Научная тема: «ГОРИЗОНТАЛЬНЫЙ ПЕРЕНОС ГЕНОВ УСТОЙЧИВОСТИ К СОЕДИНЕНИЯМ РТУТИ И АНТИБИОТИКАМ В ПРИРОДНЫХ ПОПУЛЯЦИЯХ ПАЛЕОБАКТЕРИИ»
Специальность: 03.02.07
Год: 2013
Отрасль науки: Биологические науки
Основные научные положения, сформулированные автором на основании проведенных исследований:
Впервые была создана и охарактеризована коллекция устойчивых к ртути и антибиотикам бактерий из многолетнемерзлых отложений. Штаммы из созданной коллекции используются в фундаментальных научных исследованиях не только в нашей лаборатории, но и в других российских и зарубежных научных коллективах (например Mindock et al., 2001; Arbatsky et al., 2010 и др.). В настоящей работе показано значительное разнообразие детерминант устойчивости, содержащихся у штаммов этой коллекции. У древних бактерий обнаружены транспозоны, высокогомологичные широко распространённым современным природным транспозонам. В то же время у древних бактерий выявлены ранее неизвестные мобильные элементы. Так, впервые обнаружен и исследован простой транспозон, содержащий mer-оперон, названный Tn5060, близкородственный гипотетическому предку сложного транспозона множественной лекарственной устойчивости Tn21, широко распространенного среди современных, в том числе и клинических, штаммов бактерий. Одновременно с ним в мерзлоте в составе ранее неизвестного комплексного транспозона Tn5045 обнаружен интегрон InC*, родственный гипотетическому предшественнику подгруппы современных интегронов In2-In5, активно участвующих в распространении множественной лекарственной устойчивости. Транспозон Tn5060 и интегрон InC* явиляются недостающими до этого звеньями в схемах происхождения и эволюции комплексных транспозонов множественной лекарственной устойчивости и содержащихся у них интегронов. Также нами обнаружен и охарактеризован ранее неизвестный ртутный транспозон Tn5042, транспозиционный модуль которого принадлежит к IS элементам. Показано, что Tn5042 является еще одним, ранее неизвестным, типом ртутных транспозонов, активно участвующих в горизонтальном переносе генов mer-оперона как среди древних, так и среди современных штаммов природных бактерий. В мерзлоте также обнаружен необычный по ряду свойств IS-элемент, ISPрy1, обладающий способностью к мобилизации с высокой частотой прилежащих к нему генов устойчивости к антибиотикам посредством одноконцевой транспозиции или путем формирования новых составных транспозонов. Результаты изучения Tn5042 и ISPрy1 вносят существенный вклад в понимание роли IS-элементов в распространении различных детерминант устойчивости. Полученные данные свидетельствуют о том, что широко распространенные среди современных природных штаммов бактерий детерминанты устойчивости возникли и перемещались задолго до начала антропогенного загрязнения биосферы.

В целом полученные в ходе данного исследования новые научные данные значительно дополняют и уточняют существующие представления о происхождении и эволюции различных типов детерминант устойчивости и путях их распространения. Результаты работы могут быть использованы при составлении курсов лекций для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальностям в области общей генетики, молекулярной генетики и медицины.

Список опубликованных работ
Статьи в рецензируемых научных журналах из списка ВАК:

1.Bogdanova E.S., Bass I.A., Minakhin L.S., Petrova M.A., Mindlin S.Z., Volodin A., Kalyaeva E.S., Tiedje J.M., Hobman J.L., Brown N.L., and Nikiforov V.G. 1998. Horizontal spread of mer operons among Gram-positive bacteria in natural environments. Microbiology 144:609-620.

2.Никифоров В.Г., Басс И.А., Богданова Е.С., Горленко Ж.М., Каляева Э.С., Коптева А.В., Ломовская О.Л., Минахин Л.С., Минахина С.В., Миндлин С.З., Петрова М.А., Холодий Г.Я., Юрьева О.В. 1999. Распространение транспозонов устойчивости к ртути в природных популяциях бактерий. Мол. биология 33: 55-62.

3.Миндлин. С.З., Басс И.А., Богданова Е.С., Горленко Ж.М., Каляева Э.С., Петрова М.А., Никифоров В.Г. 2002. Горизонтальный перенос генов устойчивости к соединениям ртути в природных популяциях бактерий. Мол. биология 36(2): 216-227.

4.Mindlin S., Kholodii G., Gorlenko Zh., Minakhina S., Minakhin L., Kalayeva E., Kopteva A., Petrova M., Yurieva O., Nikiforov V. 2001. Mercury resistance transposons of Gram-negative environmental bacteria and their classification. Res. Microbiol. 152: 811-822.

5.Петрова М.А., Миндлин С.З., Горленко Ж.М., Каляева Э.С., Соина В.С., Богданова Е.С. 2002. Резистентные к соединениям ртути бактерии из многолетнемерзлых отложений и перспективы их использования в сравнительных исследованиях детерминант ртуть-устойчивости. Генетика 38(11): 1569-1574.

6.Kholodii G., Mindlin S., Petrova M., Minakhina S. 2003. Tn5060 from the Siberian permafrost is most closely related to the ancestor of Tn21 prior to integron acquisition. FEMS Microbiol. Lett. 226(2): 251-255.

7.Kholodii G., Mindlin S., Gorlenko Zh., Petrova M., Hobman J. and Nikiforov V. 2004. Translocation of transposition-deficient (TndPKLH2-like) transposons in the natural environment: mechanistic insights from the study of adjacent DNA sequences. Microbiology, 150: 979-992.

8.Горленко Ж. М., Каляева Э. С., Басс И. А., Петрова М. А., Миндлин С. З., 2004. Распространение в природных популяциях бактерий транспозонов Tn5044 и Tn5070, несущих неканонические mer-опероны. Генетика 40(12): 1717-1721.

9.Mindlin S., Minakhin L., Petrova M., Kholodii G., Minakhina S., Gorlenko Zh., Nikiforov V. 2005. Present-day mercury resistance transposons are common in bacteria preserved in permafrost grounds since the Upper Pleistocene. Res. Microbiol. 156: 994-1004.

10. Vishnivetskaya T., Petrova M., Urbance J., Ponder M., Moyer C., Gilichinsky D., Tiedje J. 2006. Bacterial Community in Ancient Siberian Permafrost as Characterized by Culture and Culture-Independent Methods. Astrobiology 6(3): 400-414.

11. Миндлин С. З., Петрова М. А., Басс И. А., Горленко Ж. М. 2006. Происхождение, эволюция и миграция генов лекарственной устойчивости. Генетика 42(11): 1495-1511.

12. Миндлин С.З., Соина В.С., Петрова М. А., Горленко Ж. М. 2008 Выделение устойчивых к антибиотикам штаммов бактерий из многолетнемерзлых отложений Восточной Сибири. Генетика 44(1): 36-44.

13.М.А. Петрова, Ж.М. Горленко, В.С. Соина, С.З. Миндлин. 2008. Изучение ассоциации генов strA-strB с плазмидами и транспозонами у современных и древних бактерий. Генетика 44(9): 112-116

14.Petrova M., Gorlenko Zh., Mindlin S. 2009. Molecular structure and translocation of a multiple antibiotic resistance region of a Psychrobacter psychrophilus permafrost strain. FEMS Microbiology Letters 296: 190-197.

15.Petrova M., Gorlenko Zh., Mindlin S. 2011. Tn5045, a novel integron-containing antibiotic and chromate resistance transposon isolated from a permafrost bacterium. Res Microbiol. 162: 337-345.

16.М.А. Петрова, Ж.М. Горленко, Н.А.Щербатова, С.З. Миндлин. 2012. Новый мобильный элемент ISPpy1 древнего штамма Psychrobacter maritimus: перемещение в клетках Escherichia coli K-12 и образование сложных транспозонов. Генетика 48(3): 324-332.

Главы в монографиях:

1.Миндлин С.З., Басс И.А., Богданова Е.С., Горленко Ж.М., Каляева Э.С., Петрова М.А., Холодий Г.Я., Никифоров В.Г. “Горизонтальный перенос генов в природных популяциях бактерий. Гены и транспозоны устойчивости к соединениям ртути” в сборнике: Проблемы и перспективы молекулярной генетики, изд. "Наука", 2003, 124-146

2.David Gilichinsky, Tatiana Vishnivetskaya, Mayya Petrova, Elena Spirina, Vladimir Mamikin, Elizaveta Rivkina. Bacteria in permafrost in Psychrophiles: from Biodiversity to Biotechnology, Berlin Heidelberg, Springer-Verlag, 2008, 83-102.

3.Sofia Mindlin, Mayya Petrova, Zhosefine Gorlenko, Vera Soina, Natalia Khachikian, Ekaterina Karaevskaya. “Multidrug-resistant bacteria in permafrost: isolation, biodiversity, phenotypic and genotypic analysis” in New permafrost and glacier research, Hauppauge, NY, Nova Science Publishers, Inc. 2009, 89-105.

4.Sofia Mindlin and Mayya Petrova. Mercury resistance transposons. In: Bacterial Integrative Mobile Genetic Elements. Landes Bioscience. 2012, 32-52.

Материалы всероссийских и медународных конференций:

1. Tiedje J., Petrova M., Moyer C. 1998. Phylogenetic diversity of bacteria from ancient Siberian permafrost. Eighth International Symposium on Microbial Ecology (ISME-8), August 9-14, 1998, Halifax, Canada.

2.Миндлин С.З., Горленко Ж.М., Петрова М.А., Хололий Г.Я., Басс И.А. «Транспозоны устойчивости к ртути и их роль в распространении множественной лекарственной устойчивости.» 3-й съезд ВОГиС, 6-12 июня 2004 г., Москва.

3.Миндлин С.З., Горленко Ж.М., Петрова М.А. «Распространение ртуть-устойчивых бактерий в природе и мобильные элементы (плазмиды и транспозоны), несущие детерминанты устойчивости к соединениям ртути». VI Международная научная конференция «Экология человека и природа». 5-11 июля 2004 г., Москва-Плес.

4.Петрова М.А. «Распространение генов устойчивости к стрептомицину среди современных и древних бактерий». Российская школа-конференция «Генетика микроорганизмов и биотехнология», посвящённая 100-летию со дня рождения С.И. Алиханяна. 28 ноября-1 декабря 2006 г., Москва-Пущино.

5.Petrova M.A., Soina V.S., Mindlin S.Z., Gorlenko Zh.M. Antibiotic resistance of bacteria from permafrost sediments and its similarity to that of present bacteria. II International Conference “Biosphere Origin and Evolution”, October 28 - November 2, 2007, Loutraki, Greece.

6.Mayya Petrova, Vera Soina., Zhosefine Gorlenko., Sofia Mindlin “Multidrug resistance of bacteria isolated from Arctic permafrost sediments” II International Conference BioMicroWorld2007, 28 November - 1 December, 2007, Seville, Spain.

7.Mayya Petrova, Zhosefine Gorlenko, Vera Soina, Sofia Mindlin. “Antibiotic resistance and mobile elements of bacteria isolated from Arctic permafrost sediments.” XX International Congress of Genetics, July 12-17, 2008, Berlin, Germany.

8.Петрова М.А., Горленко Ж.М., Миндлин С.З. «Новый IS-элемент древнего штамма Psychrobacter psychrophilus и его роль в распространении устойчивости к антибиотикам». V съезд ВОГиС, посвященный 200-летию со дня рождения Чарльза Дарвина. 21-28 июня 2009 г., Москва.

9. Mayya Petrova. “Mechanisms of antibiotic resistance in natural bacterial populations” Bilateral scientific seminar franco-russian “Transcription - from basic mechanisms to drugs”, October 19-22, 2009, Montpellier, France.

10. Petrova M.A., Soina V.S., Gorlenko G.M., Mindlin S.Z. “Genetic characterization of ancient permafrost bacteria as compared with modern-day soil and water bacteria”. Х European Workshop on Astrobiology, September 6-8, 2010, Pushino, Russia.