Прикладная биохимия и микробиология, 2021, T. 57, № 5, стр. 504-518

Новые ассоциации аэробных бактерий, активно разлагающие линдан

Э. А. Назарова 1, Д. О. Егорова 1*, Л. Н. Ананьина 1, Е. С. Корсакова 1, Е. Г. Плотникова 1

1 Институт экологии и генетики микроорганизмов Уральского отделения Российской академии наук – филиал Пермского федерального исследовательского центра Уральского отделения Российской академии наук
614081 Пермь, Россия

* E-mail: daryao@rambler.ru

Поступила в редакцию 25.03.2021
После доработки 14.04.2021
Принята к публикации 23.04.2021

Аннотация

В результате селекции получены ассоциации аэробных бактерий, способные осуществлять разложение хлорорганического пестицида – линдана, в концентрации 0.1 г/л в минеральной среде за 30–180 сут. Установлено, что деградирующие линдан ассоциации L2-6, L3-6, L4-6, L6-6 и L4-10 характеризовались низким уровнем видового разнообразия (индекс Шеннона в пределах 1.88–2.46). В составе ассоциаций выявлены представители классов γ-Proteobacteria (рода Pseudomonas) и α-Proteobacteria (родов Novosphingobium, Sphingoauranticus, Sphingomonas, Tardibacter). Показано, что в тотальных ДНК, выделенных из бактериальных ассоциаций шестого пассажа (L2-6, L3-6, L4-6 и L6-6), присутствовали гены, обладающие 98–100% уровнем сходства с linABCX-генами, кодирующими ферменты “верхнего” пути аэробной трансформации линдана. Бактериальная ассоциация L4-10 эффективно разлагала линдан в минеральной среде (100%-ная деструкция 0.1 и 0.3 г/л линдана за 30 и 90 сут соответственно) и в модельных почвенных системах (78.1–90%-ная деструкция 0.5 г/кг линдана за 45 сут). Применение молекулярно-генетических и аналитических методов позволило предположить, что ассоциация L4-10 осуществляла разложение не только линдана, но и образующихся в процессе его метаболизма побочных хлорорганических соединений (1,3,4-трихлорбензол, 2,5-дихлорфенол). Таким образом, полученные в настоящем исследовании бактериальные ассоциации представляют интерес для разработки технологий биоремедиации территорий, загрязненных линданом.

Ключевые слова: бактериальные ассоциации, линдан, деструкция, lin-гены

DOI: 10.31857/S0555109921050111

Список литературы

  1. Vijgen J., Abhilash P.C., Li Y.F., Lal R., Forter M., Torres J., Singh N., Yunus M., Tian C., Schäffer A., Webwr R. // Environ. Sci. Pollut. Res. 2011. V. 18. P. 152–162. https://doi.org/10.1007/s11356-010-0417-9

  2. Vijgen J., de Borst B., Weber R., Stobiecki T., Forter M. // Environ. Pollut. 2019. V. 248. P. 696–705. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2019.02.029

  3. Егорова Д.О., Шестакова Е.А., Первова М.Г., Плотникова Е.Г. // Вестник Пермского университета. 2014. № 4. С. 64–72.

  4. Назаров А.В., Егорова Д.О., Макаренко А.А., Демаков В.А., Плотникова Е.Г. // Экология человека. 2016. № 3. С. 3–8.

  5. Revich B., Aksel E., Ushakova T., Ivanova I., Zhuc-henko N., Klyuev N., Brodsky B., Sotskov Y. // Chemosphere. 2001. V. 43. № 4–7. P. 951–966.

  6. Alvarez A., Benimeki C.S., Saez J.M., Fuentes M.S., Cuozzo S.A., Polti M.A., Amoroso M.J. // Int. J. Mol. Sci. 2012. V. 13. № 11. P. 15086–15106.

  7. Camacho-Pérez B., Ríos-Leal E., Rinderknecht-Seijas N., Poggi-Varaldo M. // J. Environm. Managem. 2012. V. 95. P. S306–S318.

  8. Kumar D., Pannu R. // Bioresour. Bioprocess. 2018. V. 5. P. 29. https://doi.org/10.1186/s40643-018-0213-9

  9. Lal R., Pandey G., Sharma P., Kumari K., Malhotra S., Pandey R., Raina V., Kohler H.P., Holliger C., Jackson C., Oakeshott J.G. // Microbiol. Mol. Biol. Rev. 2010. V. 74. № 1. P. 58–80.

  10. Nagata Y., Endo R., Ito M., Ohtsubo Y., Tsuda M. // Appl. Microbiol. Biotechnol. 2007. V. 76. P. 741–752. https://doi.org/10.1007/s00253-007-1066-x

  11. Raimondo E.E., Aparicio J.D., Briceño G.E., Fuentes M.S., Benimeli C.S. // J. Soil Sci. Plant Nutrit. 2019. V. 19. P. 29–41. https://doi.org/10.1007/s42729-018-0003-7

  12. Sahoo B., Chaudhuri S. // Environ. Sustainability. 2019. V. 2. P. 97–106.

  13. Chuang S., Wang B., Chen K., Jia W., Qiao W., Ling W., Tang X., Jiang J. // Sci. Total Environ. 2020. V. 746. 140992. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.140992

  14. Pearce S.L., Oakeshott J.G., Pandey G. // G3. Genes. Genomes. Genetics. 2015. V. 5. № 6. P. 1081–1094.

  15. Bajaj S., Sagar S., Khare S., Singh D.K. // Int. Biodeterior. Biodegrad. 2017. V. 122. P. 23–28. https://doi.org/10.1016/j.ibiod.2017.04.014

  16. Benimeli C.S., Castro G.R., Chaile A.P. // Int. Biodeterior. Biodegrad. 2007. V. 59. № 2. P. 148–155. https://doi.org/10.1016/j.ibiod.2006.07.014

  17. Kumar D., Kumar A., Sharma J. // Bioresour. Bioprocess. 2016. V. 3. P. 53. https://doi.org/10.1186/s40643-016-0130-8

  18. Pannu R., Kumar D. // Biocat. Agricult. Biotech. 2017. V. 11. P. 97–107. https://doi.org/10.1016/j.bcab.2017.06.009

  19. Pesce S.F., Wunderling D.A. // Int. Biodeterior. Biodegrad. 2004. V. 54. № 4. P. 255–260.

  20. Raimondo E.E., Saez J.M., Aparicio J.D., Fuentes M.S., Benimeli C.S. // Chemosphera. 2020. V. 238. 124512. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2019.124512

  21. Saez J.M., Aparicio J.D., Amoroso M.J., Benimeli C.S. // Proc. Biochem. 2015. V. 50. № 11. P. 1923–1933.

  22. Saez J.M., Benimeli C.S., Amoroso M.J. // Chemosphera. 2012. V. 89. № 8. P. 982–987.

  23. Saez J.M., Bigliardo A.L., Raimondo E.E., Briceño G.E., Polti M.A., Benimeli C.S. // Ecotoxicol. Environm. Safety. 2018. V. 156. P. 97–105. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2018.03.011

  24. Saez J.M., García V.C., Benimeli C.S. // Ecotoxic. Environm. Safety. 2017. V. 144. P. 351–359. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2017.06.026

  25. Salam J.A., Das N. // World J. Microbiol. Biotechnol. 2014. V. 30. P. 1301–1313. https://doi.org/10.1007/s11274-013-1551-6

  26. Zheng G., Selvam A., Wong J.W.C. // Int. Biodeterior. Biodegrad. 2011. V. 65. № 4. P. 612–618.

  27. Regar R.K., Gaur V.K., Bajaj A., Tambat S., Manickam N. // Sci. Total Environ. 2019. V. 681. P. 413–423. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.05.090

  28. Методы почвенной микробиологии и биохимии: Учеб. пособие / Под ред. Д.Г. Звягинцева. М.: Изд-во МГУ, 1991. 304 с.

  29. Raymond R.L. // Develop. Industrial Microb. 1961. V. 2. P. 23–32.

  30. Zaitsev G.M., Tsoi T.V., Grishenkov V.G., Plotnikova E.G., Boroni A.M. // FEMS Microbiol. Lett. 1991. V. 81. № 2. P. 171–176.

  31. Bertani G. // J. Bacteriol. 1951. V. 62. № 3. P. 293–300.

  32. Short protocols in molecular biology. 3rd ed. / Eds. F.M. Ausbel, R. Brent, R.E. Kingston, D.D. Moore, J.G. Seidman, J.A. Smith, K. Struhl N.Y.: John Wiley & Sons, 1995. 450 p.

  33. Tiirola M.A., Männistö M.K., Puhakka J.A., Kulomaa M.S. // Appl. Environ. Microbiol. 2002. V. 68. № 9. P. 173–180.

  34. Fierer N., Jackson J.A., Vilgalys R., Jackson R.B. // Appl. Environ. Microbiol. 2005. V. 71. № 7. P. 4117–4120.

  35. Jurelevicius D., Alvarez V.M., Peixoto R., Rosado A.S., Seldin L. // Appl. Soil Ecol. 2012. V. 55. P. 1–9. https://doi.org/10.1016/j.apsoil.2011.12.008

  36. Thomas J.-C., Berger F., Jacquier M., Bernillon D., Baud-grasset F., Truffaut N., Norm P., Vogel T.M., Simonet P. // J. Bacteriol. 1996. V. 178. № 20. P. 6049–6055.

  37. Cérémonie H., Boubakri H., Mavingui P., Simonet P., Vogel T.M. // FEMS Microbiol. Lett. 2006. V. 257. № 2. P. 243–252

  38. Manickam N., Mau M., Schlömann M. // Appl Microbiol. Biotechnol. 2006. V. 69. № 2. P. 580–588.

  39. Raimondo E.E., Saez J.M., Aparicio J.D., Fuentes M.S., Benimeli C.S. // J. Environ. Menegm. 2020. V. 276. 111309. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2020.111309

  40. Chang S.-C., Wu M.-H., Chen T.-W. // J. Soils Sedim. 2021. V. 21. № 1. P. 469–486. https://doi.org/10.1007/s11368-020-02789-8

  41. Zhao Y., Zhang Y., Wang J., Hou Q., Liu W., Wu Y., Christie P. // J. Soils Sedim. 2020. V. 20. № 1. P. 2155–2165. https://doi.org/10.1007/s11368-020-02593-4

  42. Schwarz A., Adetutu E.M., Juhasz A.L., Aburto-Medina A., Ball A.S., Shahsavari E. // Microb. Ecol. 2018. V. 75. № 4. P. 888–902. https://doi.org/10.1007/s00248-017-1094-8

  43. Lee H., Kim D., Park S. // J. Microbiol. 2018. V. 56. № 5. P. 324–330. https://doi.org/10.1007/s12275-018-7455-2

  44. Anand S., Sangwan N., Lata P., Kaur J., Dua A., Singh A.K., Verma M., Kaur J., Khurana J.P., Khurana P., Mathur S., Lal R. // J. Bacteriol. 2012. V. 194. № 16. P. 4471–4472.

  45. Kumari R., Subudhi S., Suar M., Dhingra G., Raina V., Dogra C., Lal S., van der Meer J.R., Holliger C., Lal R. // Appl. Environ. Microbiol. 2002. V. 68. № 12. P. 6021–6028.

  46. Tabata M., Ohhata S., Kawasumi T., Nikawadori Y., Kishida K., Sato T., Ohtsubo Y., Tsuda M., Nagata Y. // Genome Announc. 2016. V. 4. № 2. E00247-16.

  47. Tabata M., Ohhata S., Nikawadori Y., Sato T., Kishida K.,Ohtsubo Y., Tsuda M., Nagata Y. // Genome Announc. 2016. V. 4. № 2. E00246-16.

  48. Tabata M., Ohtsubo Y., Ohhata S., Tsuda M., Nagata Y. // Genome Announc. 2016. V. 1. № 3. E00247-13. https://doi.org/10.1128/genomeA.00247-13

  49. Lal R., Dogra C., Malhotra S., Sharma P., Pal R. // Trends Biotechn. 2006. V. 24. № 3. P. 121–130.

  50. Kumari M., Ghosh P., Swati, Thakur I.S. // Biores. Technol. Reports. 2020. V. 10. 100415 https://doi.org/10.1016/j.biteb.2020.100415

  51. Dong W.H., Zhang P., Lin X.Y., Zhang Y., Tabouré A. // Sci. Total Environm. 2015. V. 505. P. 216 – 222. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2014.10.002

  52. Fang l., Qin H., Shi T., Wu X., Li Q.X., Hua R. // J. Hazard. Mater. 2020. V. 388. 121787. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2019.12178753

  53. Wang F., Grundmann S., Schmid M., Dörfler U., Roherer S., Munch J.C., Hartmann A., Jiang X., Schroll R. // Chemosphere. 2007. V. 67. № 5. P. 896–902.

  54. Abhilash P.C., Srivastava S., Singh N. // Chemosphere. 2011. V. 82. № 1. P. 56–63.

  55. Benimeli C.S., Fuentesa M.S., Abate C.M., Amoroso M.J. // Int. Biodeterior. Biodegrad. 2008. V. 61. № 3. P. 233–239.

  56. Zhang X., Nesme J., Simonet P., Frostegård Å. // Res. Microbiol. 2012. V. 163. № 3. P. 200–210.

  57. Tu Ch., Ma L., Guo P., Song F., Teng Y., Zhang H. // Chemosphere. 2017. V. 189. P. 517–524. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2017.09.091

Дополнительные материалы отсутствуют.