Публичная лекция Алла Брянская. Вопросы к теме: • Что такое «новое» в мире микробов ? • Где искать? • Как находить? • …..?


Чтобы посмотреть этот PDF файл с форматированием и разметкой, скачайте его и откройте на своем компьютере.
Публичная

лекция

Алла

Брянская

Мир микробов:

новое или не известное?



Что такое ©новоеª в мире микробов ?



Где искать?



Как находить?



…..?


Вопросы к теме:

Таксономия прокариот

Многообразие микроорганизмов

©Новоеª в СМИ

©Новоеª в научной литературе

Микроорганизмы внутри нас

Полезные микроорганизмы

Микроорганизмы в природе




Темы:

©Микроорганизмы составляют более 95%
разнообразия на планетеª

Из 1

000

000
видов
микроорганизмов
(известно только
0,4%)

!!!





50
-
90% от всей
биомассы
биоты

Acidobacteria

Actinobacteria

Aquificae


Caldiserica

Chlamydiae

Chlorobi

Chloroflexi


Cyanobacteria

Deferribacteres

Deinococcus
-
Thermus

Dictyoglomi

Elusimicrobia

Fibrobacteres

Firmicutes

Fusobacteria


Lentisphaerae

Nitrospirae


Proteobacteria



Tenericutes

Thermodesulfobacteria

Thermotogae

Verrucomicrobia

+ Кандидатные типы

Систематика на основе 16S рРНК

Ренессанс

микробиологии

Разработка и применение новых технологий


Развитие молекулярной биологии и генной инженерии


Развитие
геномики


Успешное взаимодействие микробиологии с другими науками:
биофизика (визуализация основных субклеточных структур и
процессов),
биоинформатика

(предсказание свойств микроорганизмов,
поиск и нахождение микроорганизмов с определенными свойствами) и
др.


Новые подходы к
секвенированию
, в сочетании с улучшенными
аналитическими и вычислительными средствами (быстрая
идентификация).


Высокоточное моделирование микробных сред обитания в микро
-
масштабе и др.

Live from under the lens: exploring microbial motility with dynamic imaging and
microfluidics

Kwangmin Son, Douglas R. Brumley & Roman Stocker

December 2015

Vol

13

No

12

Twenty years of bacterial genome sequencing

Nicholas J. Loman & Mark J. Pallen

September 2015

Vol

13

No

9


Athanasios Typas & Victor Sourjik

June 2015

Vol

13

No

6

Advances in molecular genetic systems in malaria

Tania F. de Koning
-
Ward, Paul R. Gilson & Brendan S. Crabb

March 2015

Vol

13

No

3

Rising to the challenge: accelerated pace of discovery transforms marine virology

Jennifer R. Brum & Matthew B. Sullivan

August 2014

Vol

12

No

8

Adding new dimensions: towards an integrative understanding of HIV
-
1 spread

Oliver T. Fackler, Thomas T. Murooka, Andrea Imle & Thorsten R. Mempel

January 2014

Vol

12

No

1

Exploring bacterial cell biology with single
-
molecule tracking and super
-
resolution
imaging

Andreas Gahlmann & W. E. Moerner

July 2013

Vol

11

No

7

Transposon insertion sequencing: a new tool for systems
-
level analysis of
microorganisms

Tim van Opijnen & Andrew Camilli

May 2013

Vol

11

No

5

Bacterial replication, transcription and translation: mechanistic insights from single
-
molecule biochemical studies

Andrew Robinson & Antoine M. van Oijen

Going local: technologies for exploring bacterial microenvironments

Aimee K. Wessel1, Laura Hmelo, Matthew R. Parsek & Marvin Whiteley


New technologies: methods and applications

Nicholas J. Loman
,
Mark J. Pallen

Nature Reviews
Microbiology

(2015)


Science

28 July 1995:

Vol. 269

no. 5223

pp. 496
-
512

DOI:

10.1126/science.7542800

Whole
-
genome random sequencing and assembly of Haemophilus influenzae Rd

RD Fleischmann
,

MD Adams
,

O White
,

RA Clayton
,

EF Kirkness
,

AR Kerlavage
,

CJ Bult
,

JF Tomb
,

BA
Dougherty
,
JM Merrick
,



Twenty years of bacterial genome sequencing


Полногеномное шотган
секвенирование


Высокопроизводительное
секвенирование


Мономолекулярное
секвенирование

Sequencing and beyond: integrating molecular 'omics' for microbial
community profiling

Eric A. Franzosa
,
Tiffany Hsu
,
Alexandra Sirota
-
Madi
,
Afrah Shafquat
,
Galeb
Abu
-
Ali
,
Xochitl C. Morgan
,
Curtis Huttenhower

Nature Reviews Microbiology
(2015)

Омиксные технологии для анализа микробных
сообществ и их функциональной активности



Транскриптомика


Протеомика


Метаболомика

Что такое ©новыеª микроорганизмы?





Не обнаружены ранее



Возникли в результате природных или
человеческих манипуляций




Обнаружены новые свойства



Предсказаны

Новые бактерии, которые едят пластик слишком быстро

Новости от d3.ru

23 ноября 2014


Невидимая угроза: плотоядные бактерии заживо пожирают
людей

Вести ФМ

15 июля 2015

Антарктика: российские ученые нашли
неизвестные бактерии

BBC

Русская служба 8 марта 2013

Ученые: в наших домах выявлены новые виды опасных бактерий

Most.tv
31 марта 2015

Медики начнут подселять пациентам новые бактерии

Деловая столица 24 апреля 2015

Обнаружены 120
-
тысячелетние бактерии

membrana
, 5 июня 2008

©Группа ученых из США, проводивших исследование в обычных жилых
строениях, обнаружила неизвестные ранее виды, которые опасны для
человеческого организма и представляют серьезную угрозу.

В наблюдаемых домах были найдены около восьми тысяч бактерий,
являющихся новыми, а также грибы…ª.

Новые разновидности
микроорганизмов в жилых домах

Микробиота



самый большой по весу и по
количеству клеток орган человека


©В конце 2007 года был организован международный консорциум ©Микробиом
человекаª, крупнейшими программами которого стали ©Human Microbiome
Projectª, реализуемый в США, и европейский проект ©MetaHITª.

1680 2015

Микрофлора ЖКТ


облигатная

-

90% от общего числа
микроорганизмов (
бифидобактерии

и
бактероиды),


Факультативная
-

10% от общего
числа микроорганизмов
-

сапрофитная
и условно
-
патогенная микрофлора
(
лактобактерии
,
эшерихии
,
энтерококки),


остаточная

-

менее 1% от общего
числа микроорганизмов
-

в том числе
случайные микроорганизмы
(
цитробактер
,
энтеробактер
, протеи,
дрожжи,
клостридии
, стафилококки,
аэробные бациллы и др.).

Влияние микрофлоры на здоровье
человека:


-
Атеросклероз

-
Ожирение

-
Диабет

-
Синдром раздраженного кишечника

-
Неспецифические воспалительные
заболевания кишечника

-
Целиакия

-
Колоректальный

рак

-
Шизофрения

-
Ухудшение памяти

-
Гастрит

-
Язвенная болезнь и др.



Разнообразие человеческих микробиомов

C Huttenhower
Nature
486
,
207
-
214

(2012) doi:10.1038/nature
11234

Факты:


Общее количество видов
микроорганизмов
-

около 1500
видов



70% микроорганизмов ранее не
были идентифицированы



80% новых таксонов относятся к
некультивируемым



Большинство новых
микроорганизмов являются
представителями
Firmicutes

и
Bactero
ides



ЖКТ, 1 индивид
-

17 семейств
бактерий, 50 родов, 400
-
500 видов








©Этажностьª


Actinobacteria

(
Bifidobacterium
)


Firmicutes

(
Streptococcus,
Lactobacillus, Clostriduim
)


Proteobacteria

(
Helicobacter,
Escherichia
)



(
Bacteroides
)


Cyanobacteria


Fusobacteria

(
Fusobacterium)


Front Microbiol. 2011; 2: 93. Published online 2011
May 30.

doi:

10.3389/fmicb.2011.00093

PMCID:

PMC3129010

Environmental and Gut

: The Food
Connection
François Thomas
,

Jan
-
Hendrik
Hehemann
,

,

Mirjam Czjzek
,

Gurvan
Michel

Доминанты среди
Bacteroidetes
:


Prevotella

(Bacteroidetes)


углеводы, простые
сахара


деревенское население



Bacteroides


(Bacteroidetes)
-

животные белки,
аминокислоты, насыщенные жиры



западный тип
питания


Ruminococcus

(Firmicutes)
-

крахмал



©Мы


это то, что мы едим…ª

Датские

ученые

установили,

что

у

стройных

людей

в

кишечнике

значительно

больше

бактерий

семейства

Christensenelaceae,

чем

у

тех,

кто

страдает

избыточным

весом
.

Поскольку

микроорганизмы

принимают

активное

участие

в

нашем

обмене

веществ,

исследователи

предположили,

что

данный

тип

бактерий

является

одним

из

факторов,

отвечающих

за

хорошую

фигуру
.

В

США

уже

прошел

клинические

испытания

и

применяется

на

практике

не

очень

эстетичный,

но

весьма

действенный

метод
.

Людям

с

излишним

весом

пересаживают

содержимое

кишечника

от

стройных

доноров
.

Часть

бактерий

приживается,

часть

гибнет,

процедуры

нужно

повторять
.

Но

эффект

заметный
.

Кроме

того,

эта

технология

позволяет

лечить

тяжелые

и

опасные

заболевания
:

колиты

и

болезнь

Крона
.


Заманить микробов, чтобы похудеть и
выздороветь

Медики начнут подселять
пациентам новые бактерии

Перепрограммированные

кишечные

микробы,

введенные

в

организм

человека,

оказались

действенным

средством

для

снижения

веса
:

они

эффективно

подавляют

голод

и

оказывают

положительное

влияние

на

общее

состояние

здоровья

человека
.

Попав

в

кишечник,

микроорганизмы

синтезируют

особые

молекулы

N
-
ацил
-
фосфа
тидил
этаноламинов

(NAPEs)
.

В

естественных

условиях

они

образуются

в

тонком

кишечнике

после

еды,

чтобы

затем

превратиться

в

молекулы

N
-
ацил
-
этаноламинов

(NAEs)

-

сильнодействующие

органические

соединения,

подавляющие

аппетит
.

У

подопытных

животных

с

повышенным

NAPEs

улучшились

метаболизм

глюкозы

и

работа

печени,

вес

снизился

на

15
%
.

90% серотонина вырабатывается энтерохромафинными клетками под влиянием бактерий


Indigenous Bacteria from the Gut Microbiota
Regulate Host Serotonin Biosynthesis

Jessica

M. Yano
,
Kristie Yu,

Gregory

P.
Donaldson,

Gauri

G. Shastri,

Phoebe Ann,

Liang
Ma,

Cathryn

R. Nagler, Rustem

F. Ismagilov,

Sarkis

K.
Mazmanian,

Elaine

Y. Hsiao

Cell, Volume 161, Issue 2
, p264

276, 9 April 2015

Ученые: бактерии в кишечнике
манипулируют поведением человека

МИКРОФЛОРА ЖКТ:



защищает организм от токсинов, мутагенов,

канцерогенов, свободных радикалов;


является
биосорбентом
, аккумулирующим

множество токсических продуктов: фенолы, металлы,

яды, ксенобиотики и т.д.;


подавляет гнилостные, патогенные и условно

патогенные бактерии, возбудителей кишечных инфекций;


ингибирует (подавляет) активность ферментов,

вовлекаемых в образование опухолей;


укрепляет иммунную систему организма;


синтезирует
антибиотикоподобные

вещества;


синтезирует витамины и незаменимые аминокислоты;


играет огромную роль в процессе пищеварения, а также в обменных
процессах, способствует всасыванию витамина Д, железа и кальция;


является главным переработчиком пищи;


восстанавливает моторную и пищеварительную функции желудочно
-
кишечного тракта, предотвращает метеоризм, нормализирует перистальтику;


нормализует психическое состояние,

регулирует сон, циркадные ритмы,
аппетит, настроение;


обеспечивает клетки организма энергией.


Teixobactin

Убойный антибиотик

Eleftheria terrae

(Proteobacteria)

A new antibiotic kills pathogens without detectable
resistance

Losee L. Ling



Nature


517
,


455

459


(22
January 2015)


doi:10.1038/nature14098


Неуязвимые для любых
антибиотиков бактерии начали
распространяться по

планете

Liu, Yi
-
-
mediated
colistin resistance mechanism MCR
-
1 in animals
and human beings in China: a microbiological and
molecular biological study."

The Lancet Infectious
Diseases

(2015).

Colistin

Xuesong He, Jeffrey S. McLean, Anna Edlund, Shibu Yooseph, Adam P. Hall, Su
-
Yang Liu, Pieter C. Dorrestein, Eduardo Esquenazi, Ryan C. Hunter, Genhong
Cheng, Karen E. Nelson, Renate Lux, Wenyuan Shi.

Cultivation of a human
-
associated TM7 phylotype reveals a

reduced genome and epibiotic parasitic
lifestyle

//
PNAS
. 2014.
Early edition. Doi:

10.1073/pnas.1419038112.

Actinomyces odontolyticus
(рост,
размножение)

С
andidate
phylum
TM7


Загадочный микроб соглашается
расти только в

компании

TM7

(снижение иммунитета
человека)


Gittel A

tundra. ISME J 2014, 8:841

853.


Scott NM
The microbial nitrogen cycling potential is impacted by polyaromatic
hydrocarbon pollution of marine sediments. Front Microbiol 2014, 5.


Mason

Deepwater Horizon oil spill. ISME J 2014.


Gibbons SM,

Human and Environmental Impacts on River Sediment Microbial
Communities. PLoS ONE 9(5): e97435. doi:10.1371/journal.pone.0097435


Winston ME,
Understanding Cultivar
-
the

Cannabis

Microbiome. PLoS ONE 9(6): e99641. doi:10.1371/journal.pone.0099641

Антарктика: российские ученые нашли неизвестные бактерии


озеро Восток находилось в изоляции от земной

8 марта 2013

©Российские ученые сообщают, что обнаружили в воде
из антарктического озера Восток неизвестный науке
класс бактерий.

Исследователи сейчас изучают образцы воды, взятые из
крупнейшего в Антарктике озера, которое скрыто под толщей
льда. В прошлом году команда исследователей пробурила во
льду озера скважину глубиной 4 км, чтобы взять пробы воды,
в которых и были обнаружены новые бактерииª

9 окт

2013


РИА Новости

©Российские ученые пока не

обнаружили следов микроорганизмов
-
"аборигенов" в

новых
образцах воды из

антарктического озера Восток
.

С
пециалисты видят только посторонние микробы, но

впереди еще месяцы работы, и

они могут
принести открытие, сказал РИА Новости сотрудник лаборатории генетики эукариот Петербургского
института ядерной физики (ПИЯФ) Сергей Булатª



Wolfe
-
Simon,
Felisa
; Blum, Jodi Switzer;
Kulp
, Thomas R.; Gordon, Gwyneth W.;
Hoeft
, Shelley E.;
Pett
-
Ridge, Jennifer;
Stolz
December 2010).

"A bacterium that can
grow by using arsenic instead of
phosphorus"
.

Science

332

(6034): 1163

1166.
doi
:
10.1126/science.1197258
.

PMID

21127214
. Retrieved

9 June

2011.

Arsenic
-
Life Discovery Debunked

But
"Alien" Organism Still Odd

An organism that appeared to have
rewritten the laws of life has been brought
down to Earth by two new studies.

By

,

for

National
Geographic News


PUBLISHED

JULY 10, 2012

GFAJ

Редкие новые микробы были
обнаружены в двух разных стерильных
камерах

Tersicoccus phoenicis
(
Actinobacteria
)

Description of

Tersicoccus phoenicis

gen. nov., sp. nov. isolated from spacecraft assembly
clean room environments

Parag Vaishampayan
,

Christine Moissl
-
Eichinger
,

Rüdiger Pukall
,

,

Cathrin
Spröer
,

Angela Augustus
,

Anne Hayden Roberts
,

Greg Namba
,

Jessica Cisneros
,

Tina
Salmassi
,

Kasthuri Venkateswaran


Int J Syst Evol Microbiol
, July 2013 63: 2463
-
2471,

doi:

10.1099/ijs.0.047134
-
0



Zaikab GD.
Marine microbes digest
plastic Published online

28 March
2011


Nature

doi:10.1038/news.2011.191

RELATED ARTICLES



Life In The ‘
Plastisphere
’: Microbial
Communities On Plastic Marine
Debris


Ocean Plastics Soak Up Pollutants


Group Asks EPA To Curb Ocean
Pollution


Polymers May Chemically Degrade
In The Ocean

Ученые: Бактерии едят пластик

Ученые: Бактерии едят пластик
слишком быстро

Новооткрытый микроб заполняет брешь
между прокариотами и эукариотами

Anja Spang, Jimmy

H. Saw, Steffen

L. Jørgensen,
Katarzyna Zaremba
-
Niedzwiedzka, Joran Martijn,
Anders

E. Lind, Roel van

Eijk, Christa Schleper, Lionel
Guy & Thijs

J.


Complex archaea that bridge

//

Nature
.
Published online 06

May 2015.

DSAG

(Deep
-
Sea Archaeal Group)




(1999)

©
Loki's Castle
ª

до 10% всех прокариот
,

до 70% всех архей


Метагеномный анализ,

компьютерная обработка

данных,

сборка генома

Lokiarchaeum


Egibacter

rhizosphaerae

gen
.

nov
.,
sp
.

nov
.,
an

obligately

halophilic
,
facultatively

alkaliphilic

actinobacterium

and

proposal

of

Egibac
t
eraceae

fam
.

nov
.
and

Egibacterales

ord
.

nov
.

Xiao
-
Yang

Zhi
,
Yuan
-
Ming

Zhang
,
Hong
-
Fei

Wang
,
Yong
-
Guang

Zhang
,
Yan
-
Qing

Duan
,
Xing
-
Kui

Zhou
,
Wen
-
Jun

Li
,
Ling
-
Ling

Yang
,
Min

Xiao

Int

J
Syst

Evol

Microbiol
, 26
October
, 2015

doi
:

10.1099/ijsem.0.000713


Streptobacillus

notomytis

sp.

nov.

isolated from an Australian spinifex
hopping mouse (
Notomys

alexis
)
THOMAS, 1922 and emended description
of
Streptobacillus

Levaditi


2015

emend.

Spinactinospora

alkalitolerans

gen
.

nov
.,
sp
.

nov
.,
an

actinomycete

isolated

from

marine

sediment

Wenzheng

Liu
,
Xianbo

Chang
,
Xiao
-
Hua

Zhang

Int

J
Syst

Evol

Microbiol
,
December

2011
61: 2805
-
2810,

doi
:

10.1099/ijs.0.027383
-
0

Geobacillus

icigianus

sp. nov.
-

новая термофильная
бактерия из горячего источника Камчатки

Внешний

вид

термальных


паро
-
газовых

выходов
.


Микрофотография

клеток

штамма
.


Масштабный

отрезок

равен

10

мкм

Филогенетическое дерево,

построенное

на основании последовательностей

гена
spo
0
A

рРНК методом
ME
.

Цифры возле ветвей обозначают

Бустрепную поддержку

алгоритма
ME
.

Bryanskaya, A. V., Rozanov, A. S., Slynko, N. M.,
Shekhovtsov, S. V., & Peltek, S. E. (2015).
Geobacillus icigianus sp. nov., a thermophilic
bacterium isolated from a hot spring.

International
journal of systematic and evolutionary
microbiology
,

65
(Pt 3), 864
-
869.

©… разнообразие микробов состоит в огромном разнообразии
внутриклеточных процессов, за счет которых они живутª.

Анаэробное окисление СО:

СО + Н
2
О = СО
2

+ Н
2



Гидрогеногенная

карбоксидотрофия

Bacteria, Firmicutes

Thermolithobacteria

class
.

nov.

Thermolithobacteriales fam. nov

Thermolithobacter gen. nov

Carboxydothermus gen. nov

Thermincola gen. nov

Carboxydocella gen. nov

Thermosinus gen. nov

Карбоксидотрофы


фенотипически и
филогенетически очень
разнообразная группа.

2008
г.


Archaea


©
Thermophilum carboxydotrophus
ª

sp. nov


Что такое ©новоеª в мире микробов ?



Где искать?



Как находить?



…..?



Приложенные файлы

  • pdf 3232906
    Размер файла: 2 MB Загрузок: 0

Добавить комментарий