Особенности структуры микробиоты техногенной экосистемы Северного промузла РБ: бактерии-деструкторы фенола и 2, 4-дихлорфенола

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.

МАТ ЕРИАЛ 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].

Культивирование б актерий проводили в термостатированных услови ях при +30оС. Рост контролировали по изменению плотности клеточной суспензии (OD 590 ). 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 33P, 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 33T существенно снижали количество фенола в периодической культуре.

Ассимиляцию 2,4-ДХФ лучше всего проводили культуры Agromyces sp . 34DCP, Bacillus subtilis 16

и Raoultella planticola 33 4CPA.Конверсия 2,4-ДХФ не обнаружена для Achromobacter xyloxidans 33P, Agrobacterium 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 микроорганизмов аэробная деградация хлорированных ароматических соединений является более сложной задачей, чем конверсия их незамещенных аналогов, вследствие того, что, помимо энзиматического расщепления ароматического кольца, добавляется еще необходимая стадия удаления из молекулы субстрата атома хлора.

Таблица 1. Остаточное содержание фенола и 2,4-дихлорфенола в среде культивирования

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».