[taaaaaa]

Кто же является аммоний-окисляющей бактерией?

by Timothy A. Hovanec, Ph.D.
Впервые опубликовано в Aquarium Frontiers, Aug. 1998

На протяжении более, чем 30 лет в сотнях книг и журналов по аквариумистике писали, что бактерии, окисляющие аммоний до нитритов принадлежат роду Nitrosomonas, и даже , что это точно вид Nitrosomonas europaea. Но фактически было мало иследований, демонстрирующих, верно ли это. Однако, несколько лет назад я опубликовал статью о некоторых экспериментах, которые я осуществил с использованием современных молекулярных методов для идентификации аммоний-окисляющих бактерий в аквариуме. Результаты тестов показали, что Nitrosomonas europaea и родственные формы не обнаруживаются в биофильтрах аквариумов.

Для тех, кто хочет посмотреть статью - Hovanec, T. A. and E. F. DeLong. 1996. Comparative Analysis of Nitrifying Bacteria Associated with Freshwater and Marine Aquaria. Applied and Environmental Microbiology. Vol. 62:2888-2896. Для те же, кто не хочет ломать голову над научной статьей, я написал популярную версию для аква-хоббистов, которая была опубликована двумя частями в Aquarium Fish Magazine.

Суть статьи заключалась в том, что в пресноводных аквариумах бактерии, родственные Nitrosomonas europaea не обнаруживались. Не мог я обнаружить и какой-либо другой вид аммоний-окислителей, хотя параметры воды свидетельствовали, что аммоний (и добавленный в аквариум в виде хлорида аммония и выделяемый рыбами) быстро превращался в нитраты, конечный продукт нитрификации. Я не мог обнаружить, кто фактически осуществлял эту работу и я все еще ищу ответ на этот вопрос сегодня.

Итак, почему предполагалось, что аммоний-окислителем является Nitrosomonas europaea? Потому, что, помимо всего прочего, это бактерии, которые считались окислителями аммония на установках по очистке сточных вод. Проблема такого подхода в том, что обнаружение бактерии в одной среде, содержащей предпочитаемый бактерией субстрат, не означает автоматически, что она будет найдена в другой среде, содержащей такой же субстрат. Помимо этого, никто ведь не доказал, что N. europaea действительно является основным аммоний-окислителем в сточных водах. Фактически, недавние исследования показали, что хотя N. europaea обнаруживаются в бактериальных сообществах сточных вод, они не могут быть основными амоний-окислителями.

Одно из этих исследований - Juretschko, S., G. Timmermann, M. Schmid, K.-H. Schleifer, A. Pommerening-Roser, H.-P Koops and M. Wagner. 1998. Combined molecular and conventional analyses of nitrifying bacterium diversity in activated sludge: Nitrosococcus mobilis and Nitrospira-like bacteria as dominant populations. Applied and Environmental Microbiology. Vol. 64:3042-3051.

В этом исследовании авторы отбирали образцы на установках по переработке сточных вод и анализировали их несколькими методами. Один из этих методов – т.н. FISH - флюоресцентная in situ гибридизация. Это способ пометить отдельную клетку флюоресцентным зондом, который виден при определенной технике микроскопии. Зонд может подходить определенному виду бактерий или группе родственных бактерий. Используя различные цветные зонды для разных видов или групп можно посчитать отдельные бактериальные клетки по видам в одном образце одновременно. Это важно, так как бактерии весьма похожи, так что отличить разные виды сложно. Исследователи смогли разработать FISH-зонды для разных групп аммоний-окисляющих бактерий, чтобы посмотреть, кто присутствует в образцах.

Они также исследовали нуклеиновые кислоты, выделенные из образцов. И, наконец, они пытались вырастить бактерии из образцов на обогащенных средах.

Результаты их исследований показали, что было, по крайней мере 3 различных группы аммоний-окисляющих бактерий. Одна группа состояла из бактерий, близко родственных Nitrosomonas europaea. Но она не была численно доминирующей, составляя от 16 до 20% клеток в образце. Напротив, самые многочисленные аммоний-окисляющие клетки были родственны Nitrosococcus mobilis. Третья группа аммоний-окисляющих бактерий, видимо, включала новую нехарактеризованную бактерию (или бактерии), которую они не смогли культивировать. Итак, хотя Nitrosomonas europaea и родственные формы присутствовали в образцах, они не были самыми многочисленными.

Другая интересная находка состояла в том, что, когда исследователи выращивали бактерии на обогащенных средах, они обнаружили, что количество N. europaea возрастает до 50%, в то время, как количество Nitrosococcus mobilis снижается до 50%. Это свидетельствует, что культивирование оказывает селекционное влияние на бактерии. Эти результаты также были продемонстрированы ранее другими исследователями. Это значит, что когда вы пытаетесь изолировать и вырастить аммоний-окислителей, N. europaea растут лучше других видов именно на лабораторных обогащенных средах и могут численно доминировать в сосуде, хотя они не являются доминирующими в естественных условиях. Поскольку большинство выводов о том, какие виды бактерий важны для различных биогеохимических и промышленных процессов были сделаны по результатам выращивания на обогащенных средах в лабораториях, следует хорошенько призадуматься, сколь многое было упущено из виду.

Важно знать, кто действительно ответственен за нитрификацию, т.к. чтобы подражать природе мы должны понимать, что мы пытаемся копировать. Есть много видов бактериальных добавок для быстрого запуска или ускорения периода созревания нового аквариума. Но что лежит в основе их создания? Просто расфасовать N. europaea и Nitrobacter winogradskyi во флаконы – не работает. Конечно, использование препаратов привлекательно, т.к. никто не любит ждать, но факты таковы, что имеется множество доказательств из разных исследований, показывающих, что нитрифицирующие бактерии не возглавляются только 2 видами – по одному для окисления аммония и нитритов. Более того, вид, который считали важным, может оказаться не тем, который действительно критичен.

В качестве дополнителнього замечания – авторы не обнаружили клетки Nitrobacter в образцах . Но они обнаружили, что около 9% клеток в образцах были Nitrospira-подобными. Это еще один пример, когда Nitrobacter не был обнаружен там, где по предположениям он должен был присутствовать, а нитрит-окисляющим организмом оказались Nitrospira-подобные бактерии. Такие открытия повторялись и во многих других средах. Практически, не остается сомнений, что нитрит-окисляющие бактерие в аквараиумах – представители рода Nitrospira.