vavilovВавиловский журнал генетики и селекцииVavilov Journal of Genetics and Breeding2500-3259Institute of Cytology and Genetics of Siberian Branch of the RAS10.18699/VJ20.630vavilov-2647Research ArticleГЕНЕТИКА МИКРООРГАНИЗМОВMICROBIAL GENETICSКомплексный метод таксономической идентификации микроорганизмовAn integrated method for taxonomic identif ication of microorganismsУвароваЮ. Е.UvarovaYu. E.

Новосибирск

Novosibirsk

uvarovaye@bionet.nsc.ruБрянскаяА. В.BryanskayaA. V.

Новосибирск

Novosibirsk

РозановА. С.RozanovA. S.

Новосибирск

Novosibirsk

ШляхтунВ. Н.ShlyakhtunV. N.

Новосибирск

Novosibirsk

ДемидовЕ. А.DemidovE. A.

Новосибирск

Novosibirsk

СтаростинК. В.StarostinK. V.

Новосибирск

Novosibirsk

ГорячковскаяТ. Н.GoryachkovskayaT. N.

Новосибирск

Novosibirsk

https://orcid.org/0000-0001-5604-5601ШеховцовС. В.ShekhovtsovS. V.

Новосибирск

Novosibirsk

СлынькоН. М.SlynkoN. M.

Новосибирск

Novosibirsk

https://orcid.org/0000-0002-3524-0456ПельтекС. Е.PeltekS. E.

Новосибирск

Novosibirsk

Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук; Курчатовский геномный центр Федерального исследовательского центра Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наукРоссияInstitute of Cytology and Genetics of Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences; Kurchatov Genomic Center of the Institute of Cytology and Genetics of Siberian Branch of the Russian Academy of SciencesRussian Federation202002072020244376382Copyright © Уварова Ю.Е., Брянская А.В., Розанов А.С., Шляхтун В.Н., Демидов Е.А., Старостин К.В., Горячковская Т.Н., Шеховцов С.В., Слынько Н.М., Пельтек С.Е., 20202020Уварова Ю.Е., Брянская А.В., Розанов А.С., Шляхтун В.Н., Демидов Е.А., Старостин К.В., Горячковская Т.Н., Шеховцов С.В., Слынько Н.М., Пельтек С.Е.Uvarova Y.E., Bryanskaya A.V., Rozanov A.S., Shlyakhtun V.N., Demidov E.A., Starostin K.V., Goryachkovskaya T.N., Shekhovtsov S.V., Slynko N.M., Peltek S.E.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vavilov.elpub.ru/jour/article/view/2647

Для точной видовой идентификации микроорганизмов сегодня все чаще применяют сочетание стандартных микробиологических методов культивирования и визуального наблюдения с методами молекулярной биологии и генетики, помогающими различать виды и штаммы микроорганизмов на уровне молекул ДНК или РНК. Целью данной работы было проведение идентификации микроорганизмов из Коллекции ИЦиГ СО РАН с помощью комплексного подхода, сочетающего использование широкого спектра фенотипических и генотипических признаков. Для 93 штаммов микроорганизмов Коллекции ИЦиГ СО РАН описаны ключевые молекулярно-генетические и фенотипические свойства. Рассмотрены морфологические, физиологические, молекулярно-генетические и масс-спектрометрические характеристики штаммов. Установлены особенности роста штаммов на разных средах, изучена морфология клеток. Штаммы протестированы на способность использовать различные субстраты. Обнаружено, что исследованные штаммы значительно различались по своим биохимическим признакам. Определены физиологические особенности штаммов коллекции: отношение к кислороду, тип питания, диапазон температур и рН, отношение к NaCl и др. Исследованные микроорганизмы объединены в отдельные группы на основании сходства их фенотипических характеристик, что может при дальнейшей доработке и расширении спектра таксонов и их метаболических карт послужить основой для создания «искусственной» классификации, которая может быть использована в качестве ключа для упрощенной и более быстрой идентификации и распознавания микроорганизмов в рамках как Коллекции ИЦиГ СО РАН, так и других коллекций.

For accurate species-level identification of microorganisms, researchers today increasingly use a combination of standard microbiological cultivation and visual observation methods with molecular biological and genetic techniques that help distinguish between species and strains of microorganisms at the level of DNA or RNA molecules. The aim of this work was to identify microorganisms from the ICG SB RAS Collection using an integrated approach that involves a combination of various phenotypic and genotypic characteristics. Key molecular-genetic and phenotypic characteristics were determined for 93 microbial strains from the ICG SB RAS Collection. The strains were characterized by means of morphological, physiological, moleculargenetic, and mass-spectrometric parameters. Specific features of the growth of the strains on different media were determined, and cell morphology was evaluated. The strains were tested for the ability to utilize various substrates. The strains studied were found to significantly differ in their biochemical characteristics. Physiological characteristics of the strains from the collection were identified too, e. g., the relationship with oxygen, type of nutrition, suitable temperature and pH ranges, and NaCl tolerance. In this work, the microorganisms analyzed were combined into separate groups based on the similarities of their phenotypic characteristics. This categorization, after further refinement and expansion of the spectrum of taxa and their metabolic maps, may serve as the basis for the creation of an “artificial” classification that can be used as a key for simplified and quicker identification and recognition of microorganisms within both the ICG SB RAS Collection and other collections.

идентификация микроорганизмовбиохимические характеристики бактерийхемосистематикамасс-спектрометрический анализidentification of microorganismsbiochemical characteristics of bacteriachemosystematicsmass spectrometric analysisThis work was done within the framework of State Assignment Kurchatov Genomic Center of ICG SB RAS (075-15-2019-1662). The English language was corrected and certified by shevchuk-editing.com.ReferencesChurch D.L. Biochemical tests for the identification of aerobic bacteria. In: Leber A. (Ed.). Clinical Microbiology Procedures Handbook. Fourth Edn. AMS Press, Washington, 2016;3.17.1.1-3.17.48.3. DOI 10.1128/9781555818814.ch3.17.Church D.L. Biochemical tests for the identification of aerobic bacteria. In: Leber A. (Ed.). Clinical Microbiology Procedures Handbook. Fourth Edn. AMS Press, Washington, 2016;3.17.1.1-3.17.48.3. DOI 10.1128/9781555818814.ch3.17.DasSarma P., Capes M.D., DasSarma S. Comparative genomics of Halobacterium strains from diverse locations. In: Das S., Dash H.R. (Eds.). Microbial Diversity in the Genomic Era. Acad. Press, 2019; 285-322. DOI 10.1016/B978-0-12-814849-5.00017-4.DasSarma P., Capes M.D., DasSarma S. Comparative genomics of Halobacterium strains from diverse locations. In: Das S., Dash H.R. (Eds.). Microbial Diversity in the Genomic Era. Acad. Press, 2019; 285-322. DOI 10.1016/B978-0-12-814849-5.00017-4.Gaudreau A.M., Labrie J., Goetz C., Dufour S., Jacques M. Evaluation of MALDI-TOF mass spectrometry for the identification of bacteria growing as biofilms. J. Microbiol. Methods. 2018;145:79-81. DOI 10.1016/j.mimet.2018.01.003.Gaudreau A.M., Labrie J., Goetz C., Dufour S., Jacques M. Evaluation of MALDI-TOF mass spectrometry for the identification of bacteria growing as biofilms. J. Microbiol. Methods. 2018;145:79-81. DOI 10.1016/j.mimet.2018.01.003.Hammer O., Harper D.A., Ryan P.D. PAST: paleontological statistics software package for education and data analysis. Palaeontol. Electronica. 2001;4(1):9.Hammer O., Harper D.A., Ryan P.D. PAST: paleontological statistics software package for education and data analysis. Palaeontol. Electronica. 2001;4(1):9.Jenkins R.E., Tanner M.J.A. The structure of the major protein of the human erythrocyte membrane. Characterization of the intact protein and major fragments. Biochem. J. 1977;161(1):139-147. DOI 10.1042/bj1610139.Jenkins R.E., Tanner M.J.A. The structure of the major protein of the human erythrocyte membrane. Characterization of the intact protein and major fragments. Biochem. J. 1977;161(1):139-147. DOI 10.1042/bj1610139.Kardymon O.L., Kudryavtseva A.V. Molecular genetic methods for intestinal microbiome investigation. Rossiiskiy Zhurnal Gastroenterologii, Gepatologii, Koloproktologii = Russian Journal of Gastroenterology, Hepatology, Coloproctology. 2016;26(4):4-13. DOI 10.22416/1382-4376-2016-26-4-4-13. (in Russian)Kardymon O.L., Kudryavtseva A.V. Molecular genetic methods for intestinal microbiome investigation. Rossiiskiy Zhurnal Gastroenterologii, Gepatologii, Koloproktologii = Russian Journal of Gastroenterology, Hepatology, Coloproctology. 2016;26(4):4-13. DOI 10.22416/1382-4376-2016-26-4-4-13. (in Russian)Logan N.A., De Vos P. Genus I. Bacillus. In: Bergey’s Manual of Systematic Bacteriology. Vol. 3. The Firmicutes. Springer, 2009;21-128.Logan N.A., De Vos P. Genus I. Bacillus. In: Bergey’s Manual of Systematic Bacteriology. Vol. 3. The Firmicutes. Springer, 2009;21-128.Maniatis T., Fritsch E., Sambrook J. Molecular Cloning. Cold Spring Harbor lab., 1982. (Russ. ed. Maniatis T., Frich E., Sembruk D. Metody Geneticheskoy Inzhenerii. Molekulyarnoe Klonirovanie. Moscow: Mir Publ., 1984. (in Russian)Maniatis T., Fritsch E., Sambrook J. Molecular Cloning. Cold Spring Harbor lab., 1982. (Russ. ed. Maniatis T., Frich E., Sembruk D. Metody Geneticheskoy Inzhenerii. Molekulyarnoe Klonirovanie. Moscow: Mir Publ., 1984. (in Russian)Netrusov A.I., Egorova M.A., Zakharchuk L.M. Workshop on Microbiology. Moscow: Academy Publ., 2005. (in Russian)Netrusov A.I., Egorova M.A., Zakharchuk L.M. Workshop on Microbiology. Moscow: Academy Publ., 2005. (in Russian)Reyes A.T. Morpho-biochemical aided identification of bacterial isolates from Philippine native pig. Adv. Pharmacol. Clin. Trials. 2018; 3(5):000148. DOI 10.23880/apct-16000148.Reyes A.T. Morpho-biochemical aided identification of bacterial isolates from Philippine native pig. Adv. Pharmacol. Clin. Trials. 2018; 3(5):000148. DOI 10.23880/apct-16000148.Schäffer C., Wugeditsch T., Kählig H., Scheberl A., Zayni S., Messner P. The surface layer (S-layer) glycoprotein of Geobacillus stearothermophilus NRS 2004/3a: analysis of its glycosylation. J. Biol. Chem. 2002;277(8):6230-6239. DOI 10.1074/jbc.M108873200.Schäffer C., Wugeditsch T., Kählig H., Scheberl A., Zayni S., Messner P. The surface layer (S-layer) glycoprotein of Geobacillus stearothermophilus NRS 2004/3a: analysis of its glycosylation. J. Biol. Chem. 2002;277(8):6230-6239. DOI 10.1074/jbc.M108873200.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.