Bacterial Nanoforms Isolated from Permafrost and Their Structural Organization

Abstract

Today, several groups of nanobacteria or bacterial nanoforms are known, which, as a rule, are unable to grow on synthetic nutrient media and represent symbionts or parasites (mycoplasmas, cocci from blood serum, symbiotic nanoarchaea). This paper presents two new binary bacterial cultures isolated from a sample of permafrost soil. Both cultures contained dominant host cells of normal size and accompanying cells of consistently small size. Based on the sequencing of the 16S rRNA gene, the host cells were identified as Acinetobacter sp. (culture EM20) and Bacillus sp. (culture EM21). Attempts to isolate the discovered nanoforms into a pure culture proved unsuccessful. Using electron microscopy (ultrathin sections, negative staining, cryofractography), the morphology and ultrastructure of these nanoforms were described, namely the presence of an outer membrane, periplasmic space, capsules, and polymorphism (spherical, dumbbell-shaped, hyphae-like). Cytochemical reactions revealed an electron-dense material corresponding to nucleic acids. The nature of these nanoforms, their taxonomic status, and role in the ecosystem require further research using gentle isolation methods, specific dyes, and metagenomic analysis. В настоящее время известно несколько групп нанобактерий или бактериальных наноформ, которые, как правило, не способны расти на синтетических питательных средах и представляют собой симбионтов или паразитов (микоплазмы, кокки из сыворотки крови, симбиотические наноархеи). В данной работе представлены две новые бинарные бактериальные культуры, выделенные из образца многолетнемёрзлой почвы. Обе культуры содержали доминирующие клетки-хозяева обычного размера и сопутствующие клетки стабильно малого размера. На основе секвенирования гена 16S рРНК клеткихозяева идентифицированы как Acinetobacter sp. (культура EM20) и Bacillus sp. (культура EM21). Попытки выделить обнаруженные наноформы в чистую культуру оказались безуспешными. С помощью электронной микроскопии (ультратонкие срезы, негативное контрастирование, криофрактография) описаны морфология и ультраструктура этих наноформ: показано наличие наружной мембраны, периплазматического пространства, капсул, а также полиморфизм форм (сферические, гантелевидные, гифоподобные). Цитохимические реакции выявили электронно-плотный материал, соответствующий нуклеиновым кислотам. Природа этих наноформ, их таксономический статус и роль в экосистеме требуют дальнейших исследований с использованием щадящих методов выделения, специфических красителей и метагеномного анализа.