Therapeutic muds (peloids), which are widely used for body healing, improve metabolism and have antibacterial, anti-inflammatory and analgesic effects due to enrichment with necessary microelements and biological active substances. However, the microbiological component of these effects is not well studied.
Objective: To characterize the microbiome of therapeutic muds, used in the Tatarstan Republic, by identifying spectrum of cultivated microorganisms, using molecular analysis of bacterial communities, and by determining their biodiversity and functional potential based on revealed genetic determinants.
Material and methods: The study design of 5 peloids samples (local sapropels and peat deposits of swamp; 3 samples of Crimean sulfide muds) included three main techniques: isolation and taxonomic determination of cultivated microorganisms by time-of-flight mass-spectrometry; molecular analysis of peloids bacterial communities by 16S RNA high-throughput sequencing; identification of functional profiles of communities by their genetic determinant using Global Mapper tool on iVikodak platform.
Results: Experimental studies have confirmed the safety of examined peloids, where non-pathogenic cultivated bacteria belonging mainly to Bacillus and Rhodococcus genera were dominant. Metagenomic analysis showed that Firmicutes, Proteobacteria and Actinobacteria were predominant in all samples in different ratios. It has been established, that there is both the internal biodiversity of each sample and difference between them. The functional profile of microbial communities was determined based on the identification of bacterial genes. It has been revealed that all communities have an ability to synthesize antibiotics, as well as to decompose dangerous xenobiotics - polyaromatic hydrocarbons, cyclic compounds, and dioxins.
Conclusion: Various microbial communities, which were identified in the therapeutic muds, contribute both to the clearance of toxicants in the peloids and to the antibacterial properties of the latter. The obtained priority results create a fundamental basis for the subsequent study of the role of peloids' microbiome of different origin in their healing action.
Лечебные грязи (пелоиды), широко применяющиеся для оздоровления организма, улучшают обмен веществ и оказывают антибактериальное, противовоспалительное и обезболивающее действие благодаря насыщению организма недостающими микроэлементами и биологически активными веществами. Однако микробиологическая составляющая этих эффектов недостаточно изучена.
Цель исследования: Характеристика микробиома лечебных грязей, применяемых в Республике Татарстан, путем идентификации спектра культивируемых микроорганизмов с помощью молекулярного анализа бактериальных сообществ и определения их биоразнообразия и функционального потенциала на основе выявленных генетических детерминант.
Материал и методы: Дизайн исследования 5 образцов пелоидов (местные сапропели и торфяные отложения болот; 3 образца крымских сульфидных грязей) включал три основные методики: выделение и таксономическое определение культивируемых микроорганизмов методом времяпролетной масс-спектрометрии; молекулярный анализ бактериальных сообществ пелоидов с помощью высокопроизводительного секвенирования 16S РНК; выявление функционального профиля сообществ по их генетическим детерминантам с использованием инструмента Global Mapper на платформе iVikodak.
Результаты: Экспериментальные исследования подтвердили безопасность исследуемых пелоидов, в которых доминирующими были непатогенные культивируемые бактерии, принадлежащие в основном к родам Bacillus и Rhodococcus. Метагеномный анализ показал, что во всех образцах в различных соотношениях преобладали представители Firmicutes, Proteobacteria и Actinobacteria. Установлено как внутреннее биоразнообразие каждого образца, так и их различие между собой. На основе идентификации бактериальных генов определен функциональный профиль микробных сообществ. Выявлено, что все сообщества обладают способностью синтезировать антибиотики, а также разлагать опасные ксенобиотики — полиароматические углеводороды, циклические соединения и диоксины.
Заключение: Разнообразные микробные сообщества, идентифицированные в лечебных грязях, вносят вклад как в обезвреживание токсикантов в пелоидах, так и в антибактериальные свойства последних. Полученные приоритетные результаты создают фундаментальный базис для последующего изучения роли микробиома пелоидов различного происхождения в их оздоравливающем действии.
Keywords: biodiversity; functional profile; microbial communities; peloids; sanitary bacteriological analysis.