medlitГигиена и санитарияHygiene and Sanitation0016-99002412-0650Federal Scientific Center of Hygiene named after F.F. Erisman10.47470/0016-9900-2020-99-2-145-151medlit-200Research ArticleГИГИЕНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫENVIRONMENTAL HYGIENEОценка антропогенной инвазии микроскопических грибов в арктические экосистемы (архипелаг Шпицберген)Assessment of anthropogenic invasion of microfungi in Arctic ecosystems (exemplified by Spitsbergen archipelago)https://orcid.org/0000-0002-4736-2485КирциделиИрина ЮрьевнаKirtsideliIrina Yu.

Кандидат биол. наук, старший научный сотрудник лаборатории отдела микологии Ботанического института им. В.Л. Комарова РАН, 197376, Санкт-Петербург.

e-mail: microfungi@mail.ru

MD, Ph.D., DSci., leading researcher of the Mycology department of V.L. Komarov Botanical Institute of the Russian Academy of Science, St. Petersburg, 197376, Russian Federation.

e-mail: microfungi@mail.ru

microfungi@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0455-1462ВласовД. Ю.VlasovD. Yu.noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3588-8583ЗеленскаяМ. С.ZelenskayaM. S.noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0000-0003-1031-7661ИльюшинВ. А.IliushinV. A.noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8875-2263НовожиловЮ. К.NovozhilovYu. K.noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9259-7152ЧуркинаИ. В.ChurkinaI. V.noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4800-3345БаранцевичЕ. П.BarantsevichE. P.noemail@neicon.ruФГБУН Ботанический институт имени В.Л. Комарова Российской академии наукBotanical Institute of the Russian Academy of SciencesФГБУН Ботанический институт имени В.Л. Комарова Российской академии наук; ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный университет»Botanical Institute of the Russian Academy of Sciences; Saint-Petersburg State UniversityФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный университет»Saint-Petersburg State UniversityСеверо-Западный федеральный медицинский исследовательский центр им. В.А. Алмазова» Министерства здравоохранения Российской ФедерацииNorth-Western Almazov Federal Medical Research Center of the Russian Federation202023032020992145151Copyright © Кирцидели И.Ю., Власов Д.Ю., Зеленская М.С., Ильюшин В.А., Новожилов Ю.К., Чуркина И.В., Баранцевич Е.П., 20202020Кирцидели И.Ю., Власов Д.Ю., Зеленская М.С., Ильюшин В.А., Новожилов Ю.К., Чуркина И.В., Баранцевич Е.П.Kirtsideli I.Y., Vlasov D.Y., Zelenskaya M.S., Iliushin V.A., Novozhilov Y.K., Churkina I.V., Barantsevich E.P.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.rjhas.ru/jour/article/view/200Введение

Введение. Изменение микробных сообществ в полярных регионах является отражением происходящих климатических изменений и может служить одним из показателей состояния арктических экосистем. Целью данной работы было изучение микобиоты, развивающейся на антропогенных материалах, в почве и воздушной среде в пос. Баренцбург (архипелаг Шпицберген), для оценки распространения инвазивных видов и выявления условно патогенных микромицетов.

Материал и методы

Материал и методы. Материал для исследования был собран в период 2017-2018 гг. в ходе выполнения научно-исследовательских работ российской арктический экспедиции ААНИИ в районе пос. Баренцбург (расположенном на 78° с.ш, 14° в.д.) на арх. Шпицберген. Выделение микромицетов проводилось стандартными микробиологическими методами. Идентификацию микромицетов проводили по культурально-морфологическим признакам и по результатам секвенирования изолятов по регионам ITS1 и ITS2.

Результаты

Результаты. В результате исследований установлен высокий уровень биологической колонизации антропогенных субстратов, выявлены места накопления условно патогенных микроорганизмов. Было идентифицировано 24 вида микромицетов из образцов антропогенных материалов, 46 видов из аэромикоты и 43 вида из почв региона. Доминирующим по числу видов оказался род Penicillium (12 видов), за которым следуют Cladosporium, Aspergillus, Cadophora (по 3 вида). Антропогенное воздействие приводит к изменению видового состава, структуры и других характеристик комплексов микроскопических грибов на материалах, в аэромикоте и почвах арктических территорий. Для нарушенных экосистем установлено: 1) изменение структуры комплексов микромицетов и увеличение численности микроскопических грибов в аэромикоте и почве, 2) формирование аэромикоты происходит частично за счёт интродуцированных видов, 3) доминирование тёмноокрашенных грибов на антропогенных материалах, 4) среди микромицетов-интродуцентов значительную долю составили виды, являющиеся условными патогенами человека, 5) интродуцированные виды способны адаптироваться к арктическим условиям.

Заключение

Заключение. На примере пос. Баренцбург (арх. Шпицберген) показано, что антропогенное воздействие приводит к изменению основных характеристик комплексов микроскопических грибов арктических территорий.

Introduction

Introduction. The aim of this work was to study the mycobiota of anthropogenic materials, soil and air in the settlement Barentsburg (Spitsbergen archipelago), to assess the spread of invasive species and to identify potentially pathogenic microfungi.

Material and methods

Material and methods. The material for the study was collected in the period of research work of the Russian expedition of the AARI (2017-2018) in the area of the settlement Barentsburg (located at 78° N, 14° E). Isolation and identification of microfungi were carried out using standard microbiological methods according to cultural and morphological characteristics and sequencing in the ITS1 and ITS2 regions.

Results

Results. As a result of the research, a high level of microbiological colonization of anthropogenic substrates has been established, the places of accumulation of potentially pathogenic microorganisms were found out. 24 species of microfungi were identified from anthropogenic materials, 46 and 43 species from aeromycota and the soils of the observed territory. The genus Penicillium (12 species) prevailed by the number of species, followed by Cladosporium, Aspergillus, Cadophora (3 species each). For disturbed ecosystems the following peculiarities have been established: 1) a change in the structure of microfungi complexes and increase in the CFU number of microfungi at aeromycota and soil, 2) aeromycota formation occurs partly due to introduced species, 3) a clear dominance of dark-colored fungi on anthropogenic materials, 4) among the introduced microfungi a significant proportion were destructors of the materials as well as potentially human pathogens; 5) introduced species are able to adapt to arctic conditions.

Conclusion

Conclusion. On the example of the village of Barentsburg (arch. Svalbard) it is shown that anthropogenic impact leads to changes in the main characteristics of microscopic fungi complexes in the Arctic territories.

микобиотамикробные сообществаАрктикаантропогенное влияниеантропогенные субстратыпочвааэромикотаmicrobial communitiesmycobiotaArcticanthropogenic influenceanthropogenic substratessoilaeromycotaReferencesAMAP Arctic pollution 2006. Oslo: Arctic Monitoring and Assessment Programme; 2006.AMAP Arctic pollution 2006. Oslo: Arctic Monitoring and Assessment Programme; 2006.Christensen J.H., Hewitson B., Busuioc A., Chen A., Gao X., Held I. et al. Regional climate projections. In: Solomon S. et al. (eds). Climate change 2007. The physical science basis. Contribution of Working Group I to the fourth assessment report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge: Cambridge University Press; 2007: 849-940.Christensen J.H., Hewitson B., Busuioc A., Chen A., Gao X., Held I. et al. Regional climate projections. In: Solomon S. et al (eds). Climate change 2007. The physical science basis. Contribution of Working Group I to the fourth assessment report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge: Cambridge University Press; 2007: 849–940.Henry H.A.L. Climate change and soil freezing dynamics: historical trends and projected changes. Climatic Change. 2008; 87: 421-34.Henry H.A.L. Climate change and soil freezing dynamics: historical trends and projected changes. Climatic Change. 2008; 87: 421–34.Марфенина О.Е. Антропогенное изменение комплексов микроскопических грибов в почвах. Автореф. дис. … д-ра биол. наук. М.; 1999Marfenina O.E. Antropogenic changes in complexes of microfungi in soils [Antropogennoye izmeneniye kompleksov mikroskopicheskikh gribov v pochvakh]. Diss. Moscow; 1999. (in Russian)Fisk A.C., DeWit M., Wayland Z., Kuzyk N., Burgess R., Letcher B. et al. An assessment of the toxicological significance of anthropogenic contaminants in Canadian Arctic wildlife. Sci Total Environ. 2005: 351-93.Fisk A.C., DeWit M., Wayland Z., Kuzyk N., Burgess R., Letcher B. et al. An assessment of the toxicological significance of anthropogenic contaminants in Canadian Arctic wildlife. Sci Total Environ. 2005: 351–93.Anda E.E., Nieboer E., Dudarev A.A., Sandanger T.M., Odland J.O. Intra- and intercompartmental associations between levels of organochlorines in maternal plasma, cord plasma and breast milk, and lead and cadmium in whole blood, for indigenous peoples of Chukotka. J Environ Monit. 2007; 9: 884-93.Anda E.E., Nieboer E., Dudarev A.A., Sandanger T.M., Odland J.O. Intra- and intercompartmental associations between levels of organochlorines in maternal plasma, cord plasma and breast milk, and lead and cadmium in whole blood, for indigenous peoples of Chukotka. J Environ Monit. 2007; 9: 884–93.Nost T.H., Vestergren R., Berg V., Nieboer E., Odland J.O., Sandanger T.M. Repeated measurements of per- and polyfl uoroalkyl substances (PFASs) from 1979 to 2007 in males from northern Norway: Assessing time trends, compound correlations and relations to age/birth cohort. Environ Int. 2014; 67: 43-53.Nost T.H., Vestergren R., Berg V., Nieboer E., Odland J.O., Sandanger T.M. Repeated measurements of per- and polyfl uoroalkyl substances (PFASs) from 1979 to 2007 in males from northern Norway: Assessing time trends, compound correlations and relations to age/birth cohort. Environ Int. 2014; 67: 43–53.Зачиняева А.В., Лебедева Е.В. Микромицеты загрязнённых почв Северо-Западного региона России и их роль в патогенезе аллергических форм микозов. Микология и фитопатология. 2003; 37 (5): 69-74Zachinyaeva A.V., Lebedeva E.V. Micromycetes of polluted soils of the North-West region of Russia and their role in the pathogenesis of allergic forms of mycoses. Mikologiya i fitopatologiya. 2003; 37 (5): 69–74. (in Russian)Zalar P., Gunde-Cimerman N. Cold-Adapted Yeasts in Arctic Habitats. In: Buzzini P., Margesin R., eds. Cold-adapted yeasts. Berlin, Heidelberg: Springer; 2014: 49-74.Zalar P., Gunde-Cimerman N. Cold-Adapted Yeasts in Arctic Habitats. In: Buzzini P., Margesin R., eds. Cold-adapted yeasts. Berlin, Heidelberg: Springer; 2014: 49–74.Connell L.B., Rodriguez R.R., Redman R.S., Dalluge J.J. Cold-Adapted Yeasts in Antarctic Deserts. In: Buzzini P., Margesin R. (eds). Cold-adapted Yeasts. Berlin, Heidelberg: Springer; 2014: 76-98.Connell L.B., Rodriguez R.R., Redman R.S., Dalluge J.J. Cold-Adapted Yeasts in Antarctic Deserts. In: Buzzini P., Margesin R. (eds). Cold-adapted Yeasts. Berlin, Heidelberg: Springer; 2014: 76–98.Selbmann L., De Hoog G.S., Zucconi L., Isola D., Onofri S. Black yeasts in cold habitats. In: Buzzini P., Margesin R. (eds) Cold-adapted Yeasts. Berlin, Heidelberg: Springer; 2014: 173-90.Selbmann L., De Hoog G.S., Zucconi L., Isola D., Onofri S. Black yeasts in cold habitats. In: Buzzini P., Margesin R. (eds) Cold-adapted Yeasts. Berlin, Heidelberg: Springer; 2014: 173–90.Hassan N., Rafiq M., Hayat M., Shah A.A., Hasan F. Psychrophilic and psychrotrophic fungi: a comprehensive review. Rev Environ Sci Bio. 2016; 15 (2): 147-72.Hassan N., Rafiq M., Hayat M., Shah A.A., Hasan F. Psychrophilic and psychrotrophic fungi: a comprehensive review. Rev Environ Sci Bio. 2016; 15 (2): 147–72.Kirtsideli I.Yu., Vlasov D.Yu., Novozhilov Yu.K., Abakumov E.V., Barantsevich E.P. Assessment of Anthropogenic Influence on Antarctic Mycobiota in Areas of Russian Polar Stations. Contemp Probl Ecol. 2018; 11 (5): 449-57.Kirtsideli I.Yu., Vlasov D.Yu., Novozhilov Yu.K., Abakumov E.V., Barantsevich E.P. Assessment of Anthropogenic Influence on Antarctic Mycobiota in Areas of Russian Polar Stations. Contemp Probl Ecol. 2018; 11 (5): 449–57.Hisdal V. Svalbard nature and history. Oslo: Norwegian Polar Institute; 1998. 123 p.Hisdal V. Svalbard nature and history. Oslo: Norwegian Polar Institute; 1998. 123 p.Звягинцев Д.Г. Методы почвенной микробиологии и биохимии. М.: Издательство Московского университета; 1991. 304 с.Zvyagintsev D.G. Methods of soil microbiology and biochemistry [Metody pochvennoy mikrobiologii i biokhimii]. Moscow: MSU; 1991. 304 p. (in Russian)Пестова Н.Е., Баранцевич Е.П., Рыбкова Н.С., Козлова Н.С., Баранцевич Н.Е. Изучение эффективности применения метода секвенирования ДНК по фрагменту гена 16S PPHK для идентификации микроорганизмов. Профилактическая и клиническая медицина. 2011; 4 (41): 54-5.Pestova N.E., Barantsevich E.P., Ribkova N.S., Kozlova N.S., Barantsevich N.E. Study of effectiveness of sequeness of fragement of 16S RRNA gene in idenrification of microorganisms. Profilakticheskaya i klinicheskaya meditsina. 2011; 4 (41): 54–5. (in Russian)Hoch H.C., Galvani C.D., Szarowski D.H., Turner J.N. Two new fluorescent dyes applicable for visualization of fungal cell walls. Mycologia. 2005; 97 (3): 580-8.Hoch H.C., Galvani C.D., Szarowski D.H., Turner J.N. Two new fluorescent dyes applicable for visualization of fungal cell walls. Mycologia. 2005; 97 (3): 580–8.Polyanskaya L.M., Zvyagintsev D.G. The content and composition of microbial biomass as an index of the ecological status of soil. Eurasian J Soil Sci. 2005; 38 (6): 625-33.Polyanskaya L.M., Zvyagintsev D.G. The content and composition of microbial biomass as an index of the ecological status of soil. Eurasian J Soil Sci. 2005; 38 (6): 625–33.Kirtsideli I. Yu., Vlasov D.Yu., Abakumov E.V., Barantsevich E.P., Novozhilov Ju.K., Krylenkov V.A. et al. Airborne fungi in arctic settlement Tiksi (Russian Arctic, coast of the Laptev Sea). Czech polar Rep. 2017; 7 (2): 300-10.Kirtsideli I. Yu., Vlasov D.Yu., Abakumov E.V., Barantsevich E.P., Novozhilov Ju.K., Krylenkov V.A. et al. Airborne fungi in arctic settlement Tiksi (Russian Arctic, coast of the Laptev Sea). Czech polar Rep. 2017; 7 (2): 300–10.Кирцидели И.Ю., Власов Д.Ю., Крыленков В.А., Соколов В.Т. Аэромикота в районах расположения арктических станций России в акваториях Белого, Баренцевого и Карского морей. Микология и фитопатология. 2011; 45 (3): 228-39.Kirtsideli I.Yu., Vlasov D.Yu., Krylenkov V.A., Sokolov V.T. Aeromikota in locations of the Russian Arctic stations in the water areas of the White, Barents and Kara Seas. Mikologiya i fitopatologiya. 2011; 45 (3): 228–39. (in Russian)Кирцидели И.Ю., Власов Д.Ю., Крыленков В.А., Ролле Н.Н., Баранцевич Е.П., Соколов В.Т. Сравнительное исследование аэромикоты арктических станций по Северному морскому пути. Экология человека. 2018; 4: 16-21.Kirtsideli I.Yu., Vlasov D.Yu., Krylenkov V.A., Rolle N.N., Barantsevich E.P., Sokolov V.T. Comparative Study of Airborne Fungi at Arctic Stations Near Water Area of the Northern Sea Route. Ekologiya cheloveka [Human Ecology]. 2018; 4: 16–21. (in Russian)Кирцидели И.Ю. Почвенные микромицеты арктических тундр таймырского побережья Карского моря. Микология и фитопатология. 1999; 33 (1): 19-24.Kirtsideli I.Yu. Soil micromycetes from arctic tundras of Kara sea Taymir coast. Mikologiya i fitopatologiya. 1999; 33 (1): 19–24. (in Russian)Korneykova M.V., Evdokimova G.A. Microbiota of the ground air layers in natural and industrial zones of the Kola arctic. J Environ Sci Health A Tox Hazard Subst Environ Eng. 2018; 53 (3): 271-7.Korneykova M.V., Evdokimova G.A. Microbiota of the ground air layers in natural and industrial zones of the Kola arctic. J Environ Sci Health A Tox Hazard Subst Environ Eng. 2018; 53 (3): 271–7.Singh S.M., Singh S.K., Yadav L.S., Singh P.N., Ravindra R. Filamentous soil fungi from Ny-Ålesund, Spitsbergen, and screening for extracellular enzymes. Arctic. 2012; 65 (1): 45-55.Singh S.M., Singh S.K., Yadav L.S., Singh P.N., Ravindra R. Filamentous soil fungi from Ny-Ålesund, Spitsbergen, and screening for extracellular enzymes. Arctic. 2012; 65 (1): 45–55.Kurek E., Korniłowicz-Kowalska T., Słomka A., Melke J. Characteristics of soil filamentous fungi communities isolated from various micro relief forms in the high Arctic tundra (Bellsund region, Spitsbergen). Pol Polar Res. 2007; 28: 57-73.Kurek E., Korniłowicz-Kowalska T., Słomka A., Melke J. Characteristics of soil filamentous fungi communities isolated from various micro relief forms in the high Arctic tundra (Bellsund region, Spitsbergen). Pol Polar Res. 2007; 28: 57–73.Матвеева Н.В., Заноха Л.Л., Афонина О.М., Потемкин А.Д., Патова Е.Н., Давыдов Д.А. и соавт. Растения и грибы полярных пустынь Северного полушария. Российская академия наук, Ботанический институт им. В.Л. Комарова. СПб.: Марафон; 2015Matveeva N.V., Zanokha L.L., Afonina O.M., Potemkin A.D., Patova E.N., Davydov D.A. et al. Plants and fungi of the polar deserts of the Northern Hemisphere [Rasteniya i griby polyarnykh pustyn’ Severnogo polushariya]. Komarov Botanical Institute RAS. Saint-Petersburg: Marafon; 2015. (in Russian)Pang K.L., Chiang M.W., Vrijmoed L.L.P. Havispora longyearbyenensis gen. et sp. nov.: An arctic marine fungus from Svalbard, Norway. Mycologia. 2008; 100: 291-5.Pang K.L., Chiang M.W., Vrijmoed L.L.P. Havispora longyearbyenensis gen. et sp. nov.: An arctic marine fungus from Svalbard, Norway. Mycologia. 2008; 100: 291–5.Zhang T., Wang N.F., Liu H.Y., Zhang Y.Q., Yu L.Y. Soil pH is a Key Determinant of Soil Fungal Community Composition in the Ny-Ålesund Region, Svalbard (High Arctic). Front Microbiol. 2016; 7: 227. https://doi.org/10.3389/fmicb.2016.00227Zhang T., Wang N.F., Liu H.Y., Zhang Y.Q., Yu L.Y. Soil pH is a Key Determinant of Soil Fungal Community Composition in the Ny-Ålesund Region, Svalbard (High Arctic). Front Microbiol. 2016; 7: 227. https://doi.org/10.3389/fmicb.2016.00227Zhu R., Chen Q., Ding W., Xu H. Impact of seabird activityon nitrous oxide and methan efluxes from High Arctic tundra in Svalbard, Norway. J Geophys Res. 2012; 117: G04015. https://doi.org/10.1029/2012JG002130Zhu R., Chen Q., Ding W., Xu H. Impact of seabird activityon nitrous oxide and methan efluxes from High Arctic tundra in Svalbard, Norway. J Geophys Res. 2012; 117: G04015. https://doi.org/10.1029/2012JG002130Ali S.H., Alias S.A., Siang H.Y., Smykla J., Pang K.L., Guo S.Y. Studies on diversity of soil microbfungi in the Hornsundarea. Spitsbergen. Pol Polar Res. 2013; 34: 39-54. https://doi.org/10.2478/popore-2013-0006Ali S.H., Alias S.A., Siang H.Y., Smykla J., Pang K.L., Guo S.Y. Studies on diversity of soil microbfungi in the Hornsundarea. Spitsbergen. Pol Polar Res. 2013; 34: 39–54. https://doi.org/10.2478/popore-2013-0006Cox F., Newsham K.K., Bol R., Dungait J.A., Robinson C.H. Not poles apart: Antarctic soil fungal communities show similarities to those of the distant Arctic. Ecol Lett. 2016; 19 (5): 528-36.Cox F., Newsham K.K., Bol R., Dungait J.A., Robinson C.H. Not poles apart: Antarctic soil fungal communities show similarities to those of the distant Arctic. Ecol Lett. 2016; 19 (5): 528–36.Кочкина Г.А., Иванушкина Н.Е., Озерская С.М. Структура микобиоты многолетней мерзлоты. Микология сегодня. 2011; 2: 178-84Kochkina G.A., Ivanushkina N.E., Ozerskaya S.M. Structure of mycobiota of permafrost. Mikologiya segodnya. 2011; 2: 178–84. (in Russian)Ozerskaya S., Kochkina G., Ivanushkina N., Gilichinsky D.A. Fungi in permafrost. In: Margesin R., ed. Permafrost soils. Springer; 2009: 85-95.Ozerskaya S., Kochkina G., Ivanushkina N., Gilichinsky D.A. Fungi in permafrost. In: Margesin R., ed. Permafrost soils. Springer; 2009: 85–95.Buzzini P., Branda E., Goretti M., Turchetti B. Psychrophilic yeasts from worldwide glacial habitats: diversity, daptation strategies and biotechnological potential. FEMS Microbiol Ecol. 2012; 82 (2): 217-41.Buzzini P., Branda E., Goretti M., Turchetti B. Psychrophilic yeasts from worldwide glacial habitats: diversity, daptation strategies and biotechnological potential. FEMS Microbiol Ecol. 2012; 82 (2): 217–41.Санитарные правила СП 1.3.2322-08. Безопасность работы с микроорганизмами III-IV групп патогенности (опасности) и возбудителями паразитарных инфекцийSanitary rules SP 1.3.2322-08 «Security work with microorganisms of III–IV pathogenicity groups (hazard) and agents of parasitic infections»; 2008. (in Russian)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.