1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Биология моря
  4. T. 47, № 3, 2021

Биология моря, 2021, T. 47, № 3, стр. 209-216

Таксономическое разнообразие культивируемых углеводородокисляющих бактерий в Японском море

Е. А. Богатыренко 1, *, А. В. Ким 1, 2, Т. И. Дункай 1, 3, А. Л. Пономарева 4, А. И. Еськова 1, 4, М. Л. Сидоренко 1, 2, А. К. Окулов 4

1 Дальневосточный федеральный университет
690950 Владивосток, Россия

2 Федеральный научный центр биоразнообразия ДВО РАН
690022 Владивосток, Россия

3 Национальный научный центр морской биологии им. А.В. Жирмунского ДВО РАН
690041 Владивосток, Россия

4 Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева ДВО РАН
690041 Владивосток, Россия

* E-mail: bogatyrenko.ea@dvfu.ru

Поступила в редакцию 09.07.2020
После доработки 05.11.2020
Принята к публикации 10.02.2021

Полный текст (PDF)

Аннотация

Из трех акваторий Японского моря с разным уровнем антропогенного загрязнения изолированы 137 штаммов мезофильных и психротолерантных углеводородокисляющих бактерий. Определена таксономическая принадлежность культивируемых бактерий из поверхностных вод и донного осадка, которые участвуют в биодеградации нефтяных углеводородов в данном регионе. Выделенные микроорганизмы относятся к филумам Actinobacteria, Firmicutes и Proteobacteria. Впервые углеводородокисляющая способность обнаружена у бактерий Okibacterium sp., Lechevalieria flava, Patulibacter sp., P. minatonensis, Gracilibacillus massiliensis, Thalassobacillus sp., Virgibacillus dokdonensis, Chryseomicrobium amylolyticum, Jeotgalibacillus marinus, Moraxella osloensis, Idiomarina maritima и I. piscisalsi. Полученные результаты позволили расширить знания о возможности биодеградации поллютантов представителями отдельных таксонов в морской среде.

Ключевые слова: биоразнообразие, углеводородокисляющие бактерии, нефть, углеводороды, Японское море

Экосистема Японского моря характеризуется уникальным разнообразием обитающих в нем организмов, что обусловлено своеобразными физико-географическими особенностями региона. Вместе с тем здесь наблюдается высокая степень антропогенного воздействия, связанная с увеличением численности населения, урбанизацией побережий, индустриализацией и развитием туризма. Источниками загрязнения Японского моря являются объекты целлюлозно-бумажной, электроэнергетической и нефтегазодобывающей промышленности, жилищно-коммунального хозяйства, а также судостроительные и судоремонтные предприятия, торговый и военно-морской флот. Высокая антропогенная нагрузка в прибрежье и в районах активного судоходства неизбежно приводит к хроническому загрязнению этих акваторий различными поллютантами, в том числе нефтью и нефтепродуктами (Огородникова, 2001).

Для сохранения и поддержания стабильности морских экосистем необходимы разработка и внедрение экологически безопасных методов борьбы с последствиями возможных нефтяных и топливных разливов. Наиболее перспективным способом решения этой проблемы может стать биоремедиация с использованием широких возможностей метаболического потенциала морских микроорганизмов. Поиск микроорганизмов, способных к деструкции нефтяных углеводородов (НУ), в частности, в условиях низких температур, является актуальной научной задачей.

Исследования, проведенные в последние годы, свидетельствуют о целесообразности использования для биоремедиации аборигенных микроорганизмов, которые способны к деградации НУ в определенных экологических условиях. В связи с этим особое внимание необходимо уделять изучению видового разнообразия и биологических свойств микроорганизмов в конкретном регионе.

К наиболее распространенным в морской среде углеводородокисляющим микроорганизмам (УВОМ) относятся бактерии родов Mycobacterium, Brevibacterium, Corynebacterium, Rhodococcus и Arthrobacter. Как правило, их выделяют в районах с сильным нефтяным загрязнением (Коронелли и др., 1987, 1994; Алекперова, 2009). Способностью к окислению НУ обладают также бактерии родов Acinetobacter, Achromobacter, Bacterium, Bacillus, Micrococcus и Pseudomonas. Другие представители УВОМ более специфичны для отдельных акваторий. Так, например, в Персидском заливе выявлены углеводородокисляющие виды родов Haloferax, Halobacterium и Halococcus (Al-Mailem et al., 2010). В Индийском океане обнаружены новые виды протеобактерий с углеводородокисляющей активностью, это Altererythrobacter marinus (Lai et al., 2009) и Nitratireductor indicus (Lai et al., 2011). К уникальным УВОМ Жёлтого моря отнесены бактерии родов Algoriphagus, Aestuariibacter, Celeribacter, Fabibacter, Zobellia, Tenacibaculum, Citreicella, Roseivirga, Winogradskyella, Thioclava, Polaribacter и Pelagibaca (Wang et al., 2014).

Информация об УВОМ дальневосточных морей в научной литературе практически отсутствует. В результате исследования микробиоты Берингова моря выявлена способность к деструкции НУ у бактерий родов Bacillus, Pseudomonas, Micrococcus, Pseudobacterium, Achromobacter, Bacterium и Brevibacterium (Израэль, Цыбань, 1989). Нефтеокислители Охотского моря представлены видами родов Cobetia, Pseudoalteromonas, Oceanisphaera, Shewanella, Pseudomonas, Marinomonas и Thalassospira (Buzoleva et al., 2017).

Сведений об углеводородокисляющей микробиоте Японского моря и её участии в самоочищении экосистемы также недостаточно, несмотря на хроническое загрязнение этого региона нефтепродуктами. Публикации в основном посвящены исследованию сезонной динамики численности УВОМ в прибрежных районах с разной антропогенной нагрузкой (Бойченко и др., 2009). В ряде работ определены нефтеокисляющие свойства отдельных штаммов бактерий, выделенных из поверхностных вод, а также рассмотрена возможность их использования для биоремедиации (Hara et al., 2003; Chaerun et al., 2004; Голозубова и др., 2018). Японские авторы (Tanaka et al., 2008) на основе результатов молекулярно-генетических исследований прибрежных вод Японского моря высказали предположение о существенной роли цианобактерий и представителей рода Alcanivorax в самоочищении данного района. Таким образом, в настоящее время отсутствуют сведения о комплексных исследованиях таксономического состава и свойств УВОМ в водной толще и донных осадках Японского моря.

Цель нашей работы − изучение таксономического разнообразия культивируемых углеводородокисляющих бактерий из поверхностных вод и донных осадков Японского моря.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА

Характеристика районов исследования и отбор проб

Материалом для работы послужили пробы поверхностных вод и верхнего окисленного слоя донных осадков Японского моря, полученные в 2018 и 2019 гг. в ходе экспедиционных работ на НИС “Академик М.А. Лаврентьев” (рейсы № 81 и 88), а также во время береговых экспедиций. Исследования проводили на 50 станциях в трех районах: в северной части Японского моря (между 43°25′ и 44°36′ с.ш.; 136°32′ и 137°51′ в.д.), в зал. Петра Великого (между 42°16′ и 43°09′ с.ш.; 130°56′ и 133°02′ в.д.) и в западной части Японского моря (между 36°42′ и 42°13′ с.ш.; 130°12′ и 131°13′ в.д.) (рис. 1).

Рис. 1.

Районы исследований в Японском море. 1 – зал. Петра Великого, 2 – западная часть Японского моря, 3 – северная часть Японского моря.

Все исследованные районы испытывают мощное влияние антропогенного пресса, включая загрязнение нефтью и нефтепродуктами. На большей части береговой линии зал. Петра Великого располагаются населенные пункты, промышленные и сельскохозяйственные предприятия, железная дорога. На акватории залива находятся крупные морские порты Владивосток, Находка, Большой Камень и Посьет, а также специализированный морской нефтеналивной порт Козьмино. По результатам исследований, проведенных в 2017 г., в большинстве прибрежных акваторий зал. Петра Великого отмечено увеличение численности нефтеокисляющего бактериопланктона (Доклад…, 2018).

Станции отбора проб в северной и западной частях Японского моря также находились в районах активного судоходства. Акватории в западной части моря испытывают влияние терригенных стоков крупных населенных пунктов Корейской Народно-Демократической Республики и Республики Корея. В северной части Японского моря станции отбора проб находились в зоне холодного Приморского течения. На берегу этого района отсутствуют крупные населенные пункты, однако здесь расположены предприятия по добыче бора, олова, свинца и других полиметаллических руд (ЗАО “Горно-химическая компания Бор”, АО “ГМК “Дальполиметалл”).

Образцы осадков получали, руководствуясь нормативными документами, а также методическими рекомендациями и требованиями к отбору проб донных отложений водных объектов для анализа на загрязненность (ПНД Ф 12.1:2:2.2:2.3:3.2–03). В зависимости от расположения станций глубина отбора проб донных осадков варьировала от 5 до 3670 м от поверхности моря. В морских экспедициях для отбора донных отложений использовали гравитационную геологическую трубку. Трубка имела утяжеленную конструкцию; длина приемной части керна составляла 4 м. В береговых экспедициях пробы брали пробоотборником из нержавеющей стали объемом 500 мл. Окисленный слой стерильно отбирали ложкой во флакон для хранения. С момента отбора проб до начала исследований образцы хранили в морозильной камере при температуре −30°С.

Для микробиологического анализа поверхностных вод с помощью батометра Паталаса с глубины 2–5 м отбирали по 1.5 л морской воды, которую пропускали через полимерные фильтры (Millipore, США) с диаметром пор 0.22 мкм. Полученные пробы использовали для дальнейших исследований.

Выделение углеводородокисляющих бактерий из проб воды и донных осадков

Для получения коллекции культур углеводородокисляющих бактерий (УВОБ) в качестве источника НУ использовали флотский мазут как один из нефтепродуктов, наиболее характерных для антропогенного загрязнения морской среды. Для создания накопительных культур УВОБ донные осадки и фильтры с биомассой помещали в минеральную среду Ворошиловой−Диановой со стерильным флотским мазутом (2.5%) в качестве единственного источника углерода (Патент РФ № 2520084). В состав минеральной среды (г/л дистиллированной воды) входили NaCl – 10.0, NHNO3 – 1.0, K2HPO4 – 1.0, KH2PO4 – 1.0, MgSO4 – 0.2, CaCl2 – 0.02 и FeCl2 – 2 капли насыщенного раствора. Инкубацию проводили в течение 10 сут при температуре 22°С и 30 сут при температуре 5°С. Для получения чистых культур УВОБ их высевали на аналогичную агаризованную среду и выращивали в тех же условиях. После инкубации полученные изолированные колонии переносили на свежую среду для дальнейшей работы.

Для изучения физиологических особенностей полученных микробных штаммов проводили их инкубацию на среде Ворошиловой−Диановой с добавлением 2.5% мазута, летнего дизельного топлива или нефти марки “Vityaz” при температуре 22°С в течение 7–15 сут и при температуре 5°С в течение 15–30 сут. Отмечали способность каждого штамма расти на среде с тем или иным субстратом при средней и низкой температуре.

Молекулярно-генетическая идентификация углеводородокисляющих бактерий и филогенетический анализ

Геномную ДНК из культур бактерий выделяли с помощью коммерческого набора “Genomic DNA purification kit” (Thermo Fisher Scientific, США) в соответствии с инструкцией производителя. Фрагмент гена 16S рРНК амплифицировали с использованием пары праймеров 27F (5'-AGAGTTTGATCATGGCTCAG-3') и 1350R (5'-GACGGGCGGTGTGTACAAG-3') (Lane et al., 1985). Продукты ПЦР в электрофорезной камере разделяли в 1% агарозном геле с добавлением этидиум бромида. Продукты амплификации нужной длины вырезали из геля и экстрагировали, замораживая при температуре −80°С (30 мин) и центрифугируя при 13.4 тыс. об/мин в течение 20 мин. Полученные ПЦР-продукты секвенировали по методу Сэнгера, используя набор реактивов “Big Dye Terminator v.3.1 Cycle Sequencing Kit” (Thermo Fisher Scientific, США), на генетическом анализаторе ABI 3500 Genetic Analyser (Applied Biosystems, США) в ЦКП “Биотехнология и генная инженерия” ФНЦ Биоразнообразия ДВО РАН.

Филогенетический анализ проводили путем поиска гомологичных последовательностей в международном банке данных (GenBank) с помощью программы BLAST (Altschul et al., 1997) (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/blast). Редактирование последовательностей выполнено в редакторе BioEdit; для выравнивания последовательностей использовали алгоритм программы CLUSTAL W (http://www.genebee.msu.su/clustal). Филогенетическое дерево построено с использованием метода ближайших соседей (neighbor-joining) на основе алгоритма Kimura two-parameters в программе MEGA 7 (Kumar et al., 2016). Показатель достоверности порядка ветвления определяли на основании bootstrap-анализа 100 альтернативных деревьев.

Нуклеотидные последовательности фрагментов гена 16S рРНК отдельных штаммов бактерий депонированы в базе данных GenBank под номерами: MT280154, MT328549–MT328554, MT328559, MT328563–MT328565, MT328567, MT328568, MT328609, MT328610, MT328615, MT328619, MT328624, MT328625, MT328631, MT328634, MT328635, MT328639, MT328736, MT328737, MT328750, MT328751, MT328759, MT328760, MT328762, MT328781, MT328782, MT328802, MT328803, MT328827, MT328828, MT328859, MT328902, MT332430, MT332431, MT332685, MT332706, MT332713, MT333204, MT333206, MT333207, MT333220, MT333236, MT333237, MT333245 и MT337509. В базу данных внесены сведения о микроорганизмах, идентифицированных нами до вида, о психротолерантных штаммах бактерий, а также о тех бактериальных штаммах, для которых углеводородокисляющая способность показана впервые в нашем исследовании.

Таблица 1.  

Субстратная специфичность психротолерантных штаммов бактерий, выделенных из Японского моря

Станция отбора проб, координаты Источник выделения штамма Вид и название штамма (acc. № гена 16S рРНК) Рост при температуре 5°С
ЛТД мазут нефть
Зал. Петра Великого (порт Находка), 42°49′ N, 132°54′ E Вода Micrococcus yunnanensis NH_8-1K (MT280154) + + –
Enterobacter sp. NH_8-3K (MT328552) + + –
Bacillus mycoides NH_8-6K (MT328549) + + –
Зал. Петра Великого, 42°43′ N, 131°59′ E Осадки, 67 м Rhodococcus sp. AP_21102 (MT328750) + + –
Thalassobacillus sp. AP_21102-3 (MT332713) + + +
Planomicrobium chinense AP_21102-5 (MT332706) + + +
Okibacterium sp. AP_21104-1 (MT328563) + + +
Зал. Петра Великого, 42°28′ N, 132°34′ E Осадки, 232 м Bacillus subtilis AP_211722-1 (MT328615) + + +
Зал. Петра Великого, 42°30′ N, 132°41′ E Осадки, 174 м Mycolicibacterium vanbaalenii AP_211823-1 (MT328635) + + +
Paenibacillus ehimensis AP_211823-3 (MT328625) + + +
Зал. Петра Великого, 42°39′ N, 133°02′ E Осадки, 90 м Idiomarina piscisalsi AP_212229 (MT328631) + + +
Северная часть Японского моря, 43°34′ N, 137°45′ E Осадки, 3617 м Williamsia muralis LV81-1jGC_4S (MT328759) + + +
Patulibacter minatonensis LV81-1jGC_13S (MT328781) + + –
Bacillus thuringiensis LV81-1jGC_14S (MT333237) + + +
Северная часть Японского моря, 43°25′ N, 137°51′ E Осадки, 3656 м Williamsia sp. LV81-01GC_5S (MT328782) + + +
Micrococcus sp. LV81-01GC_15S (MT328564) + + +
Bacillus thuringiensis LV81-01GC_16S (MT328828) + + +

Примечание. ЛТД – летнее дизельное топливо.

РЕЗУЛЬТАТЫ

В ходе изучения материала, отобранного на 50 станциях в Японском море, в пробах с 42 станций обнаружены накопительные культуры УВОБ. Со всех точек отбора всего удалось выделить 137 штаммов бактерий: 49 из донных осадков и 88 из поверхностных вод.

Изучение таксономического положения полученных культур показало, что они относятся к бактериям филумов Actinobacteria, Firmicutes и Proteobacteria. Доля штаммов филума Actinobacteria, выделенных из воды, составила 55.68% (49 штаммов), из донных осадков – 59.18% (29 штаммов). Доля штаммов филума Firmicutes, выделенных из воды, составила 29.54% (26 штаммов), из донных осадков – 32.66% (16 штаммов). Proteobacteria оказались наименее представленной группой: из воды выделено 13 штаммов (14.78%), из осадков – 4 штамма (8.16%).

Микробиота филума Actinobacteria была представлена 11 родами и 17 видами. По количеству выделенных изолятов доминировали бактерии родов Micrococcus (20 изолятов, отнесенных к Micrococcus sp., M. luteus и M. yunnanensis) и Corynebacterium (18 изолятов, отнесенных к Corynebacterium sp.). Остальные штаммы актинобактерий идентифицированы как Mycolicibacterium vanbaalenii, Rhodococcus fascians, Rhodococcus sp., Williamsia muralis, Williamsia sp., Microbacterium sp., Okibacterium sp., Arthrobacter sp., Lechevalieria flava, Streptomyces sp., Patulibacter minatonensis и Patulibacter sp.

Филум Firmicutes был представлен 10 родами и 16 видами. Чаще других из среды выделяли бактерий рода Bacillus (28 изолятов, отнесенных к B. subtilis, B. megaterium, B. cereus, B. mycoides, B. aquimaris и B. thuringiensis). Остальные штаммы идентифицированы как Gracilibacillus massiliensis, Psychrobacillus soli, Thalassobacillus sp., Virgibacillus dokdonensis, Paenibacillus ehimensis, P. polymyxa, Chryseomicrobium amylolyticum, Jeotgalibacillus marinus, Planococcus halocryophilus и Planomicrobium chinense.

К Proteobacteria относились бактерии семи родов и 10 видов. Больше всего изолировано видов рода Acinetobacter (A. johnsonii, A. marinus, Acinetobacter sp.). Из других представителей протеобактерий обнаружены виды Idiomarina maritima, I. piscisalsi, Enterobacter sp., Cobetia marina, Thalassolituus oleivorans, Moraxella osloensis и Pseudomonas sp.

На следующем этапе работы изучали способность выделенных штаммов расти на средах с нефтью и нефтепродуктами (летнее дизельное топливо и флотский мазут) при температуре 22° и 5°С. В результате было показано, что при температуре 22°С на средах с данными субстратами росли все штаммы исследованных бактерий. При температуре 5°С на средах с дизельным топливом и мазутом росли 17 штаммов бактерий, а на среде с нефтью – лишь 12 штаммов (табл. 1).

ОБСУЖДЕНИЕ

Таксономическое разнообразие углеводородокисляющих бактерий, изолированных из воды и донных осадков Японского моря

Полученная нами коллекция представлена преимущественно грамположительной микробиотой, в то время как наиболее активные виды УВОБ из ближайшего Охотского моря были грамотрицательными (Buzoleva et al. 2017). Возможно, что микробные сообщества Японского моря в выбранных нами акваториях испытывают большее влияние терригенных стоков, чем сообщества Охотского моря. В целом углеводородокисляющая микробиота осадков характеризовалась более высоким разнообразием, чем таковая воды, что, вероятно, связано с выраженной неоднородностью физико-химических характеристик донных отложений на разных глубинах.

Анализ данных показывает, что в полученной нами коллекции культивируемых УВОБ Японского моря представлены как типичные окислители нефтеуглеводородов, так и уникальные.

Согласно литературным данным, виды обнаруженных нами родов Corynebacterium, Rhodococcus, Streptomyces, Micrococcus, Pseudomonas, Enterobacter, Bacillus (Paenibacillus), Acinetobacter и Arthrobacter довольно часто встречаются в морской среде и обладают углеводородокисляющей способностью. На основе этих микроорганизмов созданы некоторые коммерческие препараты для устранения нефтяных загрязнений (Das, Chandran, 2011). Углеводородокисляющие изоляты Microbacterium чаще всего выделяют из почвы, но опубликованы сведения и о морских углеводородокисляющих представителях этого таксона (Dashti et al., 2015). Таким образом, подавляющее большинство нашей коллекции относится к группе наиболее распространенных в водной и почвенной среде УВОМ.

Особого внимания заслуживают полученные нами штаммы бактерий, у которых углеводородокисляющая способность обнаружена впервые (рис. 2). Среди представителей филума Firmicutes это Gracilibacillus massiliensis, Thalassobacillus sp., Virgibacillus dokdonensis, Chryseomicrobium amylolyticum и Jeotgalibacillus (Marinibacillus) marinus.

Рис. 2.

Филогенетическое дерево, построенное на основе анализа последовательностей фрагментов гена 16S рРНК бактерий, изолированных из воды и донных осадков Японского моря, для которых углеводородокисляющая способность показана впервые. Дендрограмма построена на основе алгоритма метода объединения ближайших соседей (NJ). Последовательности, полученные в данной работе, отмечены чёрным кружком. Масштаб соответствует двум нуклеотидным заменам на каждые 100 п.н. Представлены значения бутстреп поддержки выше 50%.

У штамма Thalassobacillus sp. AP_21102-3 (MT332713) выявлена высокая степень родства (99.29%) с изолятами, полученными из воды (MH410548) и засоленной почвы (MH627225). Углеводородокисляющая активность бактерий этого рода пока не изучена, хотя опубликованы сведения о способности штамма Thalassobacillus devorans G‑19.1T (AJ717299) разлагать фенол (García et al., 2005).

Ближайшим гомологом штамма Chryseomicrobium amylolyticum AP_213962 (MT337509) стал C. amylolyticum 0136 (KP236269), выделенный с морской водоросли Thalassia hemprichii из прибрежной зоны Китая. Разные виды Chryseomicrobium ранее были обнаружены также в донных отложениях Аравийского моря (Farha et al., 2018) и в воде Бенгальского залива (Arora et al., 2011).

Интересно отметить, что нуклеотидная последовательность штамма Jeotgalibacillus marinus VL_204M (MT332685) имела одинаково высокий процент гомологии (99.74%) с изолятами с противоположных частей Земли: Marinibacillus (Jeotgalibacillus) marinus R-42990 (FR691459) получен из Антарктики, а Marinibacillus (Jeotgalibacillus) sp. NP15 (EU196342) – с Канадского Арктического архипелага.

Примечательно, что ближайшими гомологами штаммов Virgibacillus dokdonensis AP_215685 (MT333236) и Gracilibacillus massiliensis AP_214468 (MT333207) являются культуры, полученные из кишечника трепангов (Echinodermata: Holothuroidea). Известно, что по типу питания трепанги детритофаги-грунтоеды, и этим обусловлено обилие в их пищеварительном тракте почвенных микроорганизмов, особенно представителей семейства Bacillaceae (Bogatyrenko, Buzoleva, 2016). Согласно литературным данным, виды родов Virgibacillus и Gracilibacillus часто являются галофилами и характерны для экосистем почв, морей и озер (Guan et al., 2017; Zeaiter et al., 2019).

У четырех видов бактерий филума Actinobacteria Okibacterium sp., Lechevalieria flava, Patulibacter sp. и Patulibacter minatonensis способность утилизировать НУ обнаружена впервые. Анализ нуклеотидной последовательности штамма Okibacterium sp. AP_21104-1 (MT328563) показал одинаковый процент гомологии (98.85%) с почвенными штаммами, зарегистрированными в GenBank под номерами KJ482856 и MF872597. Чаще всего изоляты Okibacterium выявляют среди ассоциантов разных видов растений (Evtushenko et al., 2002; Wang et al., 2015). Нам удалось впервые выделить эти бактерии из морских донных отложений.

Штамм Lechevalieria flava VL_203M (MT332430) выделен из воды бухты Золотой Рог (зал. Петра Великого). Микроорганизмы этого вида относятся к семейству Pseudonocardiaceae и в большинстве случаев выделяются из почвы. L. flava известен как продуцент мадумицина – антибиотика класса стрептограминов (Gauze et al., 1974).

Бактерии рода Patulibacter найдены и описаны относительно недавно (Takahashi et al., 2006). Как правило, они встречаются в почве и в ризосфере некоторых растений. Сравнительный анализ показал, что обе полученные нами культуры Patulibacter имеют высокую степень генетического сходства друг с другом и кластеризуются с коллекционными штаммами и со штаммами, выделенными из почвы Антарктиды.

Среди представителей филума Proteobacteria, у которых впервые обнаружена углеводородокисляющая активность, оказались три вида: Moraxella osloensis, Idiomarina maritima и I. piscisalsi. Бактерии вида M. osloensis относятся к условно-патогенной микробиоте человека и способны вызывать пневмонию, менингит, синусит и ряд других инфекционных заболеваний. Нуклеотидная последовательность полученного нами штамма M. osloensis AP_211824-4 (MT328624) имела наибольшее сходство (99.62%) с таковой штаммов, полученных из почвы (MT093343) и донных осадков озера (MN822626). Сведения об использовании бактериями этого вида НУ в качестве единственного источника углерода расширяют знания о возможности существования условно-патогенных микроорганизмов вне организма хозяина.

Ко времени написания данной статьи к роду Idiomarina относили 30 видов бактерий, характерной особенностью которых является способность расти в условиях высокой солености (до 15%). В ходе нашей работы из донных осадков выделен штамм I. piscisalsi AP_212229 (MT328631), а из поверхностной воды – штамм I. maritima AP_2139-3W (MT328827). Нуклеотидные последовательности обоих штаммов имели наибольшее сходство с изолятами, полученными из морской среды.

Необходимо отметить, что большинство видов бактерий, углеводородокисляющая активность которых впервые описана в нашей работе, выделены из зал. Петра Великого вблизи урбанизированных территорий. Вероятно, в условиях хронического антропогенного загрязнения различными поллютантами формируются сообщества микроорганизмов, устойчивые к действию высоких концентраций нефтеуглеводородов.

Углеводородокисляющая активность выделенных штаммов бактерий

Все штаммы, проявившие способность к росту на среде с НУ в качестве единственного источника углерода при температуре 5°С, хорошо росли и при более высокой температуре, что указывает на их психротолерантность. Эта группа микроорганизмов демонстрирует активность при температуре 5°С или ниже независимо от их максимальной или оптимальной температуры роста. Несоответствие температурного оптимума микроорганизмов и температуры их естественной среды обитания может быть связано с культивированием микроорганизмов в лабораторных условиях, когда невозможно воссоздать особенности морской среды в полной мере.

Отметим, что психротолерантные углеводородокисляющие штаммы бактерий выделены преимущественно из донных осадков, но с разных глубин (от 67 до 3656 м). Исключением были 3 штамма, изолированные из поверхностных вод порта Находка – акватории Японского моря с хроническим загрязнением нефтепродуктами. Психротолерантные микроорганизмы были представлены как известными УВОБ, так и видами, для которых углеводородокисляющая активность описана впервые (Thalassobacillus sp., Idiomarina piscisalsi, Patulibacter minatonensis, Okibacterium sp.).

К настоящему времени опубликованы ограниченные сведения о видовом разнообразии и углеводородокисляющей способности микроорганизмов дальневосточных морей, несмотря на то, что в регионе ведется активная добыча нефти, а многие прибрежные акватории испытывают влияние хронического техногенного загрязнения. Проведенные нами комплексные исследования таксономического разнообразия культивируемых бактерий Японского моря позволили выявить как типичные для водных и почвенных сообществ виды УВОБ, так и ряд уникальных видов. В дальнейшем коллекция бактериальных штаммов может быть использована при создании на их основе препаратов для ликвидации нефтяных загрязнений в дальневосточных морях.

Список литературы

  1. Алекперова А.И. О роли нефтеокисляющих бактерий в самоочищении загрязненного нефтью Самур-Апшеронского шельфа Каспийского моря // Вестн. МГОУ. 2009. № 2. С. 6–9.

  2. Бойченко Т.В., Христофорова Н.К., Бузолева Л.С. Микробная индикация прибрежных вод северной части Амурского залива // Изв. ТИНРО. 2009. Т. 158. С. 324–333.

  3. Голозубова Ю.С., Бузолева Л.С., Богатыренко Е.А. и др. Нефтеокисляющие свойства бактерий рода Micrococcus, выделенных из бухты Находка залива Петра Великого (Японское море) // Самар. науч. вестн. 2018. Т. 7. № 2(23). С. 13–16.

  4. Доклад об экологической ситуации в Приморском крае в 2017 году // Приморская газета. 2018. № 75 (1569).

  5. Израэль Ю.А., Цыбань А.В. Антропогенная экология океана. Л.: Гидрометеоиздат. 1989. 528 с.

  6. Коронелли Т.В., Ильинский В.В., Янушка В.А., Красникова Т.И. Углеводородокисляющая микрофлора акваторий Балтийского моря и Куршского залива, загрязненных при разливе мазута // Микробиология. 1987. Т. 56. № 3. С. 472–478.

  7. Коронелли Т.В., Дермичева С.Г., Ильинский В.В. Видовая структура углеводородокисляющих бактериоценозов водных экосистем разных климатических зон // Микробиология. 1994. Т. 63. № 5. С. 917–923.

  8. Огородникова А.А. Эколого-экономическая оценка воздействия береговых источников загрязнения на природную среду и биоресурсы залива Петра Великого. Владивосток: ТИНРО-центр. 2001. 193 с.

  9. Патент РФ № 2520084. 2014. Бузолева Л.С. Способ учета нефтеокисляющих бактерий в морской воде.

  10. ПНД Ф 12.1:2:2.2:2.3:3.2–03 “Методические рекомендации. Отбор проб почв, грунтов, донных отложений, илов, осадков сточных вод, шламов промышленных сточных вод, отходов производства и потребления”. М.: Министерство природных ресурсов РФ. 2003.

  11. Al-Mailem D.M., Sorkhoh N.A., Al-Awadhi H. et al. Biodegradation of crude oil and pure hydrocarbons by extreme halophilic archaea from hypersaline coasts of the Arabian Gulf // Extremophiles. 2010. V. 14. P. 321–328.

  12. Altschul S.F., Madden T.L., Schäffer A.A. et al. Gapped BLAST and PSI–BLAST: a new generation of protein database search programs // Nucleic Acids Res. 1997. V. 25. P. 3389–3402.

  13. Arora P.K., Chauhan A., Pant B. et al. Chryseomicrobium imtechense gen. nov., sp. nov., a new member of the family Planococcaceae // Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 2011. V. 61. № 8. P. 1859–1864.

  14. Bogatyrenko E.A., Buzoleva L.S. Characterization of the gut bacterial community of the Japanese sea cucumber Apostichopus japonicus // Microbiology. 2016. V. 85. № 1. P. 116–123.

  15. Buzoleva L.S., Bogatyrenko E.A., Repina M.A., Belkova N.L. Oil-oxidizing activity of bacteria isolated from south Sakhalin coastal waters // Microbiology. 2017. V. 86. № 3. P. 338–345.

  16. Chaerun S.K., Tazaki K., Asada R., Kogure K. Bioremediation of coastal areas 5 years after the Nakhodka oil spill in the Sea of Japan: isolation and characterization of hydrocarbon-degrading bacteria // Environ. Int. 2004. V. 30. № 7. P. 911–922.

  17. Das N., Chandran P. Microbial degradation of petroleum hydrocarbon contaminants: an overview // Biotechnol. Res. Int. 2011. V. 2011. Art. ID 941810. https://doi.org/10.4061/2011/941810

  18. Dashti N., Ali N., Eliyas M. et al. Most hydrocarbonoclastic bacteria in the total environment are diazotrophic, which highlights their value in the bioremediation of hydrocarbon contaminants // Microbes Environ. 2015. V. 30. № 1. P. 70–75.

  19. Evtushenko L.I., Dorofeeva L.V., Krausova V.I. et al. Okibacterium fritillariae gen. nov., sp. nov., a novel genus of the family Microbacteriaceae // Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 2002. V. 52. № 3. P. 987–993.

  20. Farha A.K., Tr T., Purushothaman A. et al. Phylogenetic diversity and biotechnological potentials of marine bacteria from continental slope of eastern Arabian Sea // J. Genet. Eng. Biotechnol. 2018. V. 16. № 2. P. 253–258.

  21. García M.T., Gallego V., Ventosa A., Mellado E. Thalassobacillus devorans gen. nov., sp. nov., a moderately halophilic, phenol-degrading, Gram-positive bacterium // Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 2005. V. 55. P. 1789–1795.

  22. Gauze G.F., Maksimova T.S., Ollkhovatova O.L. et al. Production of madumycin, an antibacterial antibiotic, by Actinomadura flava sp. nov. // Antibiotiki. 1974. V. 19. P. 771–775.

  23. Guan T.-W., Tian L., Li E.-Y. et al. Gracilibacillus aidingensis sp. nov., a novel moderately halophilic bacterium isolated from Aiding salt lake // Arch. Microbiol. 2017. V. 199. № 9. P. 1277–1281.

  24. Hara A., Syutsubo K., Harayama S. Alcanivorax which prevails in oil-contaminated seawater exhibits broad substrate specificity for alkane degradation // Environ. Microbiol. 2003. V. 5. № 9. P. 746–753.

  25. Kumar S., Stecher G., Tamura K. MEGA7: Molecular Evolutionary Genetics Analysis version 7.0 for bigger datasets // Mol. Biol. Evol. 2016. V. 33. P. 1870–1874.

  26. Lai Q., Yuan J., Shao Z. Altererythrobacter marinus sp. nov., isolated from deep seawater // Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 2009. V. 59. № 12. P. 2973–2976.

  27. Lai Q., Yu Z., Yuan J., Sun F., Shao Z. Nitratireductor indicus sp. nov., isolated from deep-sea water // Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 2011. V. 61. № 2. P. 295–298.

  28. Lane D.J., Pace B., Olsen G.J. et al. Rapid determination of 16S ribosomal RNA sequences for phylogenetic analyses // Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1985. V. 82. № 20. P. 6955–6959.

  29. Takahashi Y., Matsumoto A., Morisaki K., Ōmura S. Patulibacter minatonensis gen. nov., sp. nov., a novel actinobacterium isolated using an agar medium supplemented with superoxide dismutase, and proposal of Patulibacteraceae fam. nov. // Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 2006. V. 56. № 2. P. 401–406.

  30. Tanaka D., Tanaka S., Yamashiro Y., Nakamura S. Distribution of oil-degrading bacteria in coastal seawater, Toyama Bay, Japan // Environ. Toxicol. 2008. V. 23. P. 563–569.

  31. Wang H.-F., Zhang Y.-G., Li L. et al. Okibacterium endophyticum sp. nov., a novel endophytic actinobacterium isolated from roots of Salsola affinis C. A. Mey // Antonie van Leeuwenhoek. 2015. V. 107. № 3. P. 835–843.

  32. Wang W., Zhong R., Shan D., Shao Z. Indigenous oil-degrading bacteria in crude oil-contaminated seawater of the Yellow sea, China // Appl. Microbiol. Biotechnol. 2014. V. 98. № 16. P. 7253–7269.

  33. Zeaiter Z., Marasco R., Booth J.M. et al. Phenomics and genomics reveal adaptation of Virgibacillus dokdonensis strain 21D to its origin of isolation, the seawater-brine interface of the Mediterranean Sea deep hypersaline anoxic basin discovery // Front. Microbiol. 2019. V. 10. Art. ID 1304. https://doi.org/10.3389/fmicb.2019.01304

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Биология моря

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал