Вплив ксенобіотиків на якісний склад прокаріот водної екосистеми Чорного моря

Authors

  • M Pavlovska Національний університет біоресурсів і природокористування України, науковий співробітник, Державна Установа Національний антарктичний науковий центр МОН України ,
  • L Solomenko National University of Life and Environmental Sciences of Ukraine image/svg+xml
  • IE Prekrasna Державна Установа Національний антарктичний науковий центр МОН України
  • Є Дикий Державна Установа Національний антарктичний науковий центр МОН

DOI:

https://doi.org/10.31548/biologiya2020.01.050

Keywords:

Keywords, biotransformation, xenobiotics, ecosystem bioremediation, microbial communities, Black Sea

Abstract

Процеси біотрансформації та біоремедіації, ключову роль у яких відіграють угруповання мікроорганізмів, виконують значну роль у вилученні токсичних речовин із трофічних ланцюгів екосистеми. Роль мікроорганізмів у розкладі ксенобіотиків є особливо важливою у водних екосистемах напівзакритого типу зі значним річковим стоком – таких, як Чорне море. Згідно з даними проєкту ПРООН ЕМБЛАС у водах Чорного моря було відмічено наявність низки поліароматичних вуглеводнів та хлорорганічних сполук, концентрація яких перевищувала гранично допустимі норми. Саме тому для дослідження функціональної відповіді екосистеми Чорного моря на вплив забруднюючих речовин, ми провели молекулярно-генетичну оцінку таксономічного біорізноманіття мікробних угруповань для виявлення таксонів, потенційно здатних до біотрансформації ксенобіотиків. Дослідні зразки морської води та донних осадів було відібрано в серпні-вересні 2017 року в рамках дослідницького рейсу (Joint Open Sea Survey) проєкту EMBLAS-II. Подальший аналіз включав екстракцію ДНК зі зразків та проведення секвенування на платформі Ion Proton длявизначеннятаксономічногобіорізноманіттямікробнихугруповань. Намибула показана наявність бактерій, що належать до таксономічних груп із попередньо експериментально визначеною здатністю до біотрансформації ксенобіотиків у водній товщі та донних осадах Чорного моря. Так, представники таких таксонів,як Rhodobacteraceae, Rhodospirillaceae, Halomonadaceae Oceanospirillaceae, Alcanivoracaceae, Bacilliaceae: Actinomycetales та Acidobacteriaceae були присутні в угрупованнях бактеріопланктону на всіх станціях дослідницького полігону. В угрупованнях донних осадів значну частку становили представники Alteromonadales та Piscirickettsiaceae, здатні до розкладу поліароматичних вуглеводнів, а також Desulfuromonadaceae, Desulfobacteraceae, Syntrophaceae, Peptococcaceae, Dehalococcoideaceae, для яких раніше була показана здатність до біотрансформації хлорорганічних сполук. Отримані результати є базовою інформацією, яка ляже в основу подальшого детального аналізу функціонального потенціалу мікробних угруповань щодо розкладу забруднюючих речовин, що має на меті ідентифікацію нових метаболічних шляхів біотрансформації ксенобіотиків та дослідження адаптаційних стратегій екосистеми до антропогенних змін навколишнього середовища.

Author Biographies

  • M Pavlovska, Національний університет біоресурсів і природокористування України, науковий співробітник, Державна Установа Національний антарктичний науковий центр МОН України,
    аспірантка
  • L Solomenko, National University of Life and Environmental Sciences of Ukraine

    кандидат біологічних наук, доцент кафедри
    загальної екології та безпеки життєдіяльності

  • IE Prekrasna, Державна Установа Національний антарктичний науковий центр МОН України

    кандидат біологічних наук, старший науковий співробітник

  • Є Дикий, Державна Установа Національний антарктичний науковий центр МОН

    кандидат біологічних наук, директор

References

Singh, Sh. Nath. (2012). Microbial Degradation of Xenobiotics. [Environmental Science and Engineering]. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 486. https://doi.org/10.1007/978-3-642-23789-8

Fetzner S. (2002). Biodegradation of xenobiotics. In Doelle H W, Rokem S, Berovic M (eds.) Biotechnology. Volume 10. Encyclopedia of Life Support Systems (EOLSS). EOLSS Publishers Co. Ltd., Oxford. pp. 215-246

Muangchinda, C., Pansri, R., Wongwongsee, W. and Pinyakong, O. (2013), Assessment of polycyclic aromatic hydrocarbon biodegradation potential in mangrove sediment from Don Hoi Lot, Samut Songkram Province, Thailand. J Appl Microbiol, 114, 1311-1324. https://doi.org/10.1111/jam.12128

Louvado, A., Gomes, N.C.M., Simões, M.M.Q., Almeida, A., Cleary, D.F.R., Cunha, A. (2015). Polycyclic aromatic hydrocarbons in deep sea sediments: Microbe-pollutant interactions in a remote environment. Science of the Total Environment, 526, 312-328

https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2015.04.048

Isaac, P., Lozada, M., Dionisi, H.M., Estevez, M.C., Ferrero, M.A. (2015). Differential expression of the catabolic nahAc gene and its effect on PAH degradation in Pseudomonas strains isolated from contaminated Patagonian coasts International. Biodeterioration & Biodegradation, 105, 1-6

https://doi.org/10.1016/j.ibiod.2015.08.011

Liu, Q, Tang, J, Bai, Z, Hecker, M, Giesy, J.P. (2015). Distribution of petroleum degrading genes and factor analysis of petroleum contaminated soil from the Dagang Oilfield, China. Scientific Reports, 5, 11068. https://doi.org/10.1038/srep11068

Duran, R., Cravo-Laureau, C. (2016). Role of environmental factors and microorganisms in determining the fate of polycyclic aromatic hydrocarbons in the marine environment. FEMS Microbiology Reviews, fuw031 https://doi.org/10.1093/femsre/fuw031

Vetriani, C., Tran, H.V., Kerkhof, L.J. (2003). Fingerprinting microbial assemblages from the oxic/anoxic chemocline of the Black Sea. Applied and Environmental Microbiology, 69, 6481-6488

https://doi.org/10.1128/AEM.69.11.6481-6488.2003

Slobodnik, J., Alexandrov, B., Komorin, V. (2017). National Pilot Monitoring Studies and Joint Open Sea Surveys in Georgia, Russian Federation and Ukraine. Final Scientific Report

Barnes, R., Metcalf, D. (2010). Current Legal Developments - The European Union: The Marine Strategy Framework Directive. International Journal of Marine and Coastal Law, 25, 81-91

https://doi.org/10.1163/157180809X12583617932347

Habe, H., Omori, T. (2003). Genetics of Polycyclic Aromatic Hydrocarbon Metabolism in Diverse Aerobic Bacteria. Biosci. Biotechnol. Biochem, 67(2), 225-243

https://doi.org/10.1271/bbb.67.225

Nwinyi, O.C., Ajayi, O.O., Amund, O. O. (2016). Degradation of polynuclear aromatic hydrocarbons by two strains of Pseudomonas. Braz J Microbiol., 47(3), 551-562

https://doi.org/10.1016/j.bjm.2016.04.026

Ma, J., Xu, L., Jia, L. (2012). Degradation of polycyclic aromatic hydrocarbons by Pseudomonas sp. JM2 isolated from active sewage sludge of chemical plant. J Environ Sci (China), 24(12), 2141-8

https://doi.org/10.1016/S1001-0742(11)61064-4

Kim, A.V., Buzoleva, L.S., Bogatyrenko, E.A., Zemskaya, T.I., Mamaeva, E.V. (2018). Monitoring of oil hydrocarbons pollution in the Sea of Japan, based on detection of marker genes in microbial communities. IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science, 107, 012061

https://doi.org/10.1088/1755-1315/107/1/012061

Klindworth, A., Pruesse, E., Schweer, T. et al. (2013). Evaluation of general 16S ribosomal RNA gene PCR primers for classical and next-generation sequencing-based diversity studies. Nucleic Acids Resources, doi: 10.1093/nar/gks808

https://doi.org/10.1093/nar/gks808

Caporaso, J.G., Bittinger, K., Bushman, F.D. et al. (2010). PyNAST: a flexible tool for aligning sequences to a template alignment. Bioinformatics, 26, 266-7

https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btp636

DeSantis, T.Z., Hugenholtz, P., Larsen, N., Rojas, M., Brodie, E.L., Keller, K., et al. (2006). Greengenes, a chimera-checked 16S rRNA gene database and workbench compatible with ARB. Applied Environmental Microbiology, 72, 5069- 5072

https://doi.org/10.1128/AEM.03006-05

Pruesse, E., Quast, C., Knittel, K., Fuchs, B.M., Ludwig, W., Peplies, J, et al. (2007). SILVA: a comprehensive online resource for quality checked and aligned ribosomal RNA sequence data compatible with ARB. Nucleic Acids Res., 35, 7188- 7196

https://doi.org/10.1093/nar/gkm864

Head, I.M., Jones, D.M., Roling, W.F.M. (2006). Marine microorganisms make a meal of oil. - Nat. Rev. Microbiol., 4, 173-182. doi: 10.1038/nrmicro1348 https://doi.org/10.1038/nrmicro1348

Yakimov, M.M., Timmis, K.N., Golyshin, P.N. (2007). Obligate oil-degrading marine bacteria. - Curr. Opin. Biotechnol., 18, 257-266. https://doi.org/10.1016/j.copbio.2007.04.006

Lamendella. R., Strutt, S., Borglin, S., Chakraborty, R., Tas, N., Mason, O.U. et al. (2014). Assessment of the Deepwater Horizon oil spill impact on Gulf coast microbial communities.- Front. Microbiol., 5, 130. https://doi.org/10.3389/fmicb.2014.00130

Downloads

Published

2020-05-28

Issue

Vol. 11 No. 2 (2020)

Section

Статті

License

Relationship between right holders and users shall be governed by the terms of the license Creative Commons  Attribution – non-commercial – Distribution On Same Conditions 4.0 international (CC BY-NC-SA 4.0):https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/deed.uk

Authors who publish with this journal agree to the following terms:

  • Authors retain copyright and grant the journal right of first publication with the work simultaneously licensed under a Creative Commons Attribution License that allows others to share the work with an acknowledgement of the work's authorship and initial publication in this journal.
  • Authors are able to enter into separate, additional contractual arrangements for the non-exclusive distribution of the journal's published version of the work (e.g., post it to an institutional repository or publish it in a book), with an acknowledgement of its initial publication in this journal.
  • Authors are permitted and encouraged to post their work online (e.g., in institutional repositories or on their website) prior to and during the submission process, as it can lead to productive exchanges, as well as earlier and greater citation of published work (See The Effect of Open Access).