CC BY
72
6. Коплик Е.В., Салиева Р.М., Горбунова А.В. Тест открытого поля как прогностический критерий устойчивости к эмоциональному стрессу у крыс линии Вистар // Журн. высш. нерв. деят. - 1995. - Т. 45, № 4. - С. 775-781.
7. Маркель А.Л. К оценке основных характеристик поведения крыс в тесте открытого поля // Журн. высш. нерв. деят. - 1981. - Т. 31, № 2. - С. 301-307.
8. Семиохина А.Ф., Плескачева М.Г. Неспецифический грумминг у крыс при решении экстраполяционной задачи // Журн. высш. нерв. деят. - 1989. -Т. 39, № 2. - С. 284-291.
9. Gould T.D. Mood and anxiety related phenotypes in mice. - USA: Humana Press., 2009.
10. Martin-Ancel A., Garcia-Alix A., Pascual-Salcedo D. etc. Interleukin-6 in the cerebrospinal fluid after perinatal asphyxia is related to early and late neurological manifestations // Pediatrics. - 1997. - Vol. 100, № 5. - P. 789-794.
СВОЙСТВА БАКТЕРИЙ-ДЕСТРУКТОРОВ УГЛЕВОДОРОДОВ, ВЫДЕЛЕННЫХ ИЗ ТРОПИЧЕСКИХ МЕСТООБИТАНИЙ ВЬЕТНАМА
© Иванова А.Е.*
Институт микробиологии им. С.Н. Виноградского РАН, г. Москва
Исследована способность четырех чистых культур аэробных бактерий, выделенных из различных объектов Вьетнама, к биодеградации нефтяных углеводородов. Штаммы, принадлежащие к родам Chromo-bacterium, Ochrobactrum, Bacillus и Dietzia, использовали в качестве единственного источника углерода и энергии сырую нефть, нефтепродукты и индивидуальные углеводороды разного химического строения и отличались устойчивостью к стрессовым условиям среды, характерным для тропических местообитаний (изменениям рН и повышенной температуре). При росте на углеводородах бактерии снижали поверхностное натяжение на границе культуральная среда-воздух с 59 до 2646 мН/м, а межфазное натяжение на границе культуральная среда-углеводород - с 25 до 2 мН/м. Культуральные среды штаммов-деструкторов способствовали извлечению нефти из пористой матрицы. Полученные результаты свидетельствуют о перспективности применения данных микроорганизмов в мероприятиях по очистке экосистем от нефтяных загрязнений в условиях тропической и теплой умеренной климатических зон.
Проблема функционирования экосистем в условиях усиливающегося антропогенного загрязнения - одна из ключевых в биологии. В современ-
* Старший научный сотрудник лаборатории Нефтяной микробиологии, кандидат биологических наук.
ном мире углеводороды являются основным источником энергии, но, с другой стороны, - приоритетными ксенобиотиками. Удаление сырой нефти и ее токсичных производных из окружающей среды в результате жизнедеятельности природных микробных сообществ рассматривается как эффективный и наиболее приемлемый с точки зрения экологической безопасности механизм самоочищения экосистем [1]. Однако исследования процесса биодеградации нефти и биологических особенностей углеводородокисляющих бактерий в зоне гумидного климата немногочисленны, а во Вьетнаме - единичны [2, 3]. В то же время Социалистическая Республика Вьетнам - одна из наиболее динамично развивающихся стран в юго-восточной Азии, с собственными запасами углеводородов на шельфе. С увеличением нагрузки на нефтяную и нефтеперерабатывающую промышленность, индустрию транспорта и хранения запасов нефти возрастает и риск загрязнения биосферы. Наличие активных бактерий-деструкторов и соответствие их потребностей экологической обстановке на загрязненном объекте - необходимые предпосылки его успешного очищения от поллютантов.
Представленная работа является частью комплексных исследований, направленных на определение численности, биоразнообразия и метаболического потенциала органотрофных микроорганизмов, распространенных в климатических условиях Вьетнама. Ранее из различных местообитаний Вьетнама нами были изолированы в чистую культуру и идентифицированы доминирующие представители бактерий, использующих углеводороды в качестве единственного источника углерода и энергии [4, 5].
Целью настоящей работы было оценить катаболические возможности некоторых из этих организмов, установить пределы адаптации к основным факторам среды обитания, рН среды и температуры, и выявить биологические особенности, способствующие метаболизму углеводородов.
Основные результаты исследования четырех штаммов тропических бактерий представлены в табл. 1 и на рис. 1. Рассматриваемые бактерии различались по способности утилизировать углеводороды разного химического строения, но в целом характеризовались высокой биологической валентностью и могли расти на средах с нефтью, другими сложными смесями углеводородов и широким спектром индивидуальных соединений, в том числе, разветвленных н-алканов, циклоалканов и полициклических аренов, известных своей устойчивостью к биодеструкции (табл. 1).
Все бактерии развивались в средах с углеводородами при рН 5.0-9.2, а некоторые - в еще более широком интервале величин рН, покрывающем практически весь диапазон значений параметра, характерный для природных местообитаний Вьетнама [6], за исключением кислых сульфатных почв. Другой отличительной особенностью этих микроорганизмов была толерантность к повышенным температурам: как нижняя граница роста, так и верхняя были выше, чем характерно для большинства типичных мезофиль-
ных углеводородокисляющих бактерий (5о(10о)-37оС). Эти черты указывали на приспособленность рассматриваемых микроорганизмов к существованию в тропических экотопах, из которых они были выделены.
Многие почвы Вьетнама в силу гранулометрического состава и промывного водного режима имеют ограниченный запас связанного азота [6]. В условиях загрязнения недостаток этого питательного элемента может лимитировать процесс биодеструкции. Наши исследования показали, что бактерии Ochrobactrum anthropi QN-А и Dietzia maris HB-2.3.2 сочетали способность утилизировать углеводороды с диазотрофией (рис.). Такие организмы могут не только сами выживать в дефицитных по азоту экосистемах, но и обеспечивать им других членов микробного сообщества.
Таблица 1
Некоторые фенотипические признаки тропических изолятов и реологические свойства культуральных сред при росте бактерий на углеводородах
Характеристика Микроорганизм^
1 2 3 4
Диапазон (оптимум) рН для роста* 4.0-9.2 (7.2) 4.3-9.5 (6.7) 4.6-10.8 (7.8) 5.5-10.0 (8.0)
Диапазон (оптимум) температуры для роста, оС* 18-44 (35) 20-39 (30) 20-47 (37) 20-40 (30)
Используют для роста*:
Нефть +/46 +/52 +/78 +/89
Газовый конденсат +/58 +/40 +/60 +/80
Вазелиновое масло +/78 +/85 +/90 +/96
н-Алканы С10-С25 С12-С28 С10-С30 С10-С36
Разветвленные алканы ГМН - - Фт, Пр
Циклоалканы ЭЦГ - - -
Моноароматические углеводороды Б, Т Т - Т
Полициклические арены Н, Ф, А Н Н Н, Ф
Реологические свойства** культуральных сред:
Эмульгирующая активность, % 10 20 8 50
Поверхностное натяжение, мН/м 26 46 31 37
Межфазное натяжение, мН/м 4 15 2 3
Детергентный эффект, %*** 70 55 50 65
Примечание:
• Бактериальные культуры [4, 5]: 1 - Chromobacterium violaceum HL-20; 2 - Ochrobactrum anthropi QN-А; 3 - Bacillus cereus DB-8;4 - Dietzia maris HB-2.3.2.
Обозначения:
«+» - наличие признака, «/70» - % деструкции в оптимальных условиях роста, «-» - отсутствие признака. Углеводороды: гептаметилнонан (ГМН), фитан (Фт), пристан (Пр), этилцик-логексан (ЭЦГ), бензол (Б), толуол (Т), нафталин (Н), фенантрен (Ф), антрацен (А).
* Развитие бактерий оценивали по приросту белка (колориметрический метод Лоури), и по содержанию остаточных углеводородов по сравнению с контролем без микроорганизмов (хроматографический анализ).
** В контроле (среда с н-тетрадеканом без микроорганизмов) эмульгирующая активность отсутствовала, поверхностное и межфазное натяжение составляли 59 мН/м и 25 мН/м соответственно.
*** Разница между нефтью (%), отмытой от кварцевого песка средой с добавлением 10 % выросшей культуры, и нефтью, экстрагированной, чистой средой без бактерий (5 %). Бактерии предварительно выращивали на среде с пируватом.
Развитие микроорганизмов сопровождалось эмульгированием углеводородной фазы и изменением реологических характеристик культуральных сред (табл. 1), что указывало на образование бактериями эффективных поверхностно-активных веществ. Последние, как известно, играют важную роль в метаболизме углеводородов у бактерий, так как участвуют в образовании биопленок, адгезии микробных клеток к различным поверхностям, в транспорте гидрофобных малорастворимых субстратов в клетку [7]. Продуцируемые бактериями вторичные метаболиты обладали выраженными детергентными свойствами, отмывая с пористой среды дополнительно до 70 % нефти (табл. 1). Выявленные биологические особенности важны для обеспечения жизнедеятельности самих микроорганизмов-деструкторов в экосистемах, загрязненных углеводородами, так как обеспечивают повышение биодоступности последних. С другой стороны, устранение поллютантов позволяет сохранить целостность и устойчивость биоценоза и экосистемы в целом.
Рис. 1. Использование штаммом Dietzia maris НВ-2.3.2 н-тетрадекана (1), вазелинового масла (2) и фенантрена (3) на полноценной среде и в среде без источника азота.
Продолжительность культивирования на качалке при 30оС - 5 сут.
Таким образом, данные штаммы-деструкторы были способны осуществлять разрушение различных ксенобиотиков углеводородной природы, в том числе, в условиях далеких от оптимальных по температурному параметру, активной кислотности среды, обеспеченности азотным питанием.
Полученные результаты позволяют сделать следующие выводы: 1. Исследованные бактерии обладают рядом ценных в экологическом отношении свойств, характеризуются значительным катаболиче-ским потенциалом, способны синтезировать поверхностно-актив-
■ полноценная среда среда без азота_
О
3 Субстраты
ные вещества и другие нефтевытесняющие метаболиты, что позволяет рассматривать их как перспективных кандидатов для биореме-диации в тропической и южной умеренной климатических зонах.
2. Дальнейшая работа должна быть направлена на изучение характера взаимоотношений этих бактерий при совместном культивировании с целью создания устойчивого микробного консорциума с высокой углеводородокисляющей активностью.
Список литературы:
1. Timmis K.N., Pieper D.H. Bacteria designed for bioremediation // Trends. Biotechnol. - 1999. - V 17. - P. 201-204.
2. Huy NO., Jin S., Amada K., Haruki M., Huu N.B., Hang D.N., Ha D.N., Imanaka N., Morikawa M., Kanaya S. Characterization of petroleum-degrading bacteria from oil-contaminated sites in Vietnam // J. Biosci. Bioeng. - 1999. -V 88. - P. 100-102.
3. Minh N.G, Hanh N.T., Hop VH., Hang D.T. Study on PAN degrading bacteria isolated from dioxin contaminated soil in Vietnam // VNU J. Sci., Natur. Sci. Tech. - 2010. - V 26. - P. 27-35.
4. Иванова А.Е., Борзенков И.А., Стрелкова Е.А., Нгуен Тху Хоай, До Нгок Лань, Беляев С.С., Карпов В.А. Таксономическое разнообразие аэробных органотрофных бактерий из чистых почв Вьетнама и их способность к окислению нефтяных углеводородов // Микробиология. - 2012. - Т. 81. -С. 254-265.
5. Иванова А.Е., Борзенков И.А., Беляев С.С. Разнообразие и углеводо-родокисляющая активность аэробных бактерий, выделенных с поверхности технических материалов в условиях влажного тропического климата // Труды Института Микробиологии НАН Азербайджана. - Т. 9. - С. 80-88.
6. Фридланд В.М. Почвы и коры выветривания влажных тропиков (на примере Северного Вьетнама). - М.: Наука, 1964. - 312 с.
7. Ron E.Z., Rozenberg E. Natural role of biosurfactants // Environ. Mioro-biol. - 2001. - V 3. - P. 229-236.
