Sphingobacterium globosum

Sphingobacterium globosum — это вид грамотрицательных, неспорообразующих, хемоорганотрофных бактерий, относящихся к роду Sphingobacterium семейства Sphingobacteriaceae. Данный микроорганизм был впервые выделен и описан в 2012 году группой китайских исследователей из образцов почвы, собранных в районе горячих источников провинции Юньнань (Китай). Основной отличительной особенностью вида является наличие в клеточной стенке сфинголипидов (сфингофосфолипидов), а также характерная круглая (коккоидная) форма клеток, отражённая в видовом названии «globosum» (от лат. globosus — шарообразный).

Таксономия и систематика

Вид Sphingobacterium globosum входит в состав рода Sphingobacterium, который был впервые описан в 1983 году. Род относится к семейству Sphingobacteriaceae, порядку Sphingobacteriales, классу Sphingobacteriia, типу Bacteroidota (ранее Bacteroidetes). Ближайшими филогенетическими родственниками S. globosum являются такие виды, как Sphingobacterium daejeonense, Sphingobacterium composti, Sphingobacterium bambusae и Sphingobacterium thermophilum. Сравнительный анализ последовательностей гена 16S рРНК показывает, что уровень сходства между S. globosum и его ближайшими родственниками составляет менее 97%, что подтверждает его статус отдельного вида.

Морфология и физиология

Клеточная структура

Клетки Sphingobacterium globosum представляют собой грамотрицательные палочки или кокки (округлые формы) диаметром 0,6–1,0 мкм. В молодых культурах (первые 24 часа) преобладают палочковидные формы, тогда как в стационарной фазе роста (48–72 часа) клетки приобретают выраженную коккоидную форму. Бактерии неподвижны, не образуют спор и капсул. Клеточная стенка содержит характерный для рода сфинголипид — сфингофосфолипид, который заменяет липополисахарид, типичный для большинства грамотрицательных бактерий.

Культуральные свойства

S. globosum является облигатным аэробом, то есть для роста требует присутствия молекулярного кислорода. Оптимальная температура роста составляет 28–30 °C, диапазон — от 15 до 37 °C. Бактерия не растёт при температуре выше 40 °C. Оптимальный pH для роста — 7,0–7,5 (нейтральная среда), диапазон — 6,0–8,0. На твёрдых питательных средах (например, на триптиказо-соевом агаре или агаре с добавлением дрожжевого экстракта) образует колонии круглой формы, выпуклые, с ровными краями, диаметром 1–2 мм после 48 часов инкубации. Цвет колоний — от бледно-жёлтого до оранжевого, что связано с продукцией каротиноидных пигментов. Консистенция колоний маслянистая, слизистая.

Биохимические свойства

S. globosum проявляет следующие биохимические характеристики:

• Каталазоположительный (разлагает перекись водорода);
• Оксидазоположительный;
• Не гидролизует крахмал;
• Гидролизует желатин и эскулин;
• Не восстанавливает нитраты до нитритов;
• Не образует индол;
• Утилизирует глюкозу, мальтозу, сахарозу, но не лактозу и D-ксилозу;
• Образует кислоту из глюкозы, мальтозы и сахарозы без газообразования;
• Устойчив к желчным солям (до 2%);
• Чувствителен к антибиотикам: ампициллину, хлорамфениколу, тетрациклину, но устойчив к гентамицину и канамицину.

Геном и молекулярные характеристики

Геном Sphingobacterium globosum полностью секвенирован. Размер генома составляет около 4,5–5,0 млн пар нуклеотидов, содержание GC-пар — 37–40 мол.%. В геноме идентифицировано около 4000–4500 генов, кодирующих белки. Особенностью генома является наличие генов, ответственных за синтез сфинголипидов (гены серин-пальмитоилтрансферазы и сфинголипид-синтазы), а также генов, участвующих в деградации сложных органических соединений (целлюлазы, ксиланазы, протеазы). Плазмиды у данного вида не обнаружены.

Экология и распространение

Sphingobacterium globosum был впервые выделен из почвы, отобранной вблизи горячих источников (температура воды 45–55 °C) в провинции Юньнань, Китай. Однако впоследствии бактерии этого вида были обнаружены в различных почвенных образцах умеренного климата, включая ризосферу растений (корневую зону), а также в пресноводных водоёмах. S. globosum является типичным представителем почвенного микробиома, участвуя в разложении органического вещества. Благодаря способности гидролизовать желатин и эскулин, бактерия играет роль в круговороте азота и углерода в почве. Встречаемость в клинических образцах (например, в раневых отделяемом или крови) крайне редка и, как правило, связана с иммунокомпрометированными пациентами, однако патогенный потенциал вида считается низким.

Применение и биотехнологический потенциал

Производство ферментов

Sphingobacterium globosum представляет интерес для биотехнологии благодаря способности синтезировать внеклеточные гидролитические ферменты. В частности, штаммы этого вида продуцируют протеазы, которые могут использоваться в пищевой промышленности (для размягчения мяса, в сыроделии) и в производстве моющих средств. Также обнаружена активность β-глюкозидазы, которая применяется в переработке растительного сырья и в синтезе ароматических соединений.

Биоремедиация

Бактерия способна утилизировать некоторые ароматические углеводороды (например, фенол и его производные), что делает её потенциальным агентом для очистки загрязнённых почв и вод. Исследования показывают, что S. globosum может разлагать до 70% фенола в концентрации 500 мг/л в течение 72 часов при оптимальных условиях.

Продукция сфинголипидов

Сфинголипиды, синтезируемые S. globosum, представляют интерес для фармацевтической промышленности как потенциальные компоненты косметических средств (увлажнители, антиоксиданты) и как субстраты для синтеза биологически активных молекул. Однако промышленное производство сфинголипидов из данного микроорганизма пока не налажено.

Интересные факты

• Видовое название «globosum» (шарообразный) отражает необычную для палочковидных бактерий способность клеток принимать округлую форму в стационарной фазе роста, что является редким признаком среди представителей рода Sphingobacterium.
• S. globosum, как и другие сфингобактерии, устойчив к некоторым антибиотикам (гентамицин, канамицин) благодаря особенностям строения клеточной стенки, где сфинголипиды заменяют липополисахарид, снижая проницаемость для аминогликозидов.
• Бактерия была открыта относительно недавно (2012 год), и её полный экологический и биотехнологический потенциал ещё не изучен. В настоящее время ведутся исследования по использованию S. globosum в качестве продуцента биосурфактантов (поверхностно-активных веществ).

Источники

• Liu, Y., et al. «Sphingobacterium globosum sp. nov., a novel bacterium isolated from soil of a hot spring.» International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, 2012, 62(Pt 9): 2220–2225.
• Yabuuchi, E., et al. «Sphingobacterium gen. nov., a new genus of the family Flavobacteriaceae.» International Journal of Systematic Bacteriology, 1983, 33(3): 580–598.
• Bergey’s Manual of Systematic Bacteriology, 2nd ed., vol. 4 (The Bacteroidetes, Spirochaetes, Tenericutes, Mollicutes, Acidobacteria, Fibrobacteres, Fusobacteria, Dictyoglomi, Gemmatimonadetes, Lentisphaerae, Verrucomicrobia, Chlamydiae, and Planctomycetes). Springer, 2011.
• Parte, A.C. «List of Prokaryotic names with Standing in Nomenclature (LPSN).» (данные по роду Sphingobacterium).
• Научные публикации по биохимии и геномике сфингобактерий (реферативные базы PubMed, Scopus).