ХАРАКТЕРИСТИКА ЦІАНОФАГІВ, ВИДІЛЕНИХ З ПРІСНИХ ВОДОЙМ КИЇВСЬКОГО РЕГІОНУ
DOI: https://doi.org/10.17721/1728.2748.2025.103.22-27
Ключові слова:
прісноводні екосистеми, ціанофаги, Caudoviricetes, gp20.Анотація
Вступ. Ціанофаги належать до найбільш екологічно значущих бактеріофагів у водних екосистемах. Ці віруси зазвичай мають ікосаедричні капсиди, що містять дволанцюгову ДНК, і хвостові відростки, які відрізняються за довжиною і морфологією залежно від виду ціанофага. Метою цього дослідження є характеристика ціанофагів та опис їхніх морфологічних і молекулярних особливостей на основі вірусних ізолятів, отриманих із прісноводних водойм Київського регіону в період із липня по вересень 2024 року.
Методи. Виділення та концентрування ціанофагів, трансмісійна електронна мікроскопія (ТЕМ), полімеразна ланцюгова реакція (ПЛР), гель-електрофорез і секвенування.
Результати. Проведено первинне виділення та ідентифікацію ціанофагів із прісноводних водойм Київського регіону. Електронна мікроскопія виявила фагові частинки подо- й міоподібного типу, що відрізнялися за розмірами та морфологічними характеристиками, що вказує на їх належність до класу Caudoviricetes. За допомогою праймерів CPS1–CPS4, які націлені на ген портального білка, було успішно отримано амплікони очікуваного розміру, що відповідають фрагменту гена gp20 у трьох ізолятах. Молекулярний аналіз із використанням ПЛР, націленої на ген gp20, надав генетичні докази, що підтверджують ідентичність виділених ізолятів як ціанофагів. Пошук гомологічних послідовностей у базі даних NCBI GenBank за допомогою алгоритму BLASTn показав, що секвенований амплікон мав найвищу подібність (80,48 % та 80,14 % ідентичності) із фрагментами гена gp20 некультивованих ціанофагів (номери доступу: KY082133.1 та MT596572.1).
Висновки. Отримані результати є першим молекулярним дослідженням ціанофагів, проведеним в Україні, і доповнюють сучасні уявлення про морфологічне різноманіття та генетичні особливості прісноводних ціанофагів. Аналіз за допомогою ТЕМ підтвердив наявність віріонів із морфологією, характерною для подо- й міоподібних фагів, що узгоджується із представниками класу Caudoviricetes. Отримані в цьому дослідженні амплікони фрагмента гена gp20 виявилися спорідненими з раніше описаними Т4-подібними ціанофагами, водночас представляючи окремі лінії в межах цієї групи. Крім того, отримані результати створюють підґрунтя для подальших досліджень, спрямованих на характеристику екологічних ролей цих вірусів і вивчення їх потенційного практичного використання для біоконтролю шкідливого цвітіння ціанобактерій.
Посилання
Abbasi, M., & Alam, M. (2025). Understanding the roles of viruses as key players in environmental dynamics and ecosystem functioning. Discovery Viruses, 2(10), Article 10. https://doi.org/10.1007/s44370-025-00015-y
Acuña-Alonso, C., Álvarez, X., Valero, E., & Pacheco, F. A. L. (2022). Modelling of threats that affect cyano-HABs in an eutrophicated reservoir: First phase towards water security and environmental governance in watersheds. Science of the Total Environment, 809, Article 152119. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.152119
Biedunkova, O., & Kuznietsov, P. (2024). Investigation of the formation and variability of dissolved inorganic carbon and dissolved organic carbon in the water of a small river (on the example of the Styr River, Ukraine). Environmental Monitoring and Assessment, 196(1), Article 1115. https://doi.org/10.1007/s10661-024-13309-3
Bilous, O. P., Nezbrytska, I., Zhezherya, V., Dubniak, S., Batoh, S., Kazantsev, T., Polishchuk, O., Zhezherya, T., Leontieva, T., & Cantonati, M. (2023). Interactions between aquatic plants and cyanobacterial blooms in freshwater reservoir ecosystems. Water, 15(4), Article 672. https://doi.org/ 10.3390/w15040672
Brenner, S., & Horne, R. W. (1959). A negative staining method for high resolution electron microscopy of viruses. Biochimica et Biophysica Acta, 34(1), 103–110. https://doi.org/10.1016/0006-3002(59)90237-9
Brum, J. R., Cesar Ignacio-Espinoza, J., Roux, S., Doulcier, G., Acinas, S. G., Alberti, A., Chaffron, S., Cruaud, C., de Vargas, C., Gasol, J. M., Gorsky, G., Gregory, A. C., Guidi, L., Hingamp, P., Iudicone, D., Not, F., Ogata, H., Pesant, S., Poulos, B. T., … & Sullivan, M. B. (2015). Patterns and ecological drivers of ocean viral communities. Science, 348(6237), Article 1261498. https://doi.org/10.1126/science.1261498
Fuller, N. J., Wilson, W. H., Joint, I. R., & Mann, N. H. (1998). Occurrence of a sequence in marine cyanophages similar to that of T4 g20 and its application to PCR-based detection and quantification techniques. Applied and Environmental Microbiology, 64(6), 2051–2060. https://doi.org/10.1128/AEM.64.6.2051-2060.1998
Guixa-Boixereu, N., Lysnes, K., & Pedrós-Alió, C. (1999). Viral lysis and bacterivory during a phytoplankton bloom in a coastal water microcosm. Applied and Environmental Microbiology, 65(5), 1949–1958. https://doi.org/ 10.1128/AEM.65.5.1949-1958.1999
Guo, Y., Dong, X., Li, H., Tong, Y., Liu, Z., & Jin, J. (2024). Cyanophage engineering for algal blooms control. Viruses, 16(11), Article 1745. https://doi.org/10.3390/v16111745
Ho, J. C., Michalak, A. M., & Pahlevan, N. (2019). Widespread global increase in intense lake phytoplankton blooms since the 1980s. Nature, 574(7780), 667–670. https://doi.org/10.1038/s41586-019-1648-7
Hou, X., Feng, L., Dai, Y., Hu, C., Gibson, C. E., Li, Z., & Lee, Z. (2022). Global mapping reveals increase in lacustrine algal blooms over the past decade. Nature Geoscience, 15(2), 130–134. https://doi.org/10.1038/ s41561-021-00887-x
Huisman, J., Codd, G. A., Paerl, H. W., Ibelings, B. W., Verspagen, J. M. H., & Visser, P. M. (2018). Cyanobacterial blooms. Nature Reviews Microbiology, 16(8), 471–483. https://doi.org/10.1038/s41579-018-0040-1
Huo, D., Gan, N., Geng, R., Cao, Q., Song, L., Yu, G., & Li, R. (2021). Cyanobacterial blooms in China: Diversity, distribution, and cyanotoxins. Harmful Algae, 109, Article 102106. https://doi.org/10.1016/j.hal. 2021.102106
Kaloudis, T., Hiskia, A., & Triantis, T. M. (2022). Cyanotoxins in bloom: Ever-increasing occurrence and global distribution of freshwater cyanotoxins from planktic and benthic cyanobacteria. Toxins, 14(4), Article 264. https://doi.org/10.3390/toxins14040264
Ladyka, M., & Starodubtsev, V. (2022). Water reservoirs and the war in Ukraine: Environmental problems. EUREKA: Life Sciences, 6, 36–43. https://doi.org/10.21303/2504-5695.2022.002664
Lawrence, J. E., & Steward, G. F. (2010). Purification of viruses by centrifugation. In S. W. Wilhelm, M. G. Weinbauer, & C. A. Suttle (Eds.), Manual of aquatic viral ecology (pp. 166–181). American Society of Limnology and Oceanography. https://doi.org/10.4319/mave.2010.978-0-9845591-0-7.166
Liu, Y., Demina, T. A., Roux, S., Aiewsakun, P., Kazlauskas, D., Eloe-Fadrosh, E. A., & Oksanen, H. M. (2021). Diversity, taxonomy, and evolution of archaeal viruses of the class Caudoviricetes. PLOS Biology, 19(11), Article e3001442. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3001442
Meng, L. H., Ke, F., Zhang, Q. Y., & Zhao, Z. (2023). Biological and genomic characteristics of MaMV-DH01, a novel freshwater Myoviridae cyanophage strain. Microbiology Spectrum, 11(1), Article e0288822. https://doi.org/10.1128/spectrum.02888-22
Nadel, O., Hanna, R., Rozenberg, A., Shitrit, D., Tahan, R., Pekarsky, I., & Lindell, D. (2024). Oceanic photosynthesis is directly affected by cyanophage NblA proteins [Preprint]. bioRxiv. https://doi.org/10.1101/ 2024.11.10.622831
Nezbrytska, I., Bilous, O., Sereda, T., Ivanova, N., Pohorielova, M., Shevchenko, T., & Zhezherya, T. (2024). Effects of war-related human activities on microalgae and macrophytes in freshwater ecosystems: A case study of the Irpin River Basin, Ukraine. Water, 16(24), Article 3604. https://doi.org/10.3390/w16243604
Rousso, B. Z., Bertone, E., Stewart, R., & Hamilton, D. P. (2020). A systematic literature review of forecasting and predictive models for cyanobacteria blooms in freshwater lakes. Water Research, 182, Article 115959. https://doi.org/10.1016/j.watres.2020.115959
Shumilova, O., Tockner, K., Sukhodolov, A., Khilchevskyi, V., De Meester, L., Gessner, M. O., & Brovkin, V. (2023). Impact of the Russia–Ukraine armed conflict on water resources and water infrastructure. Nature Sustainability, 6(5), 578–586. https://doi.org/10.1038/s41893-023-01068-x
Simmonds, P., Adriaenssens, E. M., Lefkowitz, E. J., Oksanen, H. M., Siddell, S. G., Zerbini, F. M., Alfenas-Zerbini, P., Aylward, F. O., Dempsey, D. M., Dutilh, B. E., Freitas-Astúa, J., García, M. L., Hendrickson, R. C., Hughes, H. R., Junglen, S., Krupovic, M., Kuhn, J. H., Lambert, A. J., Łobocka, M., …, & Varsani, A. (2024). Changes to virus taxonomy and the ICTV Statutes ratified by the International Committee on Taxonomy of Viruses (2024). Archives of Virology, 169(8), Article 236. https://doi.org/10.1007/s00705-024-06143-y
Song, L., Jia, Y., Qin, B., Li, R., Carmichael, W. W., Gan, N., & Sukenik, A. (2023). Harmful cyanobacterial blooms: Biological traits, mechanisms, risks, and control strategies. Annual Review of Environment and Resources, 48, 123–153. https://doi.org/10.1146/annurev-environ-112320-081653
Suttle, C. A. (2007). Marine viruses – major players in the global ecosystem. Nature Reviews Microbiology, 5(10), 801–812. https://doi.org/ 10.1038/nrmicro1750
Thurber, R. V., Haynes, M., Breitbart, M., Wegley, L., & Rohwer, F. (2009). Laboratory procedures to generate viral metagenomes. Nature Protocols, 4(4), 470–483. https://doi.org/10.1038/nprot.2009.10
Van Twest, R., & Kropinski, A. M. (2009). Bacteriophage enrichment from water and soil. In M. R. Clokie, & A. M. Kropinski (Eds.). Bacteriophages (Vol. 501, pp. 15–21). Humana Press. https://doi.org/10.1007/ 978-1-60327-164-6_2
Wang, Z., Zhang, C.-M., Li, C.-X., Li, Y.-F., Mou, X., & You, R. (2022). Evaluation of adsorption-elution methods with positively and negatively charged membranes for virus concentration in municipal wastewater: New insight into effects of dissolved organic matter. Journal of Environmental Chemical Engineering, 10(3), Article 107875. https://doi.org/10.1016/j. jece.2022.107875
Zhong, Y., Chen, F., Wilhelm, S. W., Poorvin, L., & Hodson, R. E. (2002). Phylogenetic diversity of marine cyanophage isolates and natural virus communities as revealed by sequences of viral capsid assembly protein gene g20. Applied and Environmental Microbiology, 68(4), 1576–1584. https://doi.org/10.1128/AEM.68.4.1576-1584.2002
Zhu, Y., Shang, J., Peng, C., & Sun, Y. (2022). Phage family classification under Caudoviricetes: A review of current tools using the latest ICTV classification framework. Frontiers in Microbiology, 13, Article 1032186. https://doi.org/10.3389/fmicb.2022.1032186
