* Институт Земной Коры СО РАН, к. б. н., (г. Иркутск) 
** Институт Геохимии им. А.П. Виноградова СО РАН, д.т.н., (г. Иркутск)

Эта статья опубликована сборнике научных трудов "Фундаментальные науки и практика" с материалами Третьей Международной Телеконференции "Проблемы и перспективы современной медицины, биологии и экологии" - Том 1 - №4. - Томск - 2010.

 
Разработка водоохранных мероприятий невозможна без разработки новых методов и подходов к выявлению изменчивости веществ антропогенной природы, поступающих в озеро в процессах превращения. Микроорганизмы являются не только хорошими индикаторами на влияние антропогенного фактора на экосистему озера, но и единственными компонентами в экосистеме, преобразующие вещества антропогенной природы. В настоящее время большое значение имеет выявление природных и антропогенных условий, влияющих на механизм формирования качества пресных вод и факторов, определяющих эти процессы, а также прогноз развития опасных природных и антропогенных воздействий.
В последние годы микробную индикацию состояния окружающей среды выделили в самостоятельное направление. В основе его лежит уникальная биохимическая организация микробной клетки. Большинство пресноводных микроорганизмов - гетеротрофы, они получают углерод и энергию при окислении органических молекул. Элиминация многих органических соединений, как природных, так и ксенобиотиков, зависит от биохимической активности микроорганизмов. Эта способность микроорганизмов используется в настоящее время как основа индикации загрязняющих веществ в пресных водоемах. Бактерии являются наиболее важным компонентом в экосистеме водоемов, именно они принимают активное участие в формировании качества воды и улучшению ее санитарно- гигиенического состояния.
Кроме количественного изменения состава бактериопланктона в районах антропогенного влияния озера Байкал [В.А Верхозина, 1985], наблюдается изменение его качественного состава. Из различных экологических ниш и регионов озера Байкал было выделено более 1000 штаммов микроорганизмов, в которых проведены исследования по тестированию культур микроорганизмов по наличию или отсутствию в них уникальных ферментов рестриктаз. Эти новые методы можно назвать модным выражением нанотехнологии, т.к. методы молекулярной биологии, к которым относится метод выявления ферментов рестрикции в размерном понимании, таковым и являются.
Известно, что специфичность рестриктазы определяет характеристику бактерии, из которой она выделена. Поэтому этот фермент может служить характеристикой специфичности самой бактерии- продуцента. Многолетние исследования, начиная с 50-х годов, дают основание такую характеристику бактерии не менее достоверной, чем морфологические отличия и физиолого- биохимические признаки [А.А.Янулайтис , 1984],
Бактерии- продуценты рестриктаз, известны ранее лишь теоретически, были выделены из озера Байкал в районах антропогенного влияния (вблизи п. Листвянка и г. Байкальска). В настоящее время антропогенное воздействие на озеро усиливается с каждым годом, особенно в районе его южной части. Указанное положение обусловлено не только относительно высокой плотностью проживающего здесь населения, но и развитием в этом районе интенсивного отечественного и международного туризма. Кроме того, в результате техногенного воздействия на экосистему Байкала после строительства ГЭС в 1958 году, озеро стало практически изолированным регулируемым водохранилищем каскада Ангарских водохранилищ. Изолированность экосистемы Байкала обеспечивает благоприятные условия для образования новых видов микроорганизмов. Поскольку хорошо известно, что при прочих равных условиях скорость эволюции вида обратно пропорциональна продолжительности генерации [С.Оно, 1984], то очевидна целесообразность поиска эндемичных видов и, следовательно, продуцентов новых ферментов среди байкальских микроорганизмов.
В настоящее время в мире известно более 1500 типов рестриктаз с различной степенью активности, т.е. способных с той или иной скоростью разрывать определенные, специфические последовательности двойной спирали ДНК. Очевидно, что специфичность рестриктазы определяет характеристику бактерии, из которой она выделена. Поэтому, этот фермент может служить характеристикой специфичности самой бактерии продуцента.
Как нам видится, объяснение этому явлению состоит в том, что бактерии являются прокариотами, т.е. одноклеточными, не имеющими иммунной системы, которая защищала бы их от врагов, например вирусов. Эту роль и выполняет фермент рестриктаза, который уничтожает любую попавшую внутрь клетки постороннюю молекулу ДНК, разорвав ее по определенной последовательности. После этого, молекула ДНК становится неспособной к воспроизводству и  "погибает".  Поэтому, где есть "посторонние" вирусы, появляются штаммы бактерий с уникальными рестриктазами. И только эти бактерии могут защищаться от "врагов" - посторонних вирусов и микроорганизмов, неспецифичных для водоема, а поступающие туда с человеческой деятельностью. Это своеобразная степень защиты водных бактерий от "пришельцев".
Таким образом, бактерии- продуценты рестриктаз, известные ранее лишь теоретически, были обнаружены в районах антропогенного влияния. В штаммах бактерий, выделенных из чистых участков озера,  все обнаруженные нами рестриктазы являются хорошо известными. Так,  например, штамм бактерий Flavobacterium aquatil- продуцент рестриктазы Fau I был выделен из воды оз. Байкал в районе п. Листвянка. Штамм бактерии Acinetobacter calcoaceticus- продуцент рестриктазы Aca I был выявлен в районе г. Байкальска. Продуцент Bacillus sphaericus эндонуклеазы рестрикции Bsi I, который является новым ферментом среди известных рестриктаз, был выделен из этого же района. В районе истока Ангары выделен штамм бактерии Curtobacterium citrium,  продуцент Cci NI,  который является изошизомером Not I. И делит по одинаковым сайтам [Дедков В.С. и др.,1990; Гончар Д.А. и др.,1998]. Результаты исследований спектра ферментов рестрикции,  определенных из штаммов микроорганизмов, выделенных из районов, где антропогенного влияния не выявлено, показали, что обнаруженные рестриктазы являются хорошо известными, т.е. продуценты- бактерии их существовали давно и не только на Байкале [Verkhosina V.A.,1995].
Таким образом, проделанные оригинальные исследования с использованием методов физико- химической биологии в экологических задачах, дают возможность судить о качественном изменении бактериопланктона в прибрежной части Байкала, находящейся под антропогенным влиянием. Качественное изменение бактериопланктона в районах антропогенного влияния по наличию или отсутствию уникальных рестриктаз,  говорит о наличии бактериальных мутаций. Возможно, что эта работа поможет решить проблему надежности индикации антропогенного загрязнения в "биологической" части трофической цепи, которая практически не решена нигде в мире. Штаммы-продуценты абсолютно нового и ряда уникальных ферментов рестрикции выделены в прибрежных районах, испытывающих антропогенное влияние.

Литература
1.    Верхозина В.А. Влияние антропогенного фактора на микробиальные процессы круговорота азота // Совершенствование регионального мониторинга состояния оз. Байкал. Л. 1985. С. 66-70.
2.    Янулайтис А.А. Рестрикционные эндонуклеазы ////Журн. Всесоюзн. Хим. о-ва им. Д.И. Менделеева. 1984. Т.29. №2. С 133-138.
3.    Оно С. Генетические механизмы прогрессивной эволюции (пер. с англ. под ред Б.Н. Сидорова). М. Мир 1984. 96 С.
4.    Дедков В.С., РепинВ.Е., Речкунова Н.И. Дегтярев С.Х., Верхозина В.А. и др. Выявление штаммов- продуцентов эндонуклеаз рестрикции среди водных микроорганизмов озера Байкал. // Изв. Сиб. Отд. АН СССР, сер. "Биологич. науки". 1990.  №1. С. 35-37.
5.    Гончар Д.А., Дедков В. С., Верхозина В.А. и др. Эндонуклеаза рестрикции Sse91 из штамма Sporosarcina sp. 9D узнает последовательность 5’-AATT-3’. Молекулярная генетика. 1998. №1.С. 32-34.
6.    Verkhosina V.A., Kusner Yu.S., Degtyarev S.Kh., Dedkov V.S., Gonchar D.A. Restriction enzimes of bacteria strains as potential indicators of anthropogenic and global changes of ecosystems Lake Baikal and Lake Nyasa. //International Project on Paleolimnology and Late Cenozonic Climate. 1995. №.9. pp. 51-57.