[taaaaaa]

Nitrospira: настоящая нитрит-окисляющая бактерия в аквариумах

by Timothy A. Hovanec, Ph.D.
впервые опубликовано в Aquarium Frontiers, Mar. 1998

Биофильтрация – это критический элемент фильтрации в любом аквариуме. Независимо от того, что служит биофильтром, биологическое окисление аммония до нитритов и нитритов до нитратов необходимо, чтобы удерживать эти вещества от достижения токсичных концентраций и уничтожения обитателей вашего аквариума.

То, что два типа бактерий ответственны за нитрификацию, было догмой и в биологии, и в аквариумном хобби. Nitrosomonas europaea окисляет аммиак до нитритов, а Nitrobacter winogradskyi окисляет нитриты до нитратов. Эти организмы называют нитрификаторами и классифицированы как принадлежащие к одному семейству бактерий (но последние работы по филогении этих организмов и их ближайших родственников показали, что эта классификация ошибочна и должна быть пересмотрена).

Эффективность биофильтра обычно оценивают с точки зрения эффективности удаления аммония и нитритов. Количество бактерий, ответственных за осуществление этой работы, не определяют из-за трудностей, связанных с идентификацией и подсчетом. Однако, современные методы молекулярной биологии позволяют количественно оценить нитрифицирующие бактерии, в некоторых случаях – отдельно по видам, так что можно не только измерить увеличение их количества со временем, но и определить, где именно в фильтре они предпочитают жить.

Работа, о которой я рассказываю в этой статье - Hovanec, T. A., L. T. Taylor, A. Blakis, and E. F. DeLong. 1998. Nitrospira-like bacteria associated with nitrite oxidation in freshwater aquaria. Applied and Environmental Microbiology 64:258-264. Результаты, описанные в ней, частично являются продолжением более ранней работы - Hovanec, T. A. and E. F. DeLong. 1996. Comparative analysis of nitrifying bacteria associated with freshwater and marine aquaria. Applied and Environmental Microbiology 62:2888-2896.

Первым этапом исследования было установить, кто фактически является нитрит-окисляющими бактериями в аквариумах. Более ранняя работа показала, что Nitrobacter winogradskyi и близкородственные формы не присутствуют в измеримых количествах в пресноводных и морских аквариумах.

Затем по данным ДНК я установил отсутствие последовательностей Nitrobacter winogradskyi и близкородственных форм, но присутствие последовательностей нитрит-окисляющих бактерий Nitrospira.

Потом я разработал молекулярные зонды, позволяющие определять количества бактерий в образцах. Затем нуклеиновые кислоты из многих различных аквариумов (пресноводные, морские, с рыбой, обработанные хлористым аммонием ammonium chloride, с разной плотностью заселения рыбами и т.п.) я исследовал молекулярными зондами. Ни в одном случае я не обнаружил Nitrobacter, но везде я нашел доказательства присутствия Nitrospira.

Итак, далее, я хотел проверить, можно ли установить, когда Nitrospira-подобные бактерии появляются в новом фильтре и соотнести их появление с параметрами воды. Т.е., можно ли установить корреляцию между появлением Nitrospira-подобных бактерий и окислением нитритов до нитратов. Для этого я использовал метод полимеразной цепной реакции (ПЦР). Этот метод позволяет умножить количество целевой ДНК в образце. Затем продукт ПЦР я пропустил через аппарат для градиентного гель-электрофореза (DGGE). При этом индивидуальные фрагменты ДНК разделяются в геле, так что можно видеть полосы, соответствующие интересующим вас бактериям. Эти полосы могут затем быть вырезаны, очищены и секвенированы. Это один из способов установить, какой вид бактерий представлен полосой. При комбинировании данных генетических библиотек и электрофореза вы получаете строгие доказательства относительно состава бактериального сообщества в системе. При электрофорезе можно запустить несколько образцов одновременно вместе с контрольными, а из данных секвенирования я знал, какая полоса геля могла бы соответствовать Nitrospira-подобным бактериям.

Итак, я провел 2 эксперимента. В одном я запустил аквариумы и они функционировали около 140 дней, а я отбирал бактериальные образцы каждые 7 дней. В другом я запустил аквариумы и они функционировали 35 дней, а я отбирал бактериальные образцы каждый день. В обоих экспериментах я отбирал образцы воды (3 раза в неделю для первого эксперимента и ежедневно – для второго) и анализировал их на содержание аммония, нитритов и нитратов.

Используя гель-электрофорез, я проверил образцы, усиленные методом ПЦР на предмет того, какой получается набор полос. В первом эксперименте Nitrospira-подобные бактерии не появлялись примерно до 22-го дня. После этого они оставались в образцах и присутствовали в больших количествах, что доказывалось интенсивностью полос. Во втором эксперименте Nitrospira-подобные бактерии появлялись на 12-ый день, в этот же день происходило увеличение нитратов в образцах. К 18-му дню сигнал был довольно сильным, а параметры воды свидетельствовали, что нитраты быстро возрастают.

Таким способом я смог показать корреляцию между появлением Nitrospira-подобных бактерий в образцах (а значит – в фильтре) и преобладанием определенных параметров воды в аквариуме.