland // Health Policy. 2006. Vol. 78. № 1. P. 77–92. https://doi.org/10.1016/j.healthpol.2005.09.009
19.    Florent P., Cauchie H.M., Herold M. et al. Soil pH, calcium content and bacteria as major factors responsible for the distribution of the known fraction of the DNA bacteriophage populations in soils of Luxembourg // Microorganisms. 2022. Vol. 10. № 7. P. 1458.https://doi.org/10.3390/microorganisms10071458
20.    Fuhrman J.A. Marine viruses and their biogeochemical and ecological effects // Nature. 1999. Vol. 399. № 6736. P. 541–548. https://doi.org/10.1038/21119
21.    Glushakova A.M., Kachalkin A.V., Prokofieva T.V. et al. Enterobacteriaceae in soils and atmospheric dust aerosol accumulations of Moscow city // Curr. Res. Microbiol. Sci. 2022. Vol. 3. P. 100124. https://doi.org/10.1016/j.crmicr.2022.100124
22.    Helton R.R., Wang K., Kan J. et al. Interannual dynamics of viriobenthos abundance and morphological diversity in Chesapeake Bay sediments // FEMS Microbiol. Ecol. 2012. Vol. 79, № 2. P. 474–486. https://doi.org/10.1111/j.1574-6941.2011.01238.x
23.    IUSS Working Group WRB. World Reference Base for Soil Resources. International soil classification system for naming soils and creating legends for soil maps. 4th edition. International Union of Soil Sciences (IUSS), 2022. Vienna, Austria.
24.    Knirel Y.A., Prokhorov N.S., Shashkov A.S. et al. Variations in O-antigen biosynthesis and O-acetylation associated with altered phage sensitivity in Escherichia coli 4s // J. Bacteriol. 2015. Vol. 197, № 5. P. 905-912. https://doi.org/10.1128/jb.02398-14.
25.    KnirelYu.A., Ivanov P.A., Senchenkova S.N. et al. Structure and gene cluster of the O antigen of Escherichia coli F17, a candidate for a new O-serogroup // Int. J. Biol. Macromol. 2019. Vol. 124. P. 389–395. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2018.11.149.
26.    Kuzyakov Y., Blagodatskaya E. Microbial hotspots and hot moments in soil // Soil Biol. Biochem. 2015. Vol. 83. P. 184–199. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2015.01.025.
27.    Kuzyakov Y., Mason-Jones K. Viruses in soil: Nano-scale undead drivers of microbial life, biogeochemical turnover and ecosystem functions // Soil Biol. Biochem. 2018. Vol. 127. P. 305–317. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2018.09.032
28.    Mushegian A.R. Are There 10(31) Virus Particles on Earth, or More, or Fewer? // J. Bacteriol. 2020. Vol. 202. № 9. P. e00052-20. https://doi.org/10.1128/jb.00052-20.
29.    Noble RT., Fuhrman J.A. Use of SYBR Green I for rapid epifluorescence counts of marine viruses and bacteria // Aquat. Microb. Ecol. 1998. Vol. 14, № 2. P. 113–118. https://doi.org/10.3354/AME014113
30.    Peduzzi P., Agis M., Luef B. Evaluation of confocal laser scanning microscopy for enumeration of virus-like particles in aquatic systems // Environ. Monit. Assess. 2013. Vol. 185, № 7. P. 5411–5418. https://doi.org/10.1007/s10661-012-2955-8.
31.    Peng X., Nguyen A., Ghosh D. Quantification of M13 and T7 bacteriophages by TaqMan and SYBR green qPCR // J. Virol. Methods. 2018. Vol. 252. P. 100–107.https://doi.org/10.1016/j.jviromet.2017.11.012
32.    Roux S., Emerson J.B. Diversity in the soil virosphere: to infinity and beyond? // Trends Microbiol. 2022. Vol. 30, № 11. P. 1025–1035. https://doi.org/10.1016/j.tim.2022.05.003
33.    Roy K., Ghosh D., DeBruyn J.M. et al. Temporal dynamics of soil virus and bacterial populations in agricultural and early plant successional soils // Front. Microbiol. 2020. Vol. 11. P. 1494.https://doi.org/10.3389/fmicb.2020.01494
34.    Suttle C. A. Marine viruses – major players in the global ecosystem // Nat. Rev. Microbiol. 2007. Vol. 5. № 10. P. 801–812. https://doi.org/10.1038/nrmicro1750
35.    Touceda-Suarez M., Ponsero A.J., Barberan A. Differences in the genomic potential of soil bacterial and viral communities between urban greenspaces and natural arid soils // Appl. Environ. Microbiol. 2025. Vol. 91, № 8. P. e02124-24. https://doi.org/10.1128/aem.02124-24
36.    Vicedo Jover M.E. Comprehensive analysis of intrinsically disordered protein content in organisms exposed to extreme ambient conditions: Doctoral dissertation.Munich, 2016. 110 p.
37.    Wang S., Yu S., Zhao X. et al. Experimental evidence for the impact of phages on mineralization of soil-derived dissolved organic matter under different temperature regimes // Science of the Total Environment. 2022. Vol. 846. P. 157517. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.157517
38.    Weinbauer M.G. Ecology of prokaryotic viruses // FEMS Microbiol. Rev. 2004. Vol. 28. P. 127–181. https://doi.org/10.1016/j.femsre.2003.08.001.
39.    Williamson K.E., Radosevich M., Wommack K.E. Abundance and diversity of viruses in six Delaware soils // Appl. Environ. Microbiol. 2005. Vol. 71. № 6. P. 3119–3125. https://doi.org/10.1128/AEM.71.6.3119–3125.2005
40.    Ye M., Sun M., Huang D. et al. A review of bacteriophage therapy for pathogenic bacteria inactivation in the soil environment // Environ. Int. 2019. Vol. 129. P. 488–496.https://doi.org/10.1016/j.envint.2019.05.062