Отходы Верхнекамского месторождения солей как источники выделения бактерий-деструкторов токсичных соединений

Промышленная добыча калийно-магниевых солей на Верхнекамском месторождении в Пермском крае приводит к образованию отходов, которые складируются в виде солеотвалов и шламохранилищ (рис. 1). Данные отходы, а также загрязненные ими почвы и воды характеризуются высокой минерализацией и содержанием токсичных органических загрязнителей. Основными из этих загрязнителей являются нефтепродукты, полициклические углеводороды, хлорор-ганические соединения, эфиры фталиевой кислоты (Бачурин, Одинцова, 2009). Отходы добычи калийно-магниевых солей и загрязненные ими почвы являются местообитанием бактерий, устойчивых к действию стрессовых условий, прежде всего к влиянию повышенной концентрации солей в среде, а также способных к деструкции токсичных органических соединений. Данные бактерии исследуются уже более двух десятилетий в Лаборатории микробиологиии техногенных экосистем «Института экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН» (ЛМТЭ «ИЭГМ УрО РАН») с целью оценки их би-одегративного потенциала и возможности

Работа лицензирована в соответствии с CC BY 4.0. Чтобы просмотреть копию

этой лицензии, посетите

использования для создания биотехнологических методов очистки окружающей среды. В лаборатории создана и постоянно пополняется рабочая коллекция бактерий, выделенных из почв, донных отложений, сточных вод, отходов и шламов, расположенных на территории солеразработок (г. Березники, г. Соликамск, Пермский край). Большинство бактерий-деструкторов депонировано во Всероссийской коллекции микроорганизмов (ВКМ, ИБФМ РАН, г. Пущино). В результа- те многолетней работы выявлены бактерии, способные разлагать нефть, нефтепродукты, полициклические и ароматические углеводороды, хлорорганические соединения, а также эфиры фталиевой кислоты. Целью данной работы является обзор данных о биодеграда-тивных возможностях бактерий, выделенных из района промышленной добычи и переработки калийно-магниевых солей (Верхнекамское месторождение, Пермский край).

Рис. 1. Солеотвал ПАО «Уралкалий», г. Соликамск

Нефть, нефтепродукты, полициклические ароматические углеводороды (ПАУ)

Данные о способности бактерий, выделенных из района солеразработок Верхнекамского месторождения, осуществлять разложение нефти, нефтепродуктов и ПАУ представлены в табл. 1. Исследования проводились в Лаборатории микробиологии техногенных экосистем «ИЭГМ УрО РАН».

Для очистки почвы от нефти в условиях повышенной минерализации среды (NaCl до 7 %) к использованию предложен консорциум бактерий SMB3, включающий штаммы Rhodococcus sp. SMB37, Rhodo-coccus sp. SMB38, Arthrobacter sp. SMB32, Microbacterium sp. SMB33, Thalassospira sp. SMB34, Halomonas sp. SMB31 и

Salinicola socius SMB35 (Назаров и др., 2010). Внесение данного консорциума в загрязненную почву с засолением (3, 5, 7 % NaCl) приводило через 20 дней к уменьшению содержания в ней нефти и ПАУ (нафталин, аценафтен, антрацен, фенантрен). Оценена способность к деструкции бенз(а)пирена (БП) в почвах штаммом Rhodococcus wratislaviensis KT112-7 (Назаров, 2019), интродукция которого в дерново-подзолистую почву уменьшала содержание в ней бенз(а)пирена в течение месяца на 26 %, в технозем – на 45 %. Исследован процесс биодеградации дизельного топлива (ДТ) при повышенной солености среды галотолерантными штаммами Rhodococcus sp. NDT23 и Dietzia sp. NDT10 (Назаров и др., 2023; Nazarov et al., 2024). Выявлена способность Rhodococcus sp. NDT23 к деструкции угле- водородов дизельного топлива при концентрации в среде до 100 г/л NaCl (Назаров и др., 2023), Dietzia sp. NDT10 – до 125 г/л NaCl (Nazarov et al., 2024). Установлено, что штамм Glutamicibacter sp.

PB8-1 (ВКМ Ac-2934D) осуществляет биодеградацию фенантрена при содержании в среде до 7 % NaCl (Ястребова и др., 2026).

Таблица 1. Деструкция нефти, нефтепродуктов и ПАУ бактериями, выделенными из района промышленной добычи и переработки калийно-магниевых солей

Бактерии	Эффективность биодеградации	Ссылки
Бактериальный консорциум SMB3 ( Rhodococcus sp. SMB37, Rhodococcus sp.SMB38 (ВКМ Ас-3026), Arthrobacter sp. SMB32 (ВКМ Ас-3019), Microbacterium sp. SMB33 (ВКМ Ас-3021), Thalassospira sp. SMB34 (ВКМ B-2527), Halomonas sp. SMB31 (ВКМ В-3794), Salinicola socius SMB35T (ВКM B-2397T)	Уменьшение содержания нефти в почве (начальная концентрация 1 %) через 20 дней при засолении почвы 3, 5, 7 % NaCl в вариантах опыта с внесением бактерий на 21, 22, 28 % соответственно, без внесения бактерий – на 9, 7, 0 % соответственно. Снижение концентрации нафталина – на 93–97 %, других ПАУ (аценафтен, антрацен, фенантрен) – на 40–62 % в сравнении с контролем без внесения бактерий.	(Назаров и др., 2010)
Rhodococcus wratislaviensis KT112-7 (ВКМ Ac-2623D)	Снижение концентрации БП в почвах (начальная концентрация 100 мг/кг) через месяц на 26 % в дерново-подзолистой почве и на 45 % в техноземе. Без внесения бактерий уменьшение содержания БП в почвах не выявлено.	(Назаров, 2019)
Rhodococcus sp. NDT23 (ВКМ Ас-3027)	Уменьшение концентрации ДТ в культуральной среде (начальная концентрация 1 г/л) через 14 дней при солености 0–70 г/л NaCl на 43–60 %, при солености 100 г/л NaCl – на 14 %.	(Назаров и др., 2023)
Dietzia sp. NDT10 (ВКМ Ac-2994D)	Уменьшение концентрации ДТ в культуральной среде (начальная концентрация 1 г/л) через 14 дней при солености 0–100 г/л NaCl на 48–72 %, при солености 125 г/л NaCl – на 10 %.	(Nazarov et al., 2024)
Glutamicibacter sp. PB8-1 (ВКМ Ac-2934D)	Снижение содержания фенантрена в культуральной среде (начальная концентрация 200 мг/л) через 72 часа при солености 0–7 % NaCl на 67–100 %.	(Ястребова и др., 2026)

Хлорорганические соединения

Для очистки почв, загрязненных комплексом хлорорганических соединений (гексахлорбензол (ГХБ), полихлорированные бифенилы (ПХБ), линдан, дихлордифени-лтрихлорэтан (ДДТ), дихлордифенилдихлор-этан (ДДД), триаллат), предложено использовать штамм Rhodococcus wratislaviensis КТ112-7 (ВКМ Ac-2623D) (Назаров и др., 2015a, 2015b; Егорова и др., 2015). Внесение бактерий данного штамма в загрязненную хлорорганическими токсичными соединениями почву, отобранную с промышленной площадки г. Чапаевска Самарской области, уменьшало концентрацию ГХБ через 14 дней и через 3 месяца в 1,2–2,2 раза в сравнении с контролем без внесения бактерий; линдана – в 2,0–3,3 раза; ДДТ и ДДД – в 1,2–1,9 раза; триалата – в 1,3–3,0 раза (Назаров и др., 2015a, 2015b). Содержание ПХБ в почве при внесении бактерий снижалось через 14 дней в 1,2–2,7 раза (Назаров и др., 2015a), через 3 месяца – в 4,1–4,2 раза (Егорова и др., 2015). В результате проведенных исследований обнаружено, что штамм R. wratislaviensis КТ 112-7 эффективно разлагает коммерческую смесь ПХБ марки «Совол» в культуральной среде, в которой суммарная концентрация ПХБ (начальная концентрация 0,8 г/л) снизилась через пять суток на 93,8 % (Егорова и др., 2015). Установлено, что данный штамм осуществляет трансформацию моно- и ди-хлорированных бифенилов при концентрации в среде до 50 г/л NaCl (Егорова и др., 2018). Содержание 2-/4-монохлорированных бифенилов (начальная концентрация 94,25 мг/л) уменьшилось через 24 часа на 20–100 %, 2,4'-дихлорбифенила (начальная концентрация 22,3 мг/л) – на 13–100 %.

Эфиры фталевой кислоты (ЭФК)

Из отходов соледобычи и загрязненных ими почв были выделены бактерии-деструкторы ЭФК (диэтилфталата (ДЭФ), дибутилфталата (ДБФ) и диоктилфталата (ДОФ)) родов: Arthrobacter, Dietzia, Glutamicibacter, Halomonas, Martelella, Oce-anisphaera, Pseudomonas, Pseudarthro-bacter , Rhodococcus (Ястребова и др., 2019, 2026, 2025a; Ястребова, Назаров, 2025; Назаров, 2020; Корсакова и др., 2023; Korsakova et al., 2025; Пьянкова и др., 2024) (табл. 2) .

Штамм Rhodococcus wratislaviensis КТ112-7 предложен для очистки загрязненной почвы от ДБФ и ДОФ (Назаров и др., 2015a, 2015b; Назаров, 2020). Обнаружена способность штаммов Glutamicibacter sp. PB8-1 и Pseudarthrobacter sp. NKDBFgelt осуществлять деструкцию ДБФ при содержании в среде NaCl до 7 % (Ястребова и др., 2025, 2026). Штамм NKDBFgelt (ВКМ Ас-3035), растет на ДБФ и орто- фталевой кислоте (ОФК) при повышенной концентрации соли в среде (до 30 и 50 г/л NaCl соответственно). К 72 часам культивирования штамм утилизировал 75,2 % ДБФ (200 мг/л)

в среде без добавления соли, а также 66,95– 27,80 % ДБФ в среде с повышенной концентрацией NaCl (30–70 г/л). Анализ генома данного штамма выявил кластеры генов, участвующих в разложении бензойной кислоты, ДБФ, ОФК, и гены, кодирующие ферменты основных путей деструкции ароматических соединений.

Штамм Glutamicibacter sp. PB8-1 (ВКМ Ac-2934D) использует в качестве ростовых субстратов нафталин, фенантрен, дибутилфталат, диметилфталат и их метаболиты, а также способен к росту в полноценной среде с повышенным засолением (до 10 % NaCl). В минеральной среде с ДБФ или ОФК в качестве субстрата, рост штамма наблюдался при концентрации NaCl до 5 %. Рост штамма PB8-1 на ОФК сопровождался наиболее высокими значениями оптической плотности культуры, а также удельной скорости роста как в отсутствие соли, так и при повышенной концентрации NaCl в среде. Оптимальные показатели параметров роста штамма (ОП 600 = 0,91; µ = 0,032 ± 0,001 ч^–1) зафиксированы в среде с 3 % NaCl. При использовании ДБФ в качестве субстрата наблюдалось повышение продолжительности лаг-фазы роста штамма и снижение максимального значения оптической плотности культуры (ОП 600 = 0,65 при 5 % NaCl) (рис. 2).

Рис. 2. Рост штамма Glutamicibacter sp. PB8-1 на ОФК (А) и ДБФ (Б) при различных концентрациях NaCl (%)

Установлена способность штаммов Halomonas sp. PG1, Pseudomonas sp. PG2, Oceanisphaera sp. PP23-2, Dietzia sp. 1BR, Rhodococcus sp. PP22-1, Martelella sp. PSH17-4, Rhodococcus sp. PD10-1, Martelella sp. PSH17-52 к биодеградации ДБФ с концентрацией в среде NaCl до 9 % (Ястребова и др., 2019). Данные штаммы способны к утилизации 90–98 % ДБФ и 49–80 % ДЭФ в концентрации 500 мг/л, при концентрации

NaCl в среде 50 г/л, а также в среде без добавления соли. Высокий уровень утилизации ДБФ (до 79 %) наблюдался при содержании 70 г/л NaCl в среде культивирования. Для большинства исследуемых штаммов зафиксированы более высокие ростовые показатели при выращивании в среде с повышенным засолением (30 г/л NaCl), чем в среде без добавления соли (Ястребова и др., 2019).

Таблица 2. Деструкция ЭФК бактериями, выделенными из района промышленной добычи и переработки калийно-магниевых солей

Бактерии	Эффективность биодеградации	Ссылки
Glutamicibacter sp. PB8-1 (ВКМ Ac-2934D)	Уменьшение концентрации ДБФ в культуральной среде (начальная концентрация 200 мг/л) через 72 часа при солености 0–7% NaCl на 28–76 %.	(Ястребова и др., 2026)
Rhodococcus wratislaviensis КТ112-7 (ВКМ Ac-2623D)	Уменьшение содержания суммарного содержания ЭФК (ДБФ и ДОФ) в загрязненной почве через 14 дней и через 3 месяца в вариантах опыта с внесением бактерий в 1,2–2,2 раза, в сравнении с контролем без внесения бактерий.	(Назаров и др., 2015a; 2015b)
Rhodococcus sp. Rh7bel (ВКМ Ас-3023)	Снижение содержания ДБФ в культуральной среде (начальная концентрация 200 мг/л) через 72 часа на 71 %.	(Корсакова и др., 2023)
Halomonas sp. PG1, Pseudomonas sp. PG2, Oceanisphaera sp. PP23-2, Dietzia sp. 1BR, Rhodococcus sp. PP22-1, Martelella sp. PSH17-4, Rhodococcus sp. PD10-1, Martelella sp. PSH17-52 (ВКМ В-3781)	Уменьшение содержания ДБФ в культуральной среде (начальная концентрация 500 мг/л) через 72 часа на 55–96 %. Снижение концентрации ДЭФ в культуральной среде (начальная концентрация 500 мг/л) через 72 часа на 46–71 %.	(Ястребова и др., 2019)
Pseudarthrobacter sp. NKDBFgelt (ВКМ Ас-3035)	Снижение концентрации ДБФ в культуральной среде (начальная концентрация 200 мг/л) через 72 часа при солености 0–7% NaCl на 28–75 %.	(Ястребова и др., 2025a)
Rhodococcus sp. 5G1	Уменьшение концентрации ДБФ в культуральной среде (начальная концентрация 200 мг/л) через 72 часа на 51 %.	(Ястребова, Назаров, 2025)

Заключение

Таким образом, отходы соледобывающего производства на Верхнекамском месторождении, а также загрязненные ими почвы, воды и донные отложения являются местообитанием галотолерантных бактерий-деструкторов, которые могут быть использованы в биотехнологических целях, в том числе для разработки новых биологических методов очистки загрязненных объектов окружающей среды. Из отходов добычи и переработки калийно-магниевых солей и загрязненных ими сред, находящихся на территории Верхнекамского месторождения, были выделены бактерии, разрушающие нефть, нефтепродукты и углеводороды, а именно бактериальный консоциум (Rhodo-coccus sp. SMB37, Rhodococcus sp.SMB38, Arthrobacter sp. SMB32, Microbacterium sp. SMB33, Thalassospira sp. SMB34, Halomonas sp. SMB31, Salinicola socius SMB35), а также бактерии родов Glutamicibacter, Dietzia, Rho-dococcus. Для очистки почв от хлороргани-ческих загрязнителей предложен штамм Rhodococcus wratislaviensis KT112-7, полученный из отходов соледобычи. На основе данного штамма разработан микробный препарат «Полихлорокс», предназначенный для очистки почв, загрязненных хлорорганиче- скими соединениями. Кроме того, в данных отходах и загрязненных ими почвах, водах и донных отложениях были выявлены и отобраны в коллекцию бактерии-деструкторы ЭФК родов Dietzia, Glutamicibacter, Halomo-nas, Martelella, Oceanisphaera, Pseudarthrobacter, Pseudomonas, Rhodococcus. У большинства выделенных бактерий была обнаружена способность разрушать органические поллютанты в условиях повышенного содержания солей.

Исследования выполнены в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (124020500028–4). В работе использовано оборудование Центра коллективного пользования «Исследования материалов и вещества» ПФИЦ УрО РАН.