Распространение антибиотикорезистентности среди бактерий, вызывающих инфекции, создаёт риск потери эффективности антибиотиков как лекарственных средств. Решению этой глобальной проблемы здравоохранения и ветеринарии могут способствовать новые знания о резистомах бактерий в почве, как природном резервуаре генов устойчивости к антибиотикам, где благодаря горизонтальному переносу генов может происходить передача признака в клинически значимые патогенные виды. В сравнительном аспекте охарактеризованы профили фенотипической устойчивости типичных почвенных бактерий – актиномицетов – к определённому набору антибиотиков из разных классов и различных механизмов действия. В общей сложности определены профили устойчивости 152 природных изолятов, полученных из почв разных районов Кировской области. Источником для их изоляции служили пробы почв, отобранных на особо охраняемых природных территориях (природные экосистемы) и на участках, типизирующих различные виды хозяйственной деятельности (трансформированные экосистемы). Из каждой почвенной пробы анализировали равные по объёму выборки изолятов с признаками, характерными для рода Streptomyces. С помощью методов многомерной статистики показано, что уровень резистентности стрептомицетов к каждому из семи антибиотиков (налидиксовая кислота, тетрациклин, полимиксин, триметоприм, линкомицин, амоксициллин и стрептомицин) значимо (p < 0,05) определяют как географический район выделения штамма, так и тип экосистемы (природная или трансформированная). В качестве общей закономерности на обследованной территории отмечена высокая эффективность стрептомицина и тетрациклина, и низкая чувствительность стрептомицетов к налидиксовой кислоте. Природные лесные, как и антропогенно трансформированные экосистемы, обогащены штаммами стрептомицетов со множественной устойчивостью к антибиотикам. Практическое значение полученных результатов для экологии и мониторинга заключается в статистически доказанной возможности использования устойчивости почвенных стрептомицетов в качестве индикатора антропогенной нагрузки на почву.
1. Кунанбаева К.К., Байтурсинов Г.А., Лескен Д.С., Оразымбет Н.Ж., Баймуратова З.Р. Антибиотикорезистентность: глобальная угроза для здравоохранения // Биология и интегративная медицина. 2025. № 2 (74). С. 352–356.
2. Han F.X., Kingery W., Selim H. Accumulation, redistribution, transport and bioavailability of heavy metals in waste-amended soils // Trace Elements in Soil: Bioavailability, Fluxes and Transfer / Eds. I. Iskander, M. Kirkham. Boca Raton, FL: CRC, 2001. P. 141–168.
3. Baker-Austin C., Wright M.S., Stepanauskas R., McArthur J.V. Co-selection of antibiotic and metal resistance // Trends Microbiol. 2006. V. 14. No. 4. P. 176–182. doi: 10.1016/j.tim.2006.02.006
4. Burridge L., Weis J., Cabello F., Pizarro J., Bostick K. Chemical use in salmon aquaculture: a review of current practices and possible environmental effects // Aquaculture. 2010. V. 306. No. 1–4. P. 7–23. doi: 10.1016/j. aquaculture.2010.05.020
5. Sieler C., Berendonk T.U. Heavy metal driven coselection of antibiotic resistance in soil and water bodies impacted by agriculture and aquaculture // Front. Microbiol. 2012. V. 3. Article No. 399. doi:10.3389/fmicb.2012.00399
6. Chapman J.S. Disinfectant resistance mechanisms, cross-resistance, and co-resistance // International Biodeterioration & Biodegradation. 2003. V. 51. No. 4. P. 271–276. doi: 10.1016/S0964-8305(03)00044-1
7. Osman O., Tanguichi H., Ikeda K., Park P., TanabeHosoi S., Nagata S. Copper-resistant halophilic bacterium isolated from the polluted Maruit Lake, Egypt // J. Appl. Microbiol. 2010. V. 108. No. 4. P. 1459–1470. doi: 10.1111/j.1365-2672.2009.04574.x
8. Knapp C.W., McCluskey S.M., Singh B.K., Campbell C.D., Hudson G., Graham D.W. Antibiotic resistance gene abundances correlate with metal and geochemical conditions in archived Scottish soils // PloS One. 2011. V. 6 (11). P. e27300. doi: 10.1371/journal. pone.0027300
9. Shirokikh I.G., Gembitskaya E.A., Ashikhmina T.Y. Spread of antibiotic-resistant actinobacteria in soils exposed to various types of anthropogenic impact // Biol. Bull. Russ. Acad. Sci. 2024. V. 51. P. 3146–3153. doi: 10.1134/S1062359024700936
10. Wright G.D. Antibiotic resistance in the environment: a link to the clinic? // Curr. Opin. Microbiol. 2010. V. 13. No. 5. P. 589–594. doi: 10.1016/j.mib.2010.08.005
11. D’Costa V.M., King C.E., Kalan L., Morar M., Sung W.W.L., Schwarz C., Froese D., Zazula G., Calmels F., Debruyne R., Golding G.B., Poinar H.N., Wright G.D. Antibiotic resistance is ancient // Nature. 2011. V. 477. P. 457–461. doi: 10.1038/nature10388
12. Salyers A.A., Amábile-Cuevas C.F. Why are antibiotic resistance genes so resistant to elimination? // Antimicrob. Agents Chemother. 1997. V. 41. No. 11. P. 2321–2325. doi: 10.1128/AAC.41.11.2321
13. Aminov R.I. A brief history of the antibiotic era: lessons learned and challenges for the future // Front. Microbiol. 2010. V. 1. Article No. 134. doi: 10.3389/ fmicb.2010.00134
14. D’Costa V.M., McGrann K.M., Hughes D.W., Wright G.D. Sampling the antibiotic resistome // Science. 2006. V. 311. No. 5759. P. 374–377. doi: 10.1126/ science.1120800
15. Allen H.K., Donato J., Wang H.H., Cloud-Hansen K.A., Davies J., Handelsman J. Call of the wild: antibiotic resistance genes in natural environments // Nat. Rev. Microbiol. 2010. V. 8. No. 4. P. 251–259. doi: 10.1038/nrmicro2312
16. Добровольская Т.Г., Головченко А.В., Лысак Л.В., Зенова Г.М. Физикохимия и биология торфа. Методы оценки численности и разнообразия бактериальных и актиномицетных комплексов торфяных почв. Томск: Издательство ТГПУ, 2010. 99 с.
17. Bergeys Manual of Determinative Bacteriology / Eds. J.G. Holt, N.R. Krieg, P.H.A. Sneath, J.T. Staley, S.T. Williams. Philadelphia: Lippincott Williams & Wilkins, 1994. 800 p.
18. Шитиков В.К., Зинченко Т.Д. Многомерный статистический анализ экологических сообществ (обзор) // Теоретическая и прикладная экология. 2019. № 1. С. 5–11. doi: 10.25750/1995-4301-2019-1-005-011
19. Harrington P.B., Vieira N.E., Espinoza J., Nien J.K., Romero R., Yergey A.L. Analysis of variance-principal component analysis: A soft tool for proteomic discovery // Analytica Chimica Acta. 2005. V. 544. No. 1–2. P. 118–127. doi: 10.1016/j.aca.2005.02.042
20. Jansen J.J., Hoefsloot H.C.J., van der Greef J., Timmerman M.E., Westerhuis J.A., Smilde A.K. ASCA: Analysis of multivariate data obtained from an experimental design // J. Chemometrics. 2005. V. 19. Р. 469–481. doi: 10.1002/cem.952
21. Xu Y., Fowler S.J., Bayat A., Goodacre R. Chemometrics models for overcoming high between subject variability: applications in clinical metabolic profiling studies // Metabolomics. 2014. V. 10. P. 375–385. doi: 10.1007/s11306-013-0616-8
22. Гордеева Е.И., Филиппов П.Н., Турсунова Н.В., Салмин А.В. Варианты генов Mycobacterium tuberculosis, ассоциированные с лекарственной устойчивостью к фторхинолонам (обзор литературы) // Научные результаты биомедицинских исследований. 2024. Т. 10. № 3. С. 324–338. doi: 10.18413/2658-6533-2024-10-3-0-1
Сведения о финансировании:
Работа выполнена в рамках государственных заданий Федерального аграрного научного центра Северо-Востока имени Н.В. Рудницкого (№ FNWE-2025-0005) и Института биологии ФИЦ Коми НЦ УрО РАН (№ 125021402208-5).
Современный тренд на использование биологического сырья и разработку уникальных технологий, востребованных в сельском хозяйстве, экологии, материаловедении, медицине и фармацевтике привёл к стремительному развитию интереса к представителям особого царства живых организмов – грибам. Грибы являются одним из ключевых биологических ресурсов, которые можно использовать для разработки широкого спектра экологичных продуктов с многообещающими возможностями применения. В обзоре представлен анализ современных достижений в области хозяйственного использования ксилотрофных базидиальных грибов, которые представляют большой интерес ввиду своей способности разлагать лигноцеллюлозные материалы под действием уникальных ферментативных систем, и продуцировать широкий спектр метаболитов, обладающих антимикробными, противоопухолевыми, иммуностимулирующими, нейропротекторными и другими ценными свойствами. Грибы белой и бурой гнили игрют важную роль в переработке отходов и создании замкнутых производственных циклов, демонстрируя высокую активность в деградации сложных полимеров. Рассмотрены перспективные направления их применения в биоэкономике, включая сельское хозяйство, пищевую и фармацевтическую промышленность, материаловедение, производство биокомпозитных материалов на основе грибного мицелия. В сельском хозяйстве ксилотрофные грибы используются для создания биоудобрений, улучшающих структуру почвы и повышающих её плодородие; в пищевой промышленности – представляют ценный источник белка, витаминов и минералов. Для фармацевтической отрасли метаболиты базидиомицетов представляют интерес в связи с их антимикробной и противовирусной активностью, а также участием в регуляции работы иммунной системы. Композиты на основе мицелия и растительных отходов находят применение в упаковке, строительстве и дизайне мебели и интерьеров, снижая нагрузку на окружающую среду пластиком. Проанализированы экологические аспекты и экономические преимущества практического использования ксилотрофных грибов в различных секторах народного хозяйства, а также рассмотрены дальнейшие перспективы внедрения ксилотрофных базидиальных грибов в решение текущих проблем и устойчивого развития общества.
Генетические ресурсы сельскохозяйственных животных играют важную роль в обеспечении продовольственной безопасности нашей страны. Сохранность генетического фонда обеспечивается репродуктивными технологиями на основе криоконсервации биоматериала. Замораживание биологических образцов при температуре –80 оC (в промышленных морозильниках) или –196 оC (в резервуарах с жидким азотом) позволяет не только хранить материал, но и расширяет спектр практических и научных задач, решение которых ранее было невозможным. Для данных целей природоохранная селекция широко использует криобанки и новые инновационные консерванты, перспективным компонентом которых являются природные биополимеры. Известно, что полисахариды базидиальных грибов обладают высокой комплексообразующей способностью и это обусловливает их широкий диапазон биологического действия. Для технологии криоконсервирования ценным является способность функциональных групп полисахаридов к связыванию большого числа молекул свободной внеклеточной воды, что способствует замедлению метаболизма и подготовке репродуктивных клеток к воздействию низких температур. Возможным механизмом криозащитного эффекта у полисахаридов может быть также их антиоксидантное действие – способность прерывать цепную реакцию перекисного окисления липидов и блокировать повреждающее действие токсичными продуктами радикального процесса. В данном исследовании показано значение полисахаридов базидиальных грибов разного таксономического положения в технологии криоконсервирования сперматозоидов быков голштинской породы. Установлено, что через 28 суток хранения (срок наблюдения) сперматозоидов при –80 оС показатели их подвижности были значительно выше при условии нахождения в замораживаемой биологической среде полисахаридов Ganoderma applanatum (Pers.) Pat. / Hericium erinaceus (Bull.: Fr.) Pers. / Lentinula edodes (Berk.) Pegler. Кроме того, количество сперматозоидов без повреждения клеточной мембраны и ДНК было статистически выше при их замораживании в среде с полисахаридами из Hericium erinaceus или Lentinula edodes, что указывает на высокую перспективу применения данной группы веществ при разработке инновационных технологий длительного хранения
генетического материала.
Широко распространённый и обладающий обширным биотехнологическим потенциалом ксилотрофный базидиомицет Schizophyllum commune Fr. характеризуется значительной генетической вариабельностью, что актуализирует исследование различных штаммов этого гриба для решения комплекса экологических проблем, связанных, в числе прочих, с утилизацией пластиковых отходов. Использованный в работе штамм S. commune ЕО22 изолирован с гниющей древесины Acer negundo в подзоне южной тайги европейского Северо-Востока (58о35´ с. ш., 49о69´ в. д., окрестности г. Кирова) и поддерживается в мицелиальной культуре в лабораторных условиях. Видовая идентификация выполнена на основании морфологии и результата секвенирования нуклеотидной последовательности фрагмента ITS1–5.8S–ITS2. Описаны особенности роста и плодообразования грибной культуры ЕО22 на плотных средах. В эксперименте по культивированию мицелия S. commune ЕО22 совместно с полиэтиленовой плёнкой низкого давления (ПНД) – одного из самых распространённых (64% от общего объёма производства пластиков) загрязнителей окружающей среды, установлен деградативный потенциал штамма. Процесс биодеградации ПНД осуществлялся мицелием исключительно дикариотического типа и сопровождался формированием плодовых тел гриба, что представляет интерес в связи с развитием технологий получения пищевого белка в процессе утилизации пластиковых отходов.
В условиях постоянно растущего производства и потребления пластмасс недостаточное управление пластиковыми отходами и их ненадлежащая утилизация представляют значительную угрозу для окружающей среды, оказывает влияние на все формы жизни, природные экосистемы и экономику во всём мире. В условиях этой угрозы поиск
альтернативных экологически безопасных решений, таких как биодеградация вместо традиционной утилизации, имеет первостепенное значение. Знания о механизмах и эффективности биодеградации пластмасс на сегодняшний день сфокусированы, в основном, на таких группах микроорганизмов, как грамотрицательные бактерии и грибы
аскомицеты. Целью данного обзора является анализ имеющихся в литературе представлений о потенциальной возможности разложения наиболее распространённых пластиковых отходов (полиэтилена, полипропилена, поливинилхлорида, полиэтилентерефталата, полиуретана и др.) в результате биотических процессов, осуществляемых двумя группами организмов, которые в технологиях переработки и утилизации синтетических пластиков до сих пор не нашли практического применения – базидиальными грибами и актинобактериями. Обсуждается способность конкретных представителей этих таксономических групп разлагать различные синтетические полимеры. Рассмотрены уникальные стратегии базидиальных грибов, включающие мощную ферментативную систему, способность к адсорбции и производству природных биосурфактантов – гидрофобинов, которые позволяют грибам использовать пластики в качестве источника углерода и энергии. Охарактеризован возможный вклад в основном термофильных представителей актинобактерий родов Thermobifida, Thermoactinomyces, Thermomonospora, Saccharomonospora, Actinomadura, Microbispora и Streptomyces в улучшение утилизации пластиковых отходов с целью создания эффективной и устойчивой практики обращения с пластмассами.
Ключевые слова: загрязнение, пластиковые отходы, биодеградация, микроорганизмы, ферментативные системы
К числу ключевых проблем экологии относится снижение разнообразия видов животных и растений на планете. Одним из возможных способов противодействия данной негативной тенденции является разработка передовых репродуктивных технологий по использованию гамет для восстановления генетического разнообразия. Важная роль в этом процессе отводится криобанкам. Традиционным способом длительного хранения репродуктивных клеток является их криоконсервация при –196оС с применением хладоограждающих сред на основе синтезированных веществ (глицерин, диметилсульфоксид и др.). Однако цитотоксичность, нарушение фертильности и другие недостатки при использовании традиционных криопротекторов являются причиной поиска новых эффективных заменителей. Кроме того, актуальным является и расширение температурного диапазона хранения биоматериала, в частности, – с использованием условий электрических морозильников. Широкий спектр биологического действия полисахаридов базидиальных грибов позволил сделать предположение об эффективности их применения в составе среды для криоконсервирования клеток. В данной работе представлены результаты сравнительного исследования параметров спермы быков голштинской породы, подвергнутой замораживанию до –5оС и хранению при указанной температуре в течении 7 сут в среде сертифицированного GMP разбавителя для замораживания спермы быков и других жвачных животных AndroMed® (Minitübe, Германия) при дополнительном введении в его состав полисахаридов базидиальных грибов Hericium erinaceus BP16, Flammulina velutipes FARC D1 и Ganoderma applanatum GA. Значимым эффектом повышения качества репродуктивных клеток в используемой технологии криоконсервирования обладают полисахариды Hericium erinaceus BP16 и Ganoderma applanatum GA.
Сообщества миксомицетов являются неотъемлемым компонентом лесных биоценозов. На примере двух участков заповедника «Нургуш» впервые проведено сравнительное изучение состава и биоразнообразия миксомицетных комплексов. Установлено, что видовое разнообразие миксомицетов выше на участке «Нургуш», а межвидовые ассоциации этих организмов более разнообразны на участке «Тулашор». Важным компонентом, входящим в состав сообществ миксомицетов, являются низшие и высшие грибы. Микромицеты выступают как паразиты, а высшие грибы – как организмы, помогающие миксомицетам осваивать новые субстраты, в частности, разлагающуюся древесину. Неотъемлемым компонентом сообществ являются бактерии, которые для миксомицетов представляют собой не только трофический ресурс, но и способствуют их адаптации к окружающей среде. Среди бактерий, доминирующих в составе миксомицетных сообществ, выявляются виды, синтезирующие индол-3-уксусную кислоту (ИУК) – фитогормон ауксиновой природы, в связи с чем спорофоры миксомицетов могут являться потенциальными источниками биотехнологически ценных штаммов прокариот.
Впервые на территории г. Кирова обнаружен съедобный лекарственный гриб трутовик серно-жёлтый, характеризующийся более южным ареалом обитания. Проведено выделение чистой культуры трутовика серно-жёлтого с помощью фрагмента плодового тела, извлечённого из внутренней части базидиокарпа. Видовая идентификация гриба подтверждена молекулярно-генетическим методом, результаты депонированы в GenBank: ON130354.1. Проведён филогенетический анализ внесённых в GenBank видов рода Laetiporus, имеющих широкий ареал распространения. Исследована антибиотическая активность изолята. Установлено, что гриб ингибирует рост грамположительной бактерии Arthrobacter humicola 30H и грамотрицательных видов Pedobacter agri 85Td, Pseudomonas cepacia 5809, Erwinia rhapontici ДАГ1-1. Проведено культивирование штамма на жидких питательных средах из растительных отходов, выявлено накопление сухой биомассы мицелия до 1,64 г/л.
Ключевые слова: базидиомицеты, трутовик серно-желтый, погруженное культивирование, антибиотики, изменение климата
Актуальность сохранения генетических ресурсов животного и растительного мира обусловливает необходимость поиска биологически активных веществ для консервации репродуктивных клеток. В условиях гипотермического хранения осмотичность вне-клеточной среды, стабилизацию мембран и структуру цитоскелета клеток могут обеспечивать различные сахара. Ксилотрофный базидиальный гриб Hericium erinaceus (Bull.: Fr.) Pers. представляет собой источник полисахаридов с высокой биологической активностью. В составе углеводных цепей полисахаридной фракции (ПФ) H. erinaceus BP 16 идентифицированы остатки галактозы, глюкозы, арабинозы, маннозы, фукозы, рамнозы, ксилозы (в порядке снижения % содержания). Изучено влияние ПФ разных концентраций на процессы замерзания воды в водном растворе глицерина, а также на показатели жизнеспособности сперматозоидов быков голштинской породы в условиях гипотермического (+4°С) хранения: на интенсивность процессов перекисного окисления липидов (ПОЛ) и антиоксидантную активность, на способность гамет к прогрессивному движению, на устойчивость сперматозоидов к гипоосмотическому стрессу. В связи с поиском новых эффективных компонентов для консервирующих растворов полученные в работе данные свидетельствуют о перспективе применения ПФ H. erinaceus в качестве компонента для замедления скорости кристаллизации льда в клеточных суспензиях при их замораживании и антиоксидантного регулятора функциональной полноценности гамет при охлаждении.
Федеральный аграрный научный центр Северо-Востока имени Н.В. Рудницкого
В обзоре представлена актуальная информация относительно особенностей биологии грибов-возбудителей септориоза (Zymoseptoria tritici и Parastaganospora nodurum), таксономического положения данных видов, симптомов септориоза листьев и колоса, распространения и вредоносности указанных патогенов в нашей стране. Значительное внимание уделено генетическому контролю устойчивости пшеницы к Z. tritici и P. nodurum, суммированы данные относительно качественной и количественной устойчивости, ценных генотипах пшеницы и походах к внедрению накопленных данных в селекцию пшеницы для получения устойчивых сортов.
Ксилотрофный гриб Hericium erinaceus (Bull.: Fr.) Pers. – ежовик гребенчатый – известен как источник полисахаридов, обладающих широким спектром биологического действия. Из отобранного в природе плодового тела гриба, фенотипически сходного с Hericium erinaceus, выделена мицелиальная культура БП 16. На основе анализа фрагмента, включающего ITS1, ген 5.8S рРНК и ITS2, установлено тесное (99,68%) сходство штамма БП 16 с депонированным в NCBI штаммом H. erinaceus CBS 202.31_MH855186.1. При лабораторном культивировании H. erinaceus БП 16 отличался повышенной способностью к плодообразованию. Из замороженных и высушенных плодовых тел гриба экстракцией 5% раствором горячей щёлочи получены четыре полисахаридных фракции (ПФ). В зависимости от способа предобработки плодовых тел (высушивание или замораживание) и агрегатного состояния (осадок и супернатант) ПФ различались сочетанием и количественным соотношением в их составе отдельных моносахаров (глюкозы, галактозы, ксилозы, арабинозы, маннозы, фукозы и рамнозы), содержанием белка и галактуроновой кислоты. С помощью метода световой микроскопии установлено, что наличие в клеточной среде каждой из четырёх использованных в работе ПФ H. erinaceus БП 16 в концентрации 1,2% достоверно (p < 0,05) и в равной степени повышает способность нейтрофилов фагоцитировать частицы латекса, а фракция № 3, наиболее обогащённая ксилозой, оказывает подобный эффект и в концентрации 0,6%. Низкая токсичность, высокая биологическая совместимость и физиологическая активность полисахаридов H. erinaceus имеют неоспоримые преимущества перед другими классами химических веществ.
Исследованы микробиологические показатели и характер трансформации гумусовых веществ дерново-
подзолистой почвы по окончании пяти ротаций восьмипольного севооборота в длительном стационарном полевом
опыте (1978–2017 гг.). Определена направленность микробиологических процессов, обусловленная воздействием
длительного внесения минеральных удобрений в возрастающих дозах – от (NPK)30 до (NPK)150 кг д.в./га.
Проведено сравнение пахотной почвы с её целинными аналогами под непосредственно примыкающими к опытному
полю смешанным лесом и естественным злаково-разнотравным лугом, а также с почвой под сеяным травостоем
козлятника восточного (Galegae orientalis L.). Установлено, что различное использование дерново-подзолистой почвы
привело к изменению направленности почвенных микробных процессов. Распахивание почвы снизило содержание
общего гумуса и увеличило количество и разнообразие актиномицетов, принимающих участие в минерализации
полуразложившихся растительных остатков – детрита. В вариантах с внесением минеральных удобрений под
зерновые культуры севооборота в дозах (NPK) 90─–150 кг д.в./га наблюдали сохранение исходного содержания гумуса
и снижение индексов педотрофности по сравнению с целинными аналогами и пахотной почвой без удобрений или
получавшей удобрения в низких дозах. При длительном возделывании многолетней бобовой культуры козлятника
восточного без внесения удобрений в почве создаются благоприятные условия для формирования микробного ценоза,
по количественным и качественным показателям близкого к микробоценозу целинной почвы, стабилизируется её
гумусное состояние.
Ключевые слова: эколого-трофические группы, микроорганизмы, севооборот, целина, Galegae orientalis L., минеральные удобрения, гумус