CC BY
85
УДК: 579.841.15:579.222.3
ОСОБЕННОСТИ СТРУКТУРЫ МНКРОБНОТЫ ТЕХНОГЕННОЙ ЭКОСИСТЕМЫ СЕВЕРНОГО ПРОМУЗЛА РБ: БАКТЕРИИ-ДЕСТРУКТОРЫ ФЕНОЛА
И 2,4-ДИХЛОРФЕНОЛА
О 2011 г. Е.Ю. Журенко, В.В. Коробов, Н.В. Жарикова, Т.Р. Ясаков, Л.Г. Анисимова, Т.В. Маркушева
Институт биологии Уфимского научного центра РАН, г. Уфа
Поступила 15.05.2011
Выделены новые деструкторы фенола и 2,4-дихлорфенола, классифицированные как представители родов Achromobacter, Agrobacterium, Agromyces, Azospirillum, Bacillus, Brenneria, Citrobacter, Enterobacter, Gluconobacter, Pantoea, Raoultella и Rhodococcus. Полученные данные расширяют существующие представления о разнообразии деструкторов ароматического ряда современных техногенных экосистем.
Ключевые слова: фенол, 2,4-дихлорфенол, бактерии-деструкторы.
Фенол и его хлорированные производные составляют значительную часть поллютантов, поступающих в окружающую среду со стоками и отходами предприятий нефтехимического производства. Известно, что в окружающей среде молекулы загрязнителей подвергаются воздействию микробных консорциумов. В настоящее время изучение структуры микробиоты техногенных сообществ, особенно той ее части, которая обладает способностью к ассимиляции экотоксикантов, привлекает все большее внимание в связи с тем, что понимание особенностей ее строения и функционирования становится необходимым условием для реализации процессов эффективной ремедиации нарушенных экотопов.
Цель данной работы - выявить бактерии-деструкторы фенола и 2,4-дихлорфенола, входящие в состав микробиоты, подвергавшейся долговременному воздействию факторов нефтехимического производства.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
Объектом исследования являлись образцы смешанных популяций микроорганизмов почвы Северного промузла Республики Башкортостан. Отбор проб почвы и выделение культур деструкторов производили согласно стандартным методикам с небольшими модификациями [16]. Для выявления спорообразующих форм микроорганизмов применяли смешанный агар (МПА+сусло в соотношении 1:1). Почвенную суспензию пастеризовали перед посевом при +70 С в течение 15 мин. Идентификацию штаммов осуществляли согласно принципам фенотипической и физиолого-биохимической дифференциации бактерий [13].
Журенко Евгения Юрьевна, канд. биол. наук, e-mail: [email protected]; Коробов Владислав Викторович, канд. биол. наук, e-mail: [email protected]; Жарикова Наталья Владимировна, канд. биол. наук, e-mail: [email protected]; Ясаков Тимур Рамилевич, канд. биол. наук, e-mail: [email protected]; Анисимова Лилия Георгиевна, e-mail: [email protected]; Маркушева Татьяна Вячеславовна, канд. биол. наук, e-mail: [email protected]
Культивирование бактерий проводили в термостатированных условиях при +30°С. Рост контролировали по изменению плотности клеточной суспензии (OD59o). Определение количества фенола и 2,4-дихлорфенола (2,4-ДХФ) в культуральной жидкости проводили согласно стандартного фотометрического метода [10].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
По положительным оценкам роста в селективных условиях были выявлены изоляты, обладавшие способностью использовать фенол и 2,4-ДХФ в качестве источника углерода и энергии.
Штаммы деструкторы фенола и 2,4-ДХФ были классифицированы следующим образом: Achromobacter xyloxidans ЗЗР, Agrobacterium tumefaciens 21SG, Agromyces sp. 34DCP, Azospirillum irakense 38D, Bacillus cereus 33T, Bacillus subtilis 16, Brenneria salcis 38P, Citrobacter sp. 36 4CPA, Enterobacter cloacae 34 4CPA, Gluconobacter oxydans 2T, Pantoea agglomerans 36P, Raoultella planticola 33 4CPA и Rhodococcus rubropertinctus 5D.
Результаты определения филогенетического положения вновь выделенных культур показали, что в составе микробиоты техногенной экосистемы присутствовали деструкторы фенола и его хлорированных производных, входящие в таксономические кластеры нескольких родов протеобактерий, а именно: Achromobacter, Agrobacterium, Agromyces, Azospirillum, Bacillus, Brenneria, Citrobacter, Enterobacter, Gluconobacter, Pantoea, Raoultella и Rhodococcus.
В ходе сравнительного анализа процессов утилизации фенола и 2,4-ДХФ в модельных системах было показано, что исследуемые штаммы обнаруживают различный уровень деградации субстратов.
Из данных, приведенных в таблице 1, видно, что фенол способны метаболизировать все культуры. Штаммы Azospirillum irakense 38D и Bacillus cereus ЗЗТ существенно снижали количество фенола в периодической культуре.
Ассимиляцию 2,4-ДХФ лучше всего проводили культуры Agromyces sp. 34DCP, Bacillus subtilis 16
Проблемы прикладной экологии
и Raoultella planticola 33 4СРА.Конверсия 2,4-ДХФ не обнаружена для Achromobacter xyloxidans ЗЗР, Agrohacterium tumefaciens 21SG, Bacillus cereus 33T, Brenneria salcis 38P, Gluconobacter oxydans 2T и Rhodococcus rubropertinctus 5D.
Следует отметить, что полученные данные хорошо согласуются со сведениями о том, что для Таблица 1. Остаточное содержание фенола и 2,4-дихл(
микроорганизмов аэробная деградация хлорированных ароматических соединений является более сложной задачей, чем конверсия их незамещенных аналогов, вследствие того, что, помимо энзимати-ческого расщепления ароматического кольца, добавляется еще необходимая стадия удаления из молекулы субстрата атома хлора, [юнола в среде культивирования
ОСТАТОЧНОЕ КОЛИЧЕСТВО
ШТАММ СУБСТРАТОВ,%
Фенол 2,4-ДХФ
Achromobacter xyloxidans 33P 80,3 100
Agrobacterium tumefaciens 21SG 21,8 100
Agromyces sp. 34DCP 26,4 27,0
Azospirillum irakense 38D 2,1 56,0
Bacillus cereus 33T 1,1 100
Bacillus subtilis 16 67,1 30,2
Brenneria salcis 38P 90,3 100
Citrobacter sp. 36 4CPA 84,2 46,4
Enterobacter cloacae 34 4CPA 85,4 41,2
Gluconobacter oxydans 2T 79,:3 100
Pantoea agglomérons 36P 74,1 31,9
Raoultella planticola 33 4CPA 48,4 27,3
Rhodococcus rubropertinctus 5D 85,1 100
Следует отметить, что ранее среди деструкторов были описаны представители бактерий различных родов. Больше всего было обнаружено псевдомонад [3, 4, 12].
Отмечено, что родококки также активно осуществляли деградацию фенола [8,14, 15].
Внутри представителей родов Achromobacter [7], Acinetobacter [1], Arthrobacter [2, 15], Ralstonia [6] и Bacillus было выделено несколько штаммов, способных осуществлять утилизацию фенола [6, 11].
Установлено, что 2,4-дихлорфенол катаболизи-ровали представители родов Achromobacter [7] и Pseudomonas [9].
Принимая во внимание, что ранее среди бактерий, способных вовлекать в обмен веществ и энергии фенол и 2,4-ДХФ, не обнаруживались представители родов Achromobacter, Agrobacterium, Agromyces, Azospirillum, Bacillus, Brenneria, Citrobacter, Enterobacter, Gluconobacter, Pantoea, Raoultella и Rhodococcus, следует сделать вывод о том, что присутствие в структуре техногенного сообщества в качестве деструкторов фенола и 2,4-ДХФ микроорганизмов указанных таксономических групп выявлено впервые.
Полученные в данной работе данные существенно расширяют представления о биоразнообразии штаммов-деструкторов фенола и 2,4-ДХФ промышленных экосистем.
Работа выполнена при поддержке гранта Президиума РАН «Биоразнообразие и динамика гено-
фондов» и программы «Участник молодежного
научно-инновационного конкурса».
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Beadle СЛ., Smith A.R. W. The purification and properties of 2,4-dichlorophenol hydroxylase from a strain of Acinetobacter species // Eur. J. Biochem. 1982. Vol.123. P.323-332.
2. Karigar Ch., Mahesh A., Nagenahali M., Yun D.J. Phenol degradation by immobilized cell of Arthrobacter citreus II Biodégradation. 2006. Vol.17. P.47-55.
3. KotreshaD., Vidyasagar G.M. Isolation and characterisation of phenol-degrading Pseudomonas aeruginosa MTCC 4996 // World Journal of Microbiology and Biotechnology. 2008. Vol. 24, №4. P. 541-547.
4. Lang E. Diversity of bacterial capabilites in utilizing alkylated benzenes and other aromatic compounds // Lett. Appl. Microbiol. 1996. Vol.23, №4. P.257-260.
5. Laxmi M.V., Reddy K.S., Himabindu, V., Vutukuru, S.S., Anjaneyulu, Y. Phenol degradation by pure and mixed cultures of Arthobacter, Mycobacterium and Psuedomonas in flask cultures and spiked soil samples // Asian Journal of Microbiology, Biotechnology and Environmental Sciences. 2007. Vol. 9, № 3. P. 607-613.
6. Li S., Chen Z., Qiu L., Wu J., Lai Z. Isolation and identification of Bacillus cereus strain Jp-A and its capability in phenol degradation // Chinese Journal of Applied Ecology. 2006. V. 17, № 5. P. 920-924.
7. Quan X., Shia H., Zhangc Y, Wanga J., Qiana Y. Biodégradation of 2,4-dichlorophenol and phenol in an airlift innerloop bioreactor immobilized with Achromobacter sp. // Separation and Purification Technology. 2004. Vol.34, №13. P. 97-103.
8. Rehfuss M., Urban J. Rhodococcus phenolicus sp. nov., a novel isolated actinomycete with the ability to degrade chlorobenzene, di-chlorobenzene and phenol as sole carbon sources // Systematic and Applied Microbiology. 2005. Vol. 28. P. 695-701.
9. Ziagova М, Liakopoulou-Kyriakides, М. Kinetics of 2,4-dichlorophenol and 4-Cl-m-cresol degradation by Pseudomonas sp. cultures in the presence of glucose // Chemosphere. 2007. Vol. 68. № 5. P. 921-927.
10. Губен-Вейль И. Методы органической химии. М.: Гос-химиздат, 1963. 1032 с.
11. Козловский С.А., Наумов А.В., Цой Т.В. Выделение и характеристика штаммов микроорганизмов, утилизирующих фенол // Химия и технология воды. 1993. Т.15, №5. С.383-389.
12. Кулакова А.Н., Кулаков Л.А., Наумов А.В., Мальцева О.В., Головлева Л.А., Боронин A.M. Клонирование генов деградации фенола из штамма Pseudomonas sp.5-T // Генетика. 1992. Т.28, №2. С.35^12.
13. Определитель бактерий Берджи / Под ред. Хоулта Дж. и др. 9-е изд. М.: Мир, 1997. 799 с.
14. Плотникова Е.Г., Рыбкина Д.О., Ананьина Л.Н., Ястребова О.В., Демаков В.А. Характеристика микроорганизмов, выделенных из техногенных почв Прикамья // Экология. 2006. № 4. С. 261-268.
15. Соляникова И.П., Головлев Е.Л., Лисняк О.В., Головлева Л.А. Выделение и храктеристика пирокатехаз из штаммов Rhodococcus rhodnii 135 и Rhodococcus rhodochrous 89: сравнение с аналогичными ферментами обычного и модифицированного орто-пути // Биохимия. 1999. Т. 64. С. 982-989.
16. Теппер Е.З., Шилъникова В.К, Переверзева Г.И. Практикум по микробиологии. М.: МГУ. 1976. 307 с.
STRUCTURE OF MIKROBIAL COMMUNITIES OF RB INDUSTRIAL ECOSISTEM: PHENOL AND 2,4-DICHLOROPHENOL BACTERIA-DESTRUCTORS
© 2011 E.Yu. Zhurenko, V.V. Korobov, N.V. Zharikova, T.R. Yasakov, L.G. Anisimova, T.V. Markusheva
Institute of Biology, Ufa Sci. Centre of RAS, Ufa
New destructors of the phenols and 2,4-dichlorophenol, classified as representatives of Achromobacter, Agrobacte-rium, Agromyces, Azospirillum, Bacillus, Brenneria, Citrobacter, Enterobacter, Gluconobacter, Pantoea, Raoultella and Rhodococcus genera have been isolated. The results of this investigation increase the existing data about aromatic-degrading bacterial biodiversity of the modern industrial ecosystems.
Key-words-, phenol, 2,4-dichlorophenol, bacteria-destructors.
Zhurenko Eugene Yur'evna, Candidate of Biology, e-mail: [email protected]; Korobov Vladislav Viktorovich, Candidate of Biology, e-mail: [email protected]; Zharikova Natalia Vladimi-rovna, Candidate of Biology, e-mail: [email protected]; Yasakov Timur Ramilevich, Candidate of Biology, e-mail: [email protected]; Anisimova Lilya Georgievna, e-mail: [email protected]; [email protected]; Markusheva Tatiana Vyacheslavovna, Candidate of Biology, e-mail: [email protected]
