Павловська М. О. Процеси самовідновлення екосистеми Чорного моря за дії ксенобіотиків різного походження

У дисертаційній роботі викладено результати комплексного дослідження структури та функції угруповань мікроорганізмів водної товщі та донних осадів Чорного моря та проведено оцінку можливостей застосування даних метагеномного аналізу у встановленні екологічного стану моря згідно вимог Рамкової Директиви про Морську Стратегію ЄС та Морської природоохоронної Стратегії України. Крім того, досліджено відповідь мікробних угруповань на антропогенне навантаження, а саме потенційну та реалізовану активність щодо розкладу ксенобіотиків, а також їх роль у перенесенні генів стійкості до антибіотиків у водному середовищі. Вперше для Чорного моря було проведено масштабний аналіз таксономічного, функціонального складу та розподілу угруповань мікроорганізмів методами метагеномного аналізу у різних регіонах. У результаті проведених нами досліджень визначено, що таксономічний та функціональний склад угруповань мікроорганізмів Чорного моря змінюється із вертикальною стратифікацією водного стовпа у відповідності до градієнту фізико-хімічних умов середовища. Згідно отриманих нами даних, зразки з поверхні та термоклину утворювали єдиний кластер із переважанням Flavobacteriaceae, Rhodobacteraceae, Synechococcaceae. У субоксичній зоні Чорного моря нами було виявлено тенденцію до зростання частки зелених сірчаних (Chlorobia (7%)) та несірчаних (Anaerolineae (1%)) бактерій, що здатні до росту в умовах безкисневого середовища з низькою інтенсивністю освітлення. Отримані нами дані свідчать про те, що безкиснева зона Чорного моря є екотонним середовищем, що характеризується зниженням освітленості та зростанням концентрації сірководню з глибиною. Подальший кореляційний аналіз засвідчив присутність достовірного зв’язку між таксономічним, функціональним різноманіття досліджуваних угруповань та градієнтом фізико-хімічних параметрів середовища. Розподіл представників A714017, Pisciricketsiaceae, Chlorobiaceae, Helicobacteraceae, Desulfobacteraceae, Desulfarculaceae характеризувався позитивною кореляцією із часткою функціональних компонентів аноксигенного фотосинтезу, денитрифікації та дисиміляційного відновлення сульфатів. З метою дослідження екологічної ролі угруповань мікроорганізмів Чорного моря було проведено аналіз активності бактерій водної товщі та донних осадів у процесах біотрансформації ксенобіотиків. У дисертаційному дослідженні було показано присутність потенційної здатності до розкладу ксенобіотиків в угрупованні мікроорганізмів Чорного моря. З метою встановлення показників реалізованої активності мікроорганізмів Чорного моря у процесах розкладу ксенобіотиків було проведено оцінку транскрипції катаболічних генів. Нами було показано присутність відмінностей у копійності та транскрипції генів розкладу поліароматичних сполук між грампозитивними та грамнегативними бактеріями. У цілому аналіз екологічної ролі угруповань мікроорганізмів Чорного моря показав присутність, як потенційної, так і реалізованої активності щодо розкладу забруднюючих речовин. Нами було проведено дослідження поширення генів стійкості до антибіотиків, що у міжнародних екологічних дослідженнях прирівнюється до “полютантів”. Нами показано присутність екологічної проблеми поширення стійкості до антибіотиків в акваторії Чорного моря. Було показано, що гени стійкості до беталактамів, ванкоміцину, макролідів та колістину поширені у різних частинах акваторії Чорного моря з тенденцією до зменшення копійності від шельфових зон до відкритих вод. Отримані нами показники копійності генів антибіотикорезистентності є високими і знаходяться в межах діапазону копійності генів стійкості до беталактамів (blaOXA), який було визначено для басейну річки Дунай – 2,4 × 10−8 – 3.1 × 10−2 копій/мкл. Нами показано присутність екологічної проблеми поширення стійкості до антибіотиків в акваторії Чорного моря. Поширеність генів стійкості до антибіотиків може розглядатись у якості одного з індикаторів екологічної оцінки Чорного моря у майбутньому. За результатами дослідження таксономічної та функціональної структури угруповань мікроорганізмів Чорного моря, а також їх ролі в екосистемі нами було проведено аналіз можливості використання отриманих даних для екологічної оцінки. За розрахованими нами значеннями microgAMBI екологічний стан вод Чорного моря переважно “добрий” (microgAMBI = 1,47 - 2,34) (категорії згідно Водної Рамкової Директиви ЄС). Розраховані нами значення microgAMBI показали, що донні осади Чорного моря характеризуються гіршим екологічним станом, ніж водне середовище. Було встановлено певні розбіжності між оцінкою екологічного стану середовища за хімічними параметрами та за структурою мікробних угруповань. Однак, можна стверджувати, що microgAMBI дозволяє уточнювати висновки щодо екологічного стану, як вод, так і донних осадів.