Використання даних метагеномного аналізу для оцінки екологічного стану Чорного моря

Автор(и)

  • М. Pavlovska Національний університет біоресурсів і природокористування України image/svg+xml
  • A. Klepko Національний університет біоресурсів і природокористування України image/svg+xml
  • YE. Prekrasna-Kviatkovska State Institution National Antarctic Scientific Center Ministry of Education and Science, Kyiv, Ukraine , Державна Установа Національний антарктичний науковий центр МОН України

DOI:

https://doi.org/10.31548/biologiya14(1-2).2023.006

Ключові слова:

екологічний стан, індекси, угруповання мікроорганізмів, ксенобіотики, Чорне море

Анотація

Згідно Рамкової директиви про морську стратегію оцінка екологічного стану морської екосистеми здійснюється з урахуванням 11 дискрипторів, в основі яких лежать біологічні, хімічні та фізичні показники. Біологічні параметри традиційно оцінюються шляхом аналізу таксономічного складу та розподілу еукаріотичних організмів. Водночас, угруповання бактеріопланктону є чутливими до антропогенних змін, а тому вважаються перспективними індикаторами стану водного середовища. Нами було проведено експериментальне дослідження розрахунку індексу екологічного тиску на середовище (Pi) на основі даних хімічного аналізу вод Чорного моря та індексу екологічного стану середовища за даними метагеномного аналізу мікробних угруповань водного стовпа (microgAMBI). Було встановлено суттєву різницю показників Pi залежно від класу забруднюючих речовин, що вказує на необхідність використання широкого спектру ксенобіотиків у комплексній оцінці екологічного стану Чорного моря. За розрахунками microgAMBI води Чорного моря характеризувались переважно “добрим” екологічним станом. На трьох станціях було встановлено “задовільний”, “поганий” та “дуже поганий” стан, однак регіональних відмінностей між екологічним станом шельфової зони та відкритих вод зафіксовано не було. Частка Actinomycetales, Halomonadaceae та Shewanella в досліджуваному угрупованні асоціювалась із вищими показниками microgAMBI та, відповідно, гіршим екологічним станом вод. Водночас було встановлено позитивну кореляцію між часткою  Synechococcus, Acidimicrobiaceae, Pelagibacteraceae, Rhodobacteraceae, Microbacteriaceae, Polaribacter, Rhodothermaceae та Chloroflexi та “добрим” екологічним станом. Таким чином, використання даних метагеномного аналізу угруповань бактеріопланктону є перспективною складовою комплексної оцінки екологічного статусу вод Чорного моря, однак даний підхід потребує додаткових валідаційних досліджень. Доповнення баз метагеномних даних призведе до покращення точності оцінки екологічного стану вод за індексом microgAMBI.

Посилання

Water Framework Directive (Directive 2000/60/EC of the European Parliament and of the Council establishing a framework for the Community action in the field of water policy, Official Journal (OJ L 327) on 22 December 2000

Directive 2008/56/EC of the European Parliament and of the Council establishing a framework for community action in the field of marine environmental policy (Marine Strategy Framework Directive). 17 June 2008 establishing a framework for community action in the field of marine environmental policy (Marine Strategy Framework Directive) (Text with EEA relevance) (OJ L 164, 25.6.2008) 27 pp.

Caruso, G., La Ferla, R., Azzaro, M., Zoppini, A., Marino, G., Petochi, T., Corinaldesi, C., Leonardi, M., Zaccone, R., Fonda, S., Caroppo, C., Monticelli, L., Azzaro, F., Decembrini, F., Maimone, G., Cavallo, R., Stabili, L., Todorova, N., Karamfilov, V., … Danovaro, R. (2016). Microbial assemblages for environmental quality assessment: Knowledge, gaps and usefulness in the European marine strategy framework directive. In Critical Reviews in Microbiology. https://doi.org/10.3109/1040841X.2015.1087380

Aylagas, E., Borja, Á., Tangherlini, M., Dell’Anno, A., Corinaldesi, C., Michell, C. T., Irigoien, X., Danovaro, R., & Rodríguez-Ezpeleta, N. (2017). A bacterial community-based index to assess the ecological status of estuarine and coastal environments. Marine Pollution Bulletin. https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2016.10.050

Zhang, Y., Chen, L., Sun, R., Dai, T., Tian, J., Liu, R., & Wen, D. (2014). Effect of wastewater disposal on the bacterial and archaeal community of sea sediment in an industrial area in China. FEMS Microbiology Ecology. https://doi.org/10.1111/1574-6941.12298

Stoeck, T., Frühe, L., Forster, D., Cordier, T., Martins, C. I. M., & Pawlowski, J. (2018). Environmental DNA metabarcoding of benthic bacterial communities indicates the benthic footprint of salmon aquaculture. Marine Pollution Bulletin. https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2017.11.065

Laroche, O., Pochon, X., Tremblay, L. A., Ellis, J. I., Lear, G., & Wood, S. A. (2018). Incorporating molecular-based functional and co-occurrence network properties into benthic marine impact assessments. FEMS Microbiology Ecology. https://doi.org/10.1093/FEMSEC/FIY167

Lanzén, A., Mendibil, I., Borja, Á., & Alonso-Sáez, L. (2021). A microbial mandala for environmental monitoring: Predicting multiple impacts on estuarine prokaryote communities of the Bay of Biscay. Molecular Ecology. https://doi.org/10.1111/mec.15489

Slobodnik, J., Alexandrov, B., Komorin, V., Mikaelyan, A., Guchmanidze,A., Arabidze, M., Korshenko, A. National Pilot Monitoring Studies and Joint Open Sea Surveys in Georgia, Russian Federation and Ukraine, 2017: Final Scientific Report / J. Slobodnik, B. Alexandrov, V. Komorin, A. Mikaelyan, A. Guchmanidze, M. Arabidze, A. Korshenko. – Dnipro: Seredniak T.K., 2020b

Directive 2013/39/EU of the European Parliament and of the Council of 12 August 2013 amending Directives 2000/60/EC and 2008/105/EC as regards priority substances in the field of water policy Text with EEA relevance (OJ L 226 24.08.2013, p. 1, ELI: http://data.europa.eu/eli/dir/2013/39/oj)

Borja, A., Franco, J., & Pérez, V. (2000). A marine Biotic Index to establish the ecological quality of soft-bottom benthos within European estuarine and coastal environments. Marine Pollution Bulletin. https://doi.org/10.1016/S0025-326X(00)00061-8

Borja, A. (2018). Testing the efficiency of a bacterial community-based index (microgAMBI) to assess distinct impact sources in six locations around the world. Ecological Indicators. https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2017.11.018

Hamedi, J., Mohammadipanah, F., & Ventosa, A. (2013). Systematic and biotechnological aspects of halophilic and halotolerant actinomycetes. In Extremophiles. https://doi.org/10.1007/s00792-012-0493-5

Devanshi, S., R. Shah, K., Arora, S., & Saxena, S. (2022). Actinomycetes as An Environmental Scrubber. In Crude Oil - New Technologies and Recent Approaches. https://doi.org/10.5772/intechopen.99187

Kalaitzidou, M. P., Alvanou, M. V., Papageorgiou, K. V., Lattos, A., Sofia, M., Kritas, S. K., Petridou, E., & Giantsis, I. A. (2022). Pollution Indicators and HAB-Associated Halophilic Bacteria Alongside Harmful Cyanobacteria in the Largest Mussel Cultivation Area in Greece. International Journal of Environmental Research and Public Health. https://doi.org/10.3390/ijerph19095285

Dong, C., Bai, X., Sheng, H., Jiao, L., Zhou, H., & Shao, Z. (2015). Distribution of PAHs and the PAH-degrading bacteria in the deep-sea sediments of the high-latitude Arctic Ocean. Biogeosciences. https://doi.org/10.5194/bg-12-2163-2015

Pepi, M., Heipieper, H. J., Balestra, C., Borra, M., Biffali, E., & Casotti, R. (2017). Toxicity of diatom polyunsaturated aldehydes to marine bacterial isolates reveals their mode of action. Chemosphere. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2017.03.031

Catania, V., Cappello, S., Di Giorgi, V., Santisi, S., Di Maria, R., Mazzola, A., Vizzini, S., & Quatrini, P. (2018). Microbial communities of polluted sub-surface marine sediments. Marine Pollution Bulletin. https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2018.04.015

Lemaire, O. N., Méjean, V., & Iobbi-Nivol, C. (2021). The Shewanella genus: Ubiquitous organisms sustaining and preserving aquatic ecosystems. In FEMS Microbiology Reviews. https://doi.org/10.1093/FEMSRE/FUZ031

Haggerty, J. M., & Dinsdale, E. A. (2017). Distinct biogeographical patterns of marine bacterial taxonomy and functional genes. Global Ecology and Biogeography. https://doi.org/10.1111/geb.12528

Завантаження

Опубліковано

2023-08-21

Номер

Том 14 № 1-2 (2023)

Розділ

Статті

Ліцензія

Стосунки між правовласниками і користувачами регулюються на умовах ліцензії Creative Commons Із Зазначенням Авторства – Некомерційна – Поширення На Тих Самих Умовах 4.0 Міжнародна (CC BY-NC-SA 4.0):https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/deed.uk

Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:

  • Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
  • Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
  • Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див.The Effect of Open Access).