CC BY
45
НАУЧНЫЕ СООБЩЕНИЯ
Лука: проблемы региональной и глобальной экологии.
2020. - Т. 29. - № 1. - С. 88-96.
УДК 579.695+546.85+502.55+661.63 DOI 10.24411/2073-1035-2020-10304
ИССЛЕДОВАНИЕ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ДЕГРАДАЦИИ ЭЛЕМЕНТНОГО ФОСФОРА
© 2020 А.З. Миндубаев1, Э.В. Бабынин2, А.Д. Волошина1, К.А. Сапармырадов2, Е.К. Бадеева1, С.Т. Минзанова1, Л.Г. Миронова1, Х.Р. Хаяров2
1Институт органической и физической химии им. А.Е. Арбузова Казанского научного центра РАН, г. Казань (Россия) 2Казанский (Приволжский) федеральный университет, г. Казань (Россия)
Поступила 12.12.2019
Впервые наблюдался рост микроорганизмов различных таксономических групп (грибов, стреп-томицетов и бактерий) в культуральных средах, содержащих в качестве источника фосфора элементный (белый и красный) фосфор. Это первый известный пример включения элементного фосфора в биосферный круговорот фосфора. Самая высокая концентрация, применённая в данном исследовании, соответствует превышению ПДК белого фосфора в сточных водах в 5000 раз, а в питьевой воде - в 100000000 раз! Впервые проведена селекция на рост устойчивости культур. Мы идентифицировали микроорганизмы, растущие на белом фосфоре, как новые штаммы Aspergillus niger и Streptomyces sampsonii, которым были присвоены номера A. niger АМ1 и S. sampsonii А8. Показано, что штаммы грибов Aspergillus niger адаптируются к токсиканту лучше, чем бактерии.
Ключевые слова: биодеградация, белый фосфор, красный фосфор, защита окружающей среды, химическое загрязнение, Aspergillus niger, Streptomyces sampsonii.
Mindubaev A.Z., Babynin E.V., Voloshina A.D., Saparmyradov K.A., Badeeva E.K., Minzanova S.T., Mironova L.G., Khayarov Kh.R. Investigating the biological degradation of elemental phosphorus. - The growth of microorganisms of various taxonomic groups (fungi, streptomyces and bacteria) was observed for the first time in culture media containing elemental (white and red) phosphorus as the source of phosphorus. This is the first known example of the incorporation of elemental phosphorus into the biospheric circulation of the phosphorus. The highest concentration applied in this study exceeds the Threshold Limit Value (TLV) of white phosphorus in wastewater by 5000 times, and in drinking water by up to 100000000 times! The growth selection of cultures resistant was carried out for the first time. We identified the microorganisms, growing on white phosphorus, as new strains of Aspergillus niger and Streptomyces sampsonii. The number A. niger AMI and S. sampsonii A8 were assigned to them, respectively. Strains of the A. niger isolates were shown to better adapt to toxicant than the bacteria.
Keywords: biodegradation, white phosphorus, red phosphorus, environmental protection, chemical pollution, Aspergillus niger, Streptomyces sampsonii.
ВВЕДЕНИЕ
Белый фосфор Р4 широко применяется в промышленности и является ключевым соединением при производстве лекарств, фосфорных удобрений, полимеров, красного фосфора и ряда других важнейших веществ и материалов. По материалам обзорной статьи (01еа80п, 2007), доля России в мировом потреблении бе-
лого фосфора в 2004 году составляла 5,7%, а Казахстана 8,1% (Китая 71,1%, США 8,6%, Западной Европы 5,8%, Индии 0,7%). Поэтому существует возможность проникновения белого фосфора в окружающую среду. Белый фосфор - это один из самых опасных загрязнителей окружающей среды [10]. Смертельная доза для взрослого человека составляет всего 0,050,1 г: в позапрошлом столетии белый фосфор
применялся в качестве пестицида, а также использовался самоубийцами.
Горючесть и высочайшая токсичность белого фосфора опосредовали его применение в военных целях, в качестве зажигательного оружия (рис. 1, вверху слева). Еще в XIX веке ирландские сепаратисты готовили на основе белого фосфора зажигательные смеси («огонь фениев»). В Первую мировую войну фосфором начинялись пули, которыми расстреливали вражеские дирижабли. А в 1916 году на вооружение британских войск были приняты фосфорные гранаты. Во Вторую мировую войну широко применялись фосфорные авиабомбы. Позже фосфорные боеприпасы применялись израильской армией в Ливанских войнах; Вьетнамской Народной армией против Красных кхмеров; боснийскими сербами в Сараево; Соединенными Штатами в Никарагуа, Басре, Фаллудже, Секторе Газа; армией Украины в ДНР и ЛНР [9].
К сожалению, варварское применение белого фосфора в военных целях продолжается. Так, осенью 2016 года боевики ИГИЛ применили в г. Алеппо (Сирия) боеприпасы, содержащие белый фосфор, хлор и иприт - отравляющие вещества, запрещенные в качестве боевых. В настоящее время в арсеналах Российской Федерации хранится более миллиона устаревших боеприпасов, снаряженных белым фосфором, включающих ручные гранаты и снаряды калибра 82-240 мм. Большинство из них представляет угрозу для окружающей среды и населения. Это продемонстрировал, например, пожар на складе боеприпасов вблизи удмуртского поселка Пугачево (35 км от Ижевска, 10 км от татарстанского Агрыза) в июне 2011 г. Из-за наличия на нем белого фосфора, пожар неожиданно возобновлялся после полно-
Миндубаев Антон Зуфарович, старший научный сотрудник, кандидат химических наук, доцент, mindubaev@iopc.ru; mindubaev-az@yandex.ru; Бабы-нин Эдуард Викторович, кандидат биологических наук, доцент, edward.b67@mail.ru; Волошина Александра Дмитриевна, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник, заведующий лабораторией микробиологии, microbi@iopc.ru; Сапармы-радов Керемли Ашырмухаммедович, аспирант кафедры биохимии, xkesha93x@mail.ru; Бадеева Елена Казимировна, научный сотрудник, кандидат химических наук; ybadeev.61@mail.ru; Минзанова Салима Тахиятулловна, старший научный сотрудник, кандидат технических наук, доцент, minzanova@iopc.ru; Миронова Любовь Геннадьевна, инженер-исследователь, mironoval1963@gmail.com; Хаяров Хасан Рафаэлевич, инженер khayarov.kh@gmail.com
го тушения. В силу ряда сложностей обращения с белым фосфором, вопрос об утилизации таких боеприпасов до пожара в Удмуртии даже не рассматривался [4].
Протокол III к «Конвенции о конкретных видах обычного оружия» 1980 г. официально запрещает использование Р4 в военных целях. Однако запрет постоянно нарушается, что влечёт за собой человеческие жертвы и сильное загрязнение окружающей среды. Эффективные методы очистки природных сред от этого загрязнителя до сих пор не созданы [10, 11]. В течение одного 2012 года на территории обанкротившегося ОАО «Фосфор» (Тольятти, Самарская область) зафиксировано 36 случаев возгорания содержащего белый фосфор шлама! Проблема не решена до сих пор. Вообще, следует особо обратить внимание на тот факт, что на территории Российской Федерации все загрязнения белым фосфором находятся в бассейне Волги (Дзержинск, Новочебоксарск, Тольятти, Волгоград) и представляют угрозу для великой русской реки и проживающего по ее берегам населения.
Красный фосфор значительно менее опасен для окружающей среды, по сравнению с белым, но для этой аллотропной модификации элемента также не известны примеры утилизации живыми организмами.
В то же время, фосфор обладает уникальным качеством - будучи в виде простого вещества сильнейшим ядом, в окисленном состоянии это биогенный элемент, абсолютно необходимый всем живым организмам (рис. 1, вверху справа). Задача состоит в том, чтобы найти эффективный и экологически безвредный способ окисления элементного (в первую очередь, белого) фосфора до фосфата. Мы предлагаем использовать для этой цели микроорганизмы.
Биодеградация является одним из наиболее значимых и часто применяемых на практике методов обезвреживания промышленных стоков [19].
На рис. 1, внизу, продемонстрирована показательная схема усвоения сразу нескольких токсичных веществ в едином метаболическом пути, демонстрирующая совершенство биохимии микроорганизмов, изображенная на основе литературных источников [12, 14, 17, 18, 20]. Включение сразу двух токсичных ксенобиотиков (формальдегид и синильная кислота) в состав сахаров и аминокислот, является, пожалуй, наиболее показательным примером биодеградации.
Метан
СН4
Э-Рибулоза
О2 Кислород
СН3ОН Метанол
СН2=О Формальдегид
Ь-Серин
Э-Фруктоза
ОТ
О
Глицин
Ь-Аспарагиновая кислота
Н2О Вода
Р-Циано-Ь-Аланин
Синильная кислота
1ЧН3
Аммиак
Ь-Аспарагин
Рис. 1. Многоликость фосфора
Слева вверху: взрывы фосфорных боеприпасов (изображение с сайта http://hasshe.com). Справа вверху: предельно окисленная форма фосфора - фосфат - является подкормкой для растений и играет важнейшую роль в существовании абсолютно всех форм жизни. Изображение с сайта https://tass.ru/moskva Внизу: включение формальдегида и цианида в состав сахаров и аминокислот - убедительный пример биодеградации. Синтез метанола из метана, который сам является продуктом микробного метаболизма [11] осуществляется метанотрофными бактериями, серина и фруктозы из формальдегида - некоторыми метилотрофными бактериями и дрожжами, Р-циано-Ь-аланина из синильной кислоты и серина - некоторыми бактериями, аспарагина из цианоаланина - рядом растений. Рисунок А.З. Миндубаева.
Это является весомым фундаментальным аргументом в пользу возможности биодеградации даже такого опасного ксенобиотика, как белый фосфор.
Данная публикация является продолжением цикла работ нашего коллектива [5-8], которые показали, что микроорганизмы выживают при контакте с таким губительным для всех форм жизни веществом, как белый фосфор, адаптируются к его присутствию в окружающей среде и перерабатывают его в менее опасные соединения.
Цель настоящей работы - сравнить устойчивость и способность к биодеградации белого фосфора у микроорганизмов различных штаммов и таксономических групп. А также найти для них минимальные ингибирующие концентрации (МИК) этого вещества. Кроме того, в рамках исследования впервые наблюдался рост микроорганизма в среде, содержащей красный фосфор в качестве единственного источника фосфора.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Нами впервые произведён посев устойчивой микробиоты в искусственную питательную среду, содержащую в качестве единственного источника фосфора белый фосфор в концентрациях от 0,01 до 1%, где и наблюдался рост. Посев производился в модифицированную среду Придхем-Готлиба. Классическая среда При-дхем-Готлиба не содержит моносахариды в качестве источников углерода, а в качестве таковых выступают нефтепродукты. Наша модификация включает глюкозу в качестве источника углерода. Состав модифицированной среды (в перерасчете на 1 л): глюкоза - 5 г, (NH4)2SO4 -2,64 г, MgSO4 - 0,49 г, CuSO4'5H2O - 0,1 г, FeSO4 7H2O - 0,02 г, MnCl24H2O - 0,15 г, ZnSO47H2O - 0,27 г, и белый фосфор в различных концентрациях, либо красный фосфор. В контрольную среду в качестве источника фосфора вносили K2HPO43H2O - 7,4 г, KH2PO4 - 2,38 г. Полужидкая модификация среды достигалась после внесения агара - 4-8 г. Белый фосфор эмульгировали в стерилизованной автоклавированием дистиллированной воде. Концентрация белого фосфора до культивирования рассчитывалась следующим образом. Готовилась эмульсия из 1 г белого фосфора в 50 мл воды, её расчётная концентрация составляла 2%. После культивирования концентрация не замерялась, однако рост микроорганизма сам указывает на её снижение: для роста нужен фосфат, а он мог образоваться только из белого фосфора. Красный фосфор вносился в среды в виде порошка.
Посев Aspergillus niger АМ1, споры которого были внесены вместе с белым фосфором,
Вид
Aspergillus
Aspergillus
Aspergillus
Культуры высевались в планшеты Corning, скорость роста оценивалась микропланшетным ридером Infinite F200 Pro, Tecan (Австрия) по интенсивности поглощения света X 550 нм.
производили в данную среду, с содержанием белого фосфора в концентрации 0,01 и 0,05% по массе. В положительный контроль вносился фосфат. В отрицательный контроль источники фосфора не вносились. Через 60 дней биомассу грибов пересевали в концентрации белого фосфора 0,05; 0,1 и 0,2%. После следующих 60 дней штаммы пересевали в более высокие концентрации Р 4 0,5; и 1%. Аналогично был произведен посев Streptomyces sp. A8, выделенный из осадка сточных вод после добавления в него белого фосфора. Концентрации белого фосфора 0,05; 0,1 и 0,2% по массе использовали для культуры грибов и стрептомицетов, но не бактерий, поскольку последние не переносят высокие концентрации данного вещества.
Посев A. niger АМ1 и S. sp. A8 осуществляли в виде спор, бактерии в виде вегетативных клеток. Взвесь спор содержала 108 грибковых тел в мл, вносилась по 0,2 мл на 20 мл среды. Культуры выращивали в колбах в 20 мл питательной среды без перемешивания и чашках Петри. Культивирование производилось в термостате, при 25°С.
Для генетического анализа образцы ДНК из культуры гриба A. niger АМ1 и стрептомицета S. sp. A8 выделялись по методике, описанной в [15]. Далее проводилась полимеразная цепная реакция (ПЦР) полученных фрагментов ДНК.
Для сравнения устойчивости к белому фосфору штаммов чёрного аспергилла, применялся наш штамм Aspergillus niger АМ1, а также три штамма из Всероссийской коллекции микроорганизмов при ИБФМ им. Г.К. Скрябина (табл. 1).
Максимальная концентрация белого фосфора достигала 1%. Использование планшетов и планшетного ридера позволило нам производить параллельные посевы разных штаммов и
Таблица 1
Штаммы Aspergillus niger из Всероссийской коллекции микроорганизмов,
с которыми велась работа
Штамм
Субстрат выделения
Место выделения
niger
ВКМ FW-650
Многолетнемерзлые отложения, возраст - 170 лет, глубина 20.5020.55 м
Таглу, Канада
niger
ВКМ FW-2664
Пепел вулканический мерзлый, глубина 1.8-1.85 м
Полуостров Камчатка, Россия
niger
ВКМ FW-2731
Мерзлота, пепел вулканический, глубина 14.5 м
Полуостров Камчатка, Россия
сравнивать скорость их роста в средах с различными концентрациями белого фосфора.
Для сравнения высевались культуры бактерий Achromobacter xylosoxidans, Pseudomonas aeruginosa, Bacillus firmus и Salmonella typhimurium. Целью данных исследований являлось обнаружение минимальной ингибиру-ющей концентрации (МИК) белого фосфора для перечисленных микроорганизмов.
Для установления природы устойчивости аспергилла к Р4 произведен пересев в среду с фосфатом в качестве источника фосфора, без Р 4. Подросшую в этой среде культуру снова пересеяли в среду с 0,2% белого фосфора. В качестве контроля посеяли также A. niger АМ1, до этого росший в среде с белым фосфором.
С целью наблюдения за переработкой P4 был использован ЯМР спектрометр высокого разрешения Avance 400 (Bruker). Для съёмки спектра среды отбирались при помощи инсулиновых шприцев. Опытную среду очищали от гифов гриба при помощи фильтра Millex®-HV (Syringe-driven Filter Unit), надеваемого на шприц. Диаметр фильтра 33 мм, диаметр пор 0,45 мкм. Параметры съёмки спектров: Bruker Avance III 400 МГц 31P{1H} - (161,9 МГц, 25 °C).
Поскольку белый фосфор при комнатной температуре активно реагирует с ионами двухвалентной меди, до последнего времени не был подтвержден факт его биодеградации: превра-
щения можно было объяснить химической реакцией. Мы впервые провели дальнейшую модификацию среды Придхем-Готлиба, исключив из ее состава не только источник фосфора фосфат, но и сульфат меди. Только исключив из состава CuSO4, и наблюдая, тем не менее, рост микроорганизмов, мы можем получить более обоснованные доводы в пользу биодеградации белого фосфора.
Посев производился в модифицированную среду Придхем-Готлиба (ПГ). В модификацию среды без двухвалентной меди не вносили компонент CuSO45H2O.
Статистическую обработку данных проводили в программе Excel.
ХОД ИССЛЕДОВАНИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ
В отрицательном контроле без источников фосфора выросли немногочисленные колонии Aspergillus niger АМ1. Они занимают сравнительно большую площадь, очень медленно растут (с неразвитым мицелием и слабым споро-ношением). По всей видимости, сказалась нехватка фосфора. Любопытно, что в опыте - среде с 0,05% белого фосфора - колоний выросло меньше (33 колонии), чем в положительном контроле (49 колоний), однако они нормально растут и спороносят, не испытывают дефицит фосфора (табл. 2).
Таблица 2
Рост грибов А. niger в средах с различными источниками фосфора через шесть суток после пересева.
Источник фосфора Количество колоний A. niger Внешний вид колоний
K2HPO4-3H2O - 7.4 г, KH2PO4 - 49 Мелкие спорообразующие
2.38 г
Р 4 0.05% масс 11 Крупные спорообразующие
Нет 33 Крупные, спорообразование
снижено
Отсюда следует вывод, что в среде с белым фосфором выживают не все споры гриба, но выжившие обладают способностью использовать в качестве источника фосфора либо сам Р 4, либо продукты его химических превращений. Следующие пересевы был произведен в среды с более высокими концентрациями белого фосфора, 0,05; 0,1; 0,2; 0,5 и 1% Р 4, с целью адаптации гриба к ним. Результаты позволяют заключить, что чёрный аспергилл переносит присутствие белого фосфора в среде даже в концентрации 1%. Самая высокая исследованная нами концентрация белого фосфора 1% соответствует превышению ПДК белого фосфора в сточных водах в 5000 раз! А ПДК элементного
фосфора в водных объектах хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования составляет всего 0,0001 мг/л, т.е. концентрация 1% превышает её уже в сто миллионов (1-108) раз [1]. В средах с более низким содержанием Р4 рост грибов более интенсивный -это определялось визуально. Стрептомицет после четвертого пересева тоже стал расти при концентрации Р4 1%, т.е. выработал устойчивость даже быстрее и эффективнее, чем гриб.
Для генетической идентификации гриба, по морфологическим признакам отнесённого к виду A. niger, была определена нуклеотидная последовательность его регионов ГГ81 и ГГ82. Сравнение полученной последовательности с
последовательностями базы данных GenBank с помощью системы BLAST позволило идентифицировать данный микроорганизм, как новый штамм Aspergillus niger. Ему мы присвоили номер A. niger АМ1 [7].
Для штамма А8 сходство по нуклеотидным последовательностям 16S рДНК (амплификация праймерами fD1 и rP2) сравниваемых фрагментов стрептомицетов, выбранных из базы данных NCBI, тестируемых изолятов, составляло 94,0-99,7% [13]. В частности, наибольшее сходство (99,74%) было установлено между изолятом А8 и Streptomyces sampsonii. К данному виду и предложено относить наш штамм.
Очень интересно спонтанное появление в среде с белым фосфором культуры Aspergillus niger АМ1 с изменённой морфологией и окраской, быстрее растущей в среде с исследуемым ксенобиотиком. В одном повторе посева колония стала развиваться быстрее, чем в других, хотя условия были совершенно идентичны. Через 55 суток после посева лидирующая культура стала вырабатывать пигмент и приобретать более насыщенную жёлтую окраску. Окрасилась не только колония, но и культуральная среда, т.е. пигмент хорошо растворим в воде. А судя по тому, что этот гриб эффективнее набирал биомассу в среде с белым фосфором, его 0,45
приспособленность к существованию в данной среде выше, чем у предковой культуры. Мы дали этому штамму название A. niger АМ2.
Метод ЯМР показал устойчивость культуры АМ1 к продуктам неполного окисления Р 4. Сам факт возникновения устойчивости к этой группе веществ очень интересен (фосфиты и гипо-фосфиты являются антимикробными агентами [16], однако ожидаемый результат - полное метаболическое превращение белого фосфора в фосфат - еще предстоит подтвердить.
Оказалось, что все четыре штамма A. niger FW-650, FW-2664 и FW-2731 и АМ1 выдерживают концентрацию белого фосфора 1%. МИК для них так и не была найдена. Поскольку все исследованные штаммы представляют собой случайную выборку из общего разнообразия A. niger, можно предполагать, что высокая устойчивость к белому фосфору - признак, характеризующий все чёрные аспергиллы, или большинство из них. Тем не менее, при концентрациях 0,5 и 0,25% штамм АМ1 рос быстрее, т.е. оказался более устойчивым (рис. 2). Для бактерий МИК была найдена и составила для A. xylosoxidans 0,125%, B. firmus 0,25%, P. aeruginosa и S. typhimurium 0,5%. Из этого следует вывод, что чёрные аспергиллы более устойчивы к белому фосфору по сравнению с бактериями.
-V Л ^ о>
О' CV
о*
г<У
ob
Л
rsV
♦ AMI ■ FW-650 —FW-2731 )C FW-2664
Рис. 2. Рост штаммов A. niger в среде с белым фосфором без фосфата, на третьи сутки после посева. Ось абсцисс - концентрация белого фосфора, %. Ось ординат - оптическое поглощение при к 550 нм. Обращает внимание скорость роста штамма АМ1
Ожидалось, что после роста в благоприятных условиях - в среде с фосфатом - A. niger АМ1 мог утратить устойчивость к белому фосфору. В действительности, гриб, росший до пе-
ресева на фосфате, продолжал расти в среде с Р4 [8]. Из этой картины можно сделать вывод, что резистентность к белому фосфору у исследуемого нами штамма чёрного аспергилла за-
креплена в геноме, и является наследуемым признаком, передающимся в ряду поколений даже в отсутствие Р4.
Исключая из состава питательной среды сульфат меди, мы опасались, что это сделает ее непригодной для роста микроорганизмов. Из-
вестно, какую колоссальную роль играют соли переходных металлов в жизнедеятельности [2, 3]. Но на практике выяснилось, что в культу-ральной среде, не содержащей сульфат меди, рост грибов не отличается от роста в контроле с медью (рис. 3).
0,4
0,35
0,3
0,25
0,2
0,15
0,1
0,05
V
J&
О'
О'
Л
♦ без меди/without copper Я с медью/with copper
Рис. 3. Рост A. niger АМ1 на пятые сутки после посева. Видно, что рост в варианте среды с медью и без меди практически одинаковый. Ось абсцисс - концентрация белого фосфора, %. Ось ординат -
оптическое поглощение при к 550 нм
том в пользу того, что имеет место биодеградация белого фосфора, а не химическая нейтрализация ионами меди.
Интересно, что красный фосфор оказался практически лишенным токсичности для аспер-гилла. При выращивании в полноценной (с фосфатом) среде на чашке Петри, с нанесениями красного фосфора в физиологическом растворе, мицелий гриба растет буквально на красном фосфоре. Зоны подавления роста вокруг нанесенного вещества не образуются!
Отмечена стимуляция спорообразования красным фосфором: конидиеносцы со спорами появляются в первую очередь в местах соприкосновения мицелия с исследуемым веществом (рис. 4). Мы предполагаем, что красный фосфор оказывает на культуру гриба легкое стрес-сирующее действие, ускоряющее переход к размножению.
В среде без фосфата, с красным фосфором в качестве единственного источника фосфора, также наблюдается рост аспергилла. Красный фосфор практически нерастворим в водных средах и в пробирках с культуральной средой оседает на дно. Но, по-видимому, происходит медленное окисление красного фосфора с обра-
Рис. 4. Рост A. niger АМ1 в присутствии красного фосфора (на фотографии выглядит как пятна пурпурного цвета). Зона подавления роста отсутствует, и в местах соприкосновения мицелия с красным фосфором образование спор началось раньше. Снимок сделан через 4 суток после посева
Следует отметить, что при внесении эмульсии белого фосфора в среду, не содержащую медь, не наблюдалось выпадение черного осадка, отмеченное нами в более ранних работах. Значит, Р 4 не вступает в химическую реакцию и сохраняется в среде более длительное время. Этот факт является дополнительным аргумен-
зованием фосфорной кислоты, возможно, ускоряемое метаболическими процессами гриба.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Представленная работа впервые продемонстрировала включение элементного фосфора в природный круговорот фосфора. Уникальность фосфора состоит в том, что этот элемент абсолютно необходим для жизнедеятельности всех форм жизни. Тем не менее, простое вещество белый фосфор - это яд первого класса опасности, с большим трудом подвергающийся деструкции в окружающей среде, и, вопреки официальному запрету, применяющийся в военных целях. До начала наших работ биодеградация белого и красного фосфора (как и других его аллотропных модификаций) не была описана в литературе.
Значение представленной работы как раз и состоит в том, что она впервые показала возможность роста микроорганизмов из различных, далеких друг от друга таксономических групп, в культуральных средах, содержащих элементный фосфор в качестве единственного источника фосфора. Таким образом, было показано окисление элементного фосфора до фосфата - безвредного компонента всех живых клеток - и дальнейшее включение в микробную биомассу.
Мы планируем, что полученные результаты станут основой для эффективного метода решения экологической проблемы, устранения загрязнений веществом первого класса опасности, защиты здоровья населения и природных экосистем Волжского бассейна.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Алексеенко В.А., Бузмаков С.А., Панин
М.С. Геохимия окружающей среды. Пермь: Издательство Пермского государственного национального исследовательского университета. 2013. 359 с.
2. Бертини И., Грей Г., Стифель Э., Валентине Дж. Биологическая неорганическая химия: структура и реакционная способность. Т. 1. Пер. с английского. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2013. 456 с.
3. Бертини И., Грей Г., Стифель Э., Валентине
Дж. Биологическая неорганическая химия: структура и реакционная способность. Т. 2. Пер. с английского. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2013. 623 с.
4. Касаткин А.В., Ватутин Н.М., Колтунов
B.В., Малинин С.Е. Особенности фосфоросодержащих боеприпасов специального назначения и методы их утилизации // Вестник технологического университета. 2017. Т. 20, № 5. С. 39-43.
5. Миндубаев А.З., Бабынин Э.В., Бадеева Е.К., Пискунов Д.Б., Махиянов А.Н., Минзанова
C.Т., Миронова Л.Г., Волошина А.Д. Генотоксич-
ность и цитогенетическое действие белого фосфора // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2019. Т. 9, № 1. С. 81-94.
6. Миндубаев А.З., Белостоцкий Д.Е., Минзанова С.Т., Миронов В.Ф., Алимова Ф.К., Миронова Л.Г., Коновалов А.И. Метаногенез: Биохимия, Технология, Применение // Ученые записки Казанского ун-та. Сер. Естеств. науки. 2010. Т. 152, кн. 2. С. 178-191.
7. Миндубаев А.З., Волошина А.Д., Бабынин Э.В., Бадеева Е.К., Хаяров Х.Р., Минзанова С.Т., Яхваров Д.Г. Микробиологическая деградация белого фосфора // Экология и промышленность России. 2018. Т. 22, № 1. С. 33-37.
8. Миндубаев А.З., Волошина А.Д., Бабынин Э.В., Валидов Ш.З., Сапармырадов К.А., Хаяров Х.Р., Бадеева Е.К., Барсукова Т.А., Минзанова С.Т., Миронова Л.Г., Акосах Й.А., Яхваров Д.Г. Обезвреживание белого фосфора посредством микробиологического разложения // Бутлеровские сообщения. 2017. Т. 52, № 12. С. 87-118.
9. Миндубаев А.З., Яхваров Д.Г. Фосфор: свойства и применение // Бутлеровские сообщения. 2014. Т. 39, № 7. С. 1-24.
10. Duerksen-Hughes P., Richter P., Ingerman L., Ruoff W., Thampi S., Donkin S. Toxicological profile for white phosphorus // U.S. Department of health and human services. USA. 1997. 248 p.
11. Gleason W. An Introduction to Phosphorus: History, Production, and Application // JOM. 2007. V. 59, No. 6. P. 17-19. DOI: 10.1007/s11837-007-0071-y
12. Holloway-Phillips M. Photosynthetic Oxygen Production: New Method Brings to Light Forgotten Flux // Plant Physiology. 2018. V. 177, No.1. P. 7-9. DOI: https://doi.org/10.1104/pp.18.00344
13. James T.Y., Kauff F., Schoch C.L., Matheny P.B., Hofstetter V., Cox C.J., Celio G., Gueidan C., Fraker E., Miadlikowska J., Lumbsch H.T., Rauhut A., Reeb V., Arnold A.E., Amtoft A., Stajich J.E., Hosaka K., Sung G.-H., Johnson D., O'Rourke B., Crockett M., Binder M., Curtis J.M., Slot J.C., Wang Z., Wilson A.W., Schübler A., Longcore J.E., O'Donnell K., Mozley-Standridge S., Porter D., Letcher P.M., Powell M.J., Taylor J.W., White M.M., Griffith G.W., Davies D.R., Humber R.A., Morton J.B., Sugiyama J., Rossman A.Y., Rogers J.D., Pfister D.H., Hewitt D., Hansen K., Hambleton S., Shoemaker R.A., Kohlmeyer J., VolkmannKohlmeyer B., Spotts R.A., Serdani M., Crous P.W., Hughes K.W., Matsuura K., Langer E., Langer G., Untereiner W.A., Lücking R., Büdel B., Geiser D.M., Aptroot A., Diederich P., Schmitt I., Schultz M., Yahr R., Hibbett D.S., Lutzoni F., McLaughlin D.J., Spatafora J.W., Vilgalys R. Reconstructing the early evolution of Fungi using a six-gene phylogeny // Nature. 2006. V. 443. P. 818-822. DOI: 10.1038/nature05110
14. Maier T.H.P. Semisynthetic production of unnatural L-a-aminoacids by metabolic engineering of the cysteine biosynthetic pathway // Nature biotechnology. 2003. V. 21, No.4. P. 422-427. DOI:10.1038/nbt807
15. Sambrook J., Russell D.W. Molecular Cloning: A Laboratory Manual. V. 1, 2, 3. New York: Cold
Spring Harbour Laboratory Press, 2001.
16. Smillie R., Grant B.R., Guest D. The Mode of Action of Phosphite: Evidence for Both Direct and Indirect Modes of Action on Three Phytophthora spp. in Plants // Phytopatology. 1989. V. 79, No. 9. P. 921-926. DOI: 10.1094/Phyto-79-921
17. Tinberg C.E., Lippard S.J. Oxidation reactions performed by soluble methane monooxygenase hydroxylase intermediates Hperoxo and Q proceed by distinct mechanisms // Biochemistry. 2010. V. 49. P. 79027912. DOI: 10.1021/bi1009375
18. Van der Klei I.J., Yurimoto H., Sakai Y.,
Veenhuis M. The significance of peroxisomes in methanol metabolism in methylotrophic yeast // Biochimica et Biophysica Acta. 2006. V. 1763, No. 12. P. 14531462. DOI: 10.1016/j.bbamcr.2006.07.016
19. Wackett L.P. The Metabolic Pathways of Biodegradation // The Prokaryotes. 2014. V. 2. P. 383-393. (https://doi.org/10.1007/978-3-642-31331-8_76)
20. Zidenga T., Siritunga D., Sayre R.T. Cyanogen Metabolism in Cassava Roots: Impact on Protein Synthesis and Root Development // Front Plant Sci. 2017. V. 8, No. 220. P. 1-12. DOI: 10.3389/fpls.2017.00220
