Лаборатория цитологии микроорганизмов

Заведующий лаборатории - к. б. н., с. н. с. Н. Е. Сузина


Лаборатория цитологии микроорганизмов – преемник Лаборатории анатомии и биофизики микроорганизмов», созданной  в конце 60-х по инициативе академика Г.К. Скрябина (заведующий – д.м.н., проф. Б.А. Фихте). В 1990 г. была преобразована в ВНТК «Цитология и биохимия мембранных структур», (руководитель – д.б.н. А.Б. Циоменко), функционировавшего до 1993 г. В 1993 г. ВНТК была преобразована в лабораторию Структурно-функциональной адаптации микроорганизмов (СФАМ), заведующий – д.б.н., проф. В.И. Дуда. В 2009 г. СФАМ была переименована в лабораторию Цитологии микроорганизмов. С декабря 2019 г. руководителем лаборатории является к.б.н. Сузина Наталья Егоровна.

Направления исследований

Исследование структурно-функциональной организации клеток микроорганизмов на клеточном, субклеточном и молекулярном уровнях

Разнообразие ультраструктурной организации клеток бактерий различных филогенетических групп; ультраструктурная организация новых форм микроорганизмов, в особенности сверхмелких свободноживущих прокариот (ультрамикробактерий); надмолекулярная организация новых клеточных ультраструктур и их функции; структурные основы межмикробного паразитизма (хищничества); покоящиеся (цистоподобные) клетки неспорообразующих бактерий, тонкая организация микроорганизмов in situ в экстремальных биотопах; полиспорогенез и трансверсия полярности в микробной клетке.

Основные достижения

  • Обнаружены и охарактеризованы новые клеточные, надклеточные и поверхностные структуры и придатки бактериальных клеток

Экстрацеллюлярные газовые баллоны, гемосомы участвуют во флоккуляции клеток, повышении их плавучести и транспортировки в водных средах, способствуют лучшей аэрации клеток в их скоплениях – биопленках, гранулах, колониях. У некоторых бактерий с ними структурно связаны гемосомы – гранулярные тельца, содержащие флавогемоглобин. У некоторых псевдомонад обнаружены и охарактеризованы особые надклеточные делящиеся структуры в виде «камер-мешочков», выполняющих протекторную функцию, защищая содержащиеся в них клетки от радиации и пересыхания. Обнаружены и охарактеризованы трубчатые и чашевидные поверхностные придатки у метанотрофных бактерий, предложена трёхмерная модель надмолекулярной организации этих ультраструктур.

  • Обнаружен новый тип организации цитоплазматических мембран – плоские ламеллярные интрамембранные липидные структуры (ЛИМС), организованные по типу «мембрана в мембране»

Описание интрамембранных инвертированных мембран изменяет представление об однородной бислойной организации липидов в биологической мембране. Полученные данные позволяют сделать предварительный вывод о полифункциональности ЛИМС, их участии, в частности, в перестройках клеток, вызванных воздействием стрессовых факторов.

  • Впервые описаны особенности ультраструктурной организации in situ нативных клеток микроорганизмов.

На ультраструктурном уровне описано строение клеток in situ  в грунтах вечной мерзлоты (возрастом ~ 3 млн. лет), изолированных методом низкотемпературного фракционирования. Показано, что клетки бактерий в экстремальных условиях находятся внутри органо-минеральных капсул и имеют выраженные признаки анабиоза. Исследована ультраструктура древних ископаемых микроорганизмов (микрофоссилий) в керитах Волыни (возрастом 1,8 млн. лет).

  • Установлено, что неспорообразующие бактерии способны образовывать особые структурно дифференцированные покоящиеся анабиотические формы, названные цистоподобными клетками.

Получены в лабораторных условиях и подробно охарактеризованы цистоподобные покоящиеся клеточные формы грамположительных и грамотрицательных неспорообразующих бактерий, представителей рр. Micrococcus, Arthrobacter, Pseudomonas и др. Установлены цитологические признаки и критерии перехода клетки в состояние покоя.

  • Установлены широкое распространение и большая роль в природе новой группы микроорганизмов – ультрамикробактерий (УМБ) - сверхмелких свободноживущих микроорганизмов с уникальной морфологией, обитающих в различных биотопах.

Фенотипические и генотипические исследования УМБ позволили заключить, что известные в настоящее время УМБ произошли путём редуктивной эволюции, а также сформулировать концепцию (ФОРМУЛУ для ультрамикробактерий). Формула чётко определяет место УМБ в системе живых существ и их облигатные характеристики: 1) УМБ являются видами прокариот, принадлежащими к  домену Bacteria, 2) клетки характеризуются экстремально малыми размерами (объём ≤ 0.1 μm3) независимо от условий роста и цикла развития, 3) им свойственна малая величина генома (преимущественно от 3.2 до 0.58 Mb), 4) свойственна облигатная способность к саморепродукции. Открыто свойство паразитизма УМБ на других видах бактерий, что свидетельствует об их большой роли в регуляции состава микробных сообществ.

 

Ультрамикробактерии в микробной фракции, сепарированной из светло-каштановой почвы. Диаметр наиболее мелких клеток около 0,2 мкм. Зеленые клетки – живые, мертвые – красные. Вид в люминесцентном микроскопе после окраски препарата реактивом Live/Dead. Длина масштабной линейки - 10 мкм.

  • Установлено, что некоторые виды свободноживущих УМБ приобрели в процессе эволюции новые уникальные структуры.

Например, ловчие сети, молекулярные полисахаридные канаты и прикрепительные протрузии – простеки. Полисахаридные тяжи функционируют по существу как молекулярные канаты, подтягивающие клетку паразита к клетке жертвы, а липкие узелки служат якорями, прикрепляющими «канаты» к поверхности жертвы. Уникальная особенность механизма состоит в том, что для сближения клеток используются силы броуновского движения. Они обусловливают последовательное прикрепление звеньев якорей к поверхности жертв, что снимает потребности в энергетических затратах на улавливание жертв и стягивание клеток хищников и жертв.

 

Срез клеток паразитической УМБ – Chryseobacterium solincola, шт. NF4, адсорбированных на клетках Bacillus subtilis. Видно прикрепление клеток шт. NF4 к S-слою оболочки B. subtilis. Обозначения: УМБ – клетки штамма NF4; НM – наружная мембрана; К – капсулярные полисахаридные тяжи; Пп - пеpиплазма; ЦМ - цитоплазматическая мембрана, S – S-слой оболочки B. subtilis (BS). Длина масштабной линейки: 0.3 мкм.

Схематическое изображение когезии клеток паразитических УМБ с их жертвами. 1 – начальная стадия: захват клетки-жертвы полисахаридными нитями паразитов; 2 – вторая стадия, сближение и стягивание взаимодействующих клеток под влиянием сил Броуновского движения и постепенного прилипания новых гранул к поверхности оболочки; 3 – третья стадия – плотное сцепление клеток. Обозначения: УМБ – клетка паразита; Ж – клетка-жертва; ПН – полисахаридные нити (тяжи); Г – липкие гранулы на нитях; S – S-слой; П – протрузии.

  • Из природных биотопов выделены около 40 представителей новых форм УМБ.

Новые изоляты принадлежат к различным филогенетическим группам (Alphaproteobacteria, Bacteroidetes, Actinobacteria) и родам (Kaistia, Chryseobacterium, Microbacterium, Leucobacter, Leifsonia и Agrococcus) домена Bacteria и являются свободноживущими мезофилъными гетеротрофными аэробными бактериями. По тонкому строению оболочек новые формы УМБ подразделяются на грамотрицательные и грамположительные. Характерен небольшой размер генома (2,4-1,7 Mb). Проведена инвентаризация набора клеточных структур (на уровне органелл и органоидов) у 15 модельных штаммов различных видов свободноживущих УМБ. Установлена связь минимизации размеров клеток с редукцией у УМБ включений и вторичных клеточных структур. Разработаны способы получения герметизованных магнитотактных наноконтейнеров на основе бактериальных наноклеток для адресной доставки лекарственных средств в определённые локусы органов и тканей животных.

  • Показано, что поверхность кожных покровов ряда земноводных является специфическим местообитанием некоторых видов УМБ.

Выделение и описание УМБ – эпибионтов кожных покровов макроорганизмов расширяет сведения о разнообразии экониш и структурно-функциональных свойствах клеток УМБ,

позволяет заключить, что на поверхности кожи земноводных организмов они могут являться своеобразным защитным бактериальным фильтром.

  • Исследована природа внутриклеточного полиспорогенеза бактерий.

Установлено, что множественные нуклеоиды (многоядерность) и многополярность (трансверсия полярности) клеток являются необходимыми условиями детерминации внутриклеточного полиспорогенеза.


Международная премия Моррисона Рогозы (Сузина Н.Е.); 4 премии (МАИК/ИНТЕРПЕРИОДИКА, МАИК «Наука», редакция журнала «Микробиология») за лучшие статьи разных лет; диплом и золотая медаль международного салона «Изобретения и инновации 2021» (Франция), Благодарственное письмо Министерства образования и науки РФ  2017 г. (Абашина Т.Н.).

 

Опубликовано 300 статей,  5 монографий, 4 главы в книгах, 1 учебное пособие. Защищено 7 кандидатских диссертаций; получен 1 патент; выполнено 23 проекта по грантам международных и российских фондов, Президиума РАН и соглашениям Минобрнауки.

 



142290 Московская область, г.Пущино, пр-т Науки, д.5, Тел.: +7(4967)733962,  adm@ibpm.ru, www.ibpm.ru

Разработка сайта - Alces