аквариумные нитрификаторы

[taaaaaa]

Переводы статей Хованека о нитрификации и т.п.

Это «популяризованные» версии его научных работ, адаптированные для аквариумистов.
Я убрала детальные описания технических подробностей лабораторных процедур (кому интересно – можно посмотреть сами его научные работы, список и ссылки на доступные PDF выложу сегодня-завтра). В статьях есть повторяющиеся фрагменты, которые я тоже «ликвидировала».

После описанных в статьях работ было обуликованы в научных изданиях исследования других авторов, которые подтвердили результаты. Также, с помощью аналогичных точных молекулярных методов были испытаны влияния добавок не только препаратов нитрификаторов, но и гетеротрофов, которые выявили аналогичные результаты. Состав микрофлоры в аквариуме не изменяется. В некоторых случаях рост естественно заселяющихся бактерий может усиливаться (возможно, благодаря тому, что питательные вещества в добавках или бактерии-гетеротрофы могут создавать условия, благоприятствующие росту естественно поселяющихся бактерий; однако условия и парметры при которых это гарантированно происходит, не выявлены).

Кто такой Хованек.

Dr. Timothy A. Hovanec, Ph.D
Консультант правительственных контрактов по установкам аквакультуры для выращивания креветок, рыбы и т.п. Научный руководитель Aquaria Inc. Moorpark. CA. Организовал Aquatic Research лабораторию в Aquaria Inc. и лабораторию микробиологической экологии.
Образование, научная квалификация:
B.S. 1978. Биология, с отлиием. Государственный университет San Diego.
M.S. 1986. Биология, экология. Государственный университет San Diego.
Ph.D. 1998. Экология, эволюция & морская биология (происхождение нитрифицирующих бактерий). Калифорнийский университет, Santa Barbara.
Автор нескольких патентов.
Открыл доминирующую нитрит-окисляющую активность бактерий Nitrospira в аквариумных водных системах.
Автор более 60 статей в изданиях по аквариумистике («Aquarium Fish Magazine», «Aquarium Frontiers», «Aquarium USA», «Koi World», «Pet Product News & PSM», «Pet Dealer», «Ponds Magazine», «Ponds USA and Water Gardens»)
----------------------------------------------------------------
----------------------------------------------------------------

Nitrospira – а не Nitrobacter

by Timothy A. Hovanec, Ph.D.
Впервые опубликовано в Aquarium Fish Magazine, Apr. 1999

Примерно год назд в статье для AFM я детализировал результаты некоторых из моих исследований по микробиологической экологии аквариумных биофильтров. В тех исследованиях я показал, что нитрит-окисляющие бактерии в пресноводных и морских аквариумах не принадлежат роду Nitrobacter. Используя комбинацию нескольких методов молекулярной биологии, я продемонстрировал, что, вероятнее всего, за окисление нитритов в аквариуме ответственны новые неидентифицированные бактерии.

В этом месяце я представлю вам эти новые микроорганизмы. Заклинание, котрое повторялось сотни раз в день, звучало так: азотный цикл это окисление аммония до нитритов бактриями рода Nitrosomonas и последующее окисление нитритов до нитратов бактериями рода Nitrobacter.

Эти бактерии важны для аквариумистов, поскольку без них мы были бы обречены и на частые (скорее всего, ежедневные) замены воды и на очень низкую плотность заселения аквариума рыбами. Пока достаточное количество этих бактерий не установится в аквариуме, количество рыб должно быть ограничено, иначе слишком много аммония (и нитритов) будет произведено, причиняя вымирание рыб. Есть несколько коммерческих бактериальных препаратов нитрификаторов. Большинство этих смесей, как нас уверяют, содержат миллионы и биллионы клеток Nitrosomonas и Nitrobacter.

Все вышеперечисленное верно, но не все применимо к аквариуму. Виды бактерий Nitrosomonas действительно окисляют аммоний, а виды Nitrobacter окисляют нитриты – просто они не делают этого в пресноводных аквариумах, а Nitrobacter не делает этого и в морских. Более того, добавление Nitrosomonas и Nitrobacter из флакона не влияет на микробиологический состав в аквариуме.

Откуда же появились утверждения о том, что эти бактерии производят работу в аквариуме? Одна из причин – это тенденция некоторых компаний, которые изобретают, тестируют и продают препараты, теоретически переносить результаты их исследований, проведенных в пробирках, флаконах и чашках Петри, на аквариумную среду. Они считают, что то, что работает на лабораторном столе, должно так же работать в аквариуме с рыбами – и это ошибка.

Моя работа отличается тем, что я не делаю никаких предположений относительно того, какие виды бактерий важны. Я работаю скорее непосредственно с аквариумной средой, а не с пробирками, но я исследую аквариумную среду при помощи мощных аналитических методов молекулярной биологии.

Методы, используемые в моих исследованиях – это создание генетических библиотек, секвенирование ДНК, градиентный гель-электрофорез, молекулярное зондирование и ПЦР. Это все просто термины для описания некоторых из многообразных процедур, используемых в исследованиях. Детали можно найти в официальной публикации моей работы - 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.

Первым этапом исследования было установить, являются ли какие-то из бактерий, присутствующих в аквариумных фильтрах, вероятными нитрит-окислителями.
Чтобы это сделать, надо выделить ДНК из биопленки, растущей на аквариумном биофильтре. При этом получается смесь ДНК разных видов бактерий. Чтобы от этого была какая-то польза, надо разделить ДНК по отдельным видам бактерий. Это делается при помощью методов клонирования.

В конце концов, Вы получаете сотни клеток, которые надо проверить. Многие из клеток могут содержать идентичные фрагменты ДНК, так что надо тщательно исследовать каждую клетку. Чтобы должным образом исследовать клетки, надо секвенировать ДНК. В настоящее время, это уже не так трудно, но даже с автоматизированными аппаратами это занимает много времени.

Из данных ДНК я обнаружил, что не было никаких последовательностей, родственных Nitrobacter winogradskyi и близким формам. Однако, присутствовала последовательность, родственная известным нитрит-окисляющими бактериями видов Nitrospira. На сегодня известно 2 вида Nitrospira - Nitrospira marina и Nitrospira moscoviensis. Организм, который я нашел, был близко родственен с обоими из них. Эта группа нитрит-окисляющих бактерий сильно отличается, основываясь на последовательностях ДНК, от более широко известного Nitrobacter и помещена в отдельный таксон - Nitrospira.

По крайней мере, теперь у меня была возможная бактерия из фильтров, родственная с известными нитрит-окисляющими бактериями. Затем я должен был определить, присутствовали ли эти бактерии в некоторых, многих или всех пресноводных и морских аквариумах. Поэтому, я разработал два молекулярных зонда для бактерий Nitrospira. Молекулярные зонды – это короткие фрагменты ДНК, «подходящие» оределенному организму (бактериям Nitrospira в данном случае), которые посредством определенных лабораторных методов могут использоваться, чтобы указать не только присутствие или отсутствие этого организма, но также и его относительные количества. Этим способом можно сравнить количество на одном биофильтре или субстрате с количеством на другом.

Я сделал множество тестов с молекулярными зондами для Nitrospira, чтобы удостовериться, что они были специфичными для этих бактерий. Затем я исследовал большое количество и много типов материалов аквариумных биофильтров на предмет присутствия Nitrobacter и Nitrospira. Пресноводные и морские аквариумы, ДНК из грунта аквариумов, из губок, из сред механической фильтрации, из фильтровальных сеток и т.п.

Ни в одном образце я не нашел доказательств присутствия Nitrobacter – ни в одном аквариуме, ни на одном субстрате. Однако, в каждом случае я обнаруживал присутствие бактерий Nitrospira.

Таким образом, результаты показывают, что Nitrobacter не являются нитрит-окисляющими бактериями в фильтрах аквариумов. Вероятнее всего, эта работа осуществляется Nitrospira-подобными бактериями.

Последним тестом, который я провел и о котором сообщил, было исследование эффективности внесения бактериальной добавки в аквариумы в течение фазы запуска. Используя предварительно описанные молекулярные методы, я сравнивал микробное сообщество, которое развивалось в аквариумах, обрабатываемых еженедельно промышленными бактериальными добавками согласно инструкциям изготовителей, с микробным сообществом в аквариумах, не обрабатываемых препаратами. Параметры воды замерялись трижды в неделю.

Результаты заключались в том, что я не обнаруживал Nitrobacter ни в одной ситуации, но я обнаруживал Nitrospira-подобные бактерии в обоих случаях. Таким образом, даже при добавлении препарата Nitrobacter к системе, он не в состоянии заселиться. Возможная положительная роль добавления препарата была в том, что увеличивалось количество Nitrospira-подобных бактерий в аквариумах, обработанных препаратами Nitrobacter. Требуется больше статистических данных, но, кажется, добавка действует наподобие «удобрения». Я предполагаю, что в добавке есть питательные вещества, которые Nitrospira-подобные бактерии могут использовать так, что их число увеличивается быстрее. Является ли это увеличение значительным или нет, я не могу ответить в данное время. А кроме того, концентрация нитритов в аквариумах, обработанных препаратом, все равно возрастала до токсичных уровней, так что препарат не устранял синдром нового аквариума.

Конечно, есть люди, которых мои результаты не обрадовали - они предпочитают верить, что Nitrobacter являются нитрит-окисляющими бактериями в аквариуме. Тем не менее, они не предоставляют никакого научного доказательства для таких заключений. Кроме того, со времени публикации моей статьи, было по крайней мере три других научных статьи, которые также демонстрировали, что Nitrospira-подобные бактерии, а не разновидности Nitrobacter являются нитрит-окисляющими бактериями в различных водных средах. Эти исследования были сделаны на установках для очистки сточных вод и установках аквакультуры.