Вплив γ-опромінення на формування біоплівки корозійними- гетеротрофними бактеріями

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.31548/dopovidi2020.05.002

Ключові слова:

біокорозія, формування біоплівки, екзополімерні речовини, іонізуюче випромінювання, Pseudoomonas pseudoalcaligenes, Stenotrophomonas maltophilia

Анотація

У місцях з підвищеним вмістом радіонуклідів,  таких як саркофаг Чорнобильської АЕС або АЕС Фукусіма, випромінювання є одним з основних факторів, що впливають на мікробні спільноти, включаючи такі, що задіяниі у мікробіологічній корозії (MIC) металевих конструкцій. Вивчаючи вплив іонізуючого випромінювання на корозійно-активні бактерії, в майбутньому можна буде передбачити зміни MIC. Можна припустити, що склад і функції природних багатоскладових біоплівок будуть змінюватися під впливом стресу, викликаного іонізуючим випромінюванням. Для вивчення цієї можливості вивчали формування біоплівки Pseudomonas pseudoalcaligenes та Stenotrophomonas maltophilia під впливу декількох доз опромінення. Змінену морфологію планктонних клітин та архітектуру біоплівки на занурених поверхнях скла відзначали через 3 - 7 днів після сублетального опромінення з низьким вмістом дози (5,3 Гр) на етапах розвитку мікроколонії, макроколонії та зрілої біоплівки. Крім того, були відзначені суттєві відмінності у відсотках площі, охопленої біоплівками, та вивільнення життєздатних планктонних клітин. Ці спостереження дозволили припустити, що дози, що розглядаються як незначні, можуть бути достатніми для того, щоб змінити формування біоплівки корозійно-активних бактерій. Таке випромінювання з низькими дозами може мати значний вплив на грунтові мікробні спільноти в місцях ядерної небезпеки, потенційно змінюючи MIC відкритих металевих конструкцій, їх стійкість та термін служби підземних металевих конструкцій.

Посилання

Aleksakhin, R. M. (2009). Radioactive contamination as a type of soil degradation. Eurasian Soil Science, 42(12), 1386-1396. https://doi.org/10.1134/S1064229309120096

Andreyuk, K. I., Kozlova, I. P., Kopteva, Z. P., Piliashenko-Novohatny, A. I., Zanina, V. V., & Purish, L. M. (2005). Microbial corrosion of underground construction (Naukova Du). Kyiv.

Beech, I. B., Sunner, J. A., & Hiraoka, K. (2005). Microbe-surface interactions in biofouling and biocorrosion processes. International Microbiology : The Official Journal of the Spanish Society for Microbiology, 8(3), 157-168. Retrieved from http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16200494

Billi, D., Friedmann, E. I., Hofer, K. G., Caiola, M. G., & Ocampo-Friedmann, R. (2000). Ionizing-Radiation Resistance in the Desiccation-Tolerant Cyanobacterium Chroococcidiopsis. Applied and Environmental Microbiology, 66(4), 1489-1492.

https://doi.org/10.1128/AEM.66.4.1489-1492.2000

Boretska, M., Bellenberg, S., Moshynets, O., Pokholenko, I., & Wolfgang, S. (2013). Change of Extracellular Polymeric Substances Composition of Thiobacillus thioparus in Presence of Sulfur and Steel. Journal of Microbial & Biochemical Technology, 3(5), 068-073. Retrieved from http://www.omicsonline.org/change-of-extracellular-polymeric-substances-composition-of-thiobacillus-thioparus-in-presence-of-sulfur-and-steel-1948-5948.10000102.php&&aid=16042

https://doi.org/10.4172/1948-5948.10000102

Boretska, M. O., & Kozlova, I. A. (2010). Biofilms on a metal surface as microbial corrosion factor. Microbiol. Zurn., 72(4), 50-63.

Byun, M. W., Kim, J. H., Kim, D. H., Kim, H. J., & Jo, C. (2007). Effects of irradiation and sodium hypochlorite on the micro-organisms attached to a commercial food container. Food Microbiology, 24(5), 544-548. https://doi.org/10.1016/j.fm.2006.08.005

Clark, M. J., & Smith, F. B. (1988). Wet and dry deposition of Chernobyl releases. Nature, 332(6161), 245-249. https://doi.org/10.1038/332245a0

Costerton, J. W., Lewandowski, Z., Caldwell, D. E., Korber, D. R., & Lappin-Scott, H. M. (1995). Microbial biofilms. Annual Review of Microbiology, 49, 711-745. https://doi.org/10.1146/annurev.mi.49.100195.003431

Cox, M. M., & Battista, J. R. (2005). Deinococcus radiodurans - the consummate survivor. Nature Reviews. Microbiology, 3(11), 882-892. https://doi.org/10.1038/nrmicro1264

Czirják, G. A., Møller, A. P., Mousseau, T. A., & Heeb, P. (2010). Microorganisms associated with feathers of barn swallows in radioactively contaminated areas around chernobyl. Microbial Ecology, 60(2), 373-380. https://doi.org/10.1007/s00248-010-9716-4

Daly, M. J., Gaidamakova, E. K., Matrosova, V. Y., Vasilenko, A., Zhai, M., Venkateswaran, A., … Ghosal, D. (2004). Accumulation of Mn(II) in Deinococcus radiodurans facilitates gamma-radiation resistance. Science (New York, N.Y.), 306(5698), 1025-1028. https://doi.org/10.1126/science.1103185

Davey, M. E., & O'Toole, G. A. (2000). Microbial biofilms: from ecology to molecular genetics. Microbiology and Molecular Biology Reviews : MMBR, 64(4), 847-867. Retrieved from http://www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?artid=99016&tool=pmcentrez&rendertype=abstract

https://doi.org/10.1128/MMBR.64.4.847-867.2000

E., G., E., J., D., P., & P., F. (2001). DNA protection mechanisms are not involved in the radioresistance of the hyperthermophilic archaea Pyrococcus abyssi and P. furiosus. Molecular Genetics and Genomics, 266(1), 72-78. https://doi.org/10.1007/s004380100520

Ferreira, A. C., Nobre, M. F., Moore, E., Rainey, F. A., Battista, J. R., & da Costa, M. S. (1999). Characterization and radiation resistance of new isolates of Rubrobacter radiotolerans and Rubrobacter xylanophilus. Extremophiles, 3(4), 235-238. https://doi.org/10.1007/s007920050121

Hardie, S. M. L., & McKinley, I. G. (2014). Fukushima remediation: status and overview of future plans. Journal of Environmental Radioactivity, 133, 75-85. https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2013.08.002

Heydorn, A., Nielsen, A. T., Hentzer, M., Sternberg, C., Givskov, M., Ersbøll, B. K., & Molin, S. (2000). Quantification of biofilm structures by the novel computer program COMSTAT. Microbiology (Reading, England), 146 ( Pt 1, 2395-2407. Retrieved from http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/11021916

https://doi.org/10.1099/00221287-146-10-2395

Ierusalimska, L. F., Korchak, G. I., & Grigorieva, L. V. (1999). Peculiarities of soil microbial cenoses under prolonged chronic radionuclide contamination. Hyg. Populat. Areas, 3, 125-136.

Igwe, J. C., Nnorm, I. C., & Gbaruko, B. C. (2005). Kinetics of radionuclides and heavy metals behaviour in soils: Implications for plant growth. African Journal of Biotechnology, 4(1541-1547), 13. Retrieved from http://www.academicjournals.org/article/article1382016040_Igwe et al.pdf

Javaherdashti, R. (2011). Impact of sulphate-reducing bacteria on the performance of engineering materials. Applied Microbiology and Biotechnology, 91(6), 1507-1517.

https://doi.org/10.1007/s00253-011-3455-4

Karatan, E., & Watnick, P. (2009). Signals, regulatory networks, and materials that build and break bacterial biofilms. Microbiology and Molecular Biology Reviews : MMBR, 73(2), 310-347. https://doi.org/10.1128/MMBR.00041-08

Katata, G., Terada, H., Nagai, H., & Chino, M. (2012). Numerical reconstruction of high dose rate zones due to the Fukushima Dai-ichi Nuclear Power Plant accident. Journal of Environmental Radioactivity, 111, 2-12. https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2011.09.011

Koch-Steindl, H., & Pröhl, G. (2001). Considerations on the behaviour of long-lived radionuclides in the soil. Radiation and Environmental Biophysics, 40(2), 93-104. https://doi.org/10.1007/s004110100098

Kopteva, Z. P., Zanina, V. V., & Kozlova, I. A. (2005). Microbial Corrosion of Protective Coatings. Surface Engineering, 20(4), 275-280. https://doi.org/10.1179/026708404225016463

Kopteva, Z. P., Zanina, V. V., Kozlova, I. A., & Andreyuk, K. I. (2002). Soil aggressiveness influence on the deterioration of protective insulating coatings. Materials and Corrosion, 53(2), 98-102. https://doi.org/10.1002/1521-4176(200202)53:2<98::AID-MACO98>3.0.CO;2-Q

Korogodin, V. I., & Krasavin, E. A. (1982). Factors determining differences in biological effectiveness of ionizing radiations possessing different physical characteristics. Retrieved from http://inis.iaea.org/Search/search.aspx?orig_q=RN:14758208

Kortov, V., & Ustyantsev, Y. (2013). Chernobyl accident: Causes, consequences and problems of radiation measurements. Radiation Measurements, 55, 12-16. https://doi.org/10.1016/j.radmeas.2012.05.015

Lee, A. K., & Newman, D. K. (2003). Microbial iron respiration: impacts on corrosion processes. Applied Microbiology and Biotechnology, 62(2-3), 134-139. https://doi.org/10.1007/s00253-003-1314-7

Makino, H., Hioki, K., Umeki, H., Takase, H., & I.G., M. (2011). Knowledge management for radioactive waste disposal: moving from theory to practice. International Journal of Nuclear Knowledge Management, (5), 93-110. Retrieved from http://inderscience.metapress.com/content/m866803kx1w1l7u7/

https://doi.org/10.1504/IJNKM.2011.040157

Mavromatis, K., Ivanova, N., Barry, K., Shapiro, H., Goltsman, E., McHardy, A. C., … Kyrpides, N. C. (2007). Use of simulated data sets to evaluate the fidelity of metagenomic processing methods. Nature Methods, 4(6), 495-500. https://doi.org/10.1038/nmeth1043

Mezgheni, E., Vachon, C., & Lacroix, M. (2000). Bacterial use of biofilms cross-linked by gamma irradiation. Radiation Physics and Chemistry, 58(2), 203-205.

https://doi.org/10.1016/S0969-806X(00)00267-X

Mikami, S., Maeyama, T., Hoshide, Y., Sakamoto, R., Sato, S., Okuda, N., … Saito, K. (2014). The air dose rate around the Fukushima Dai-ichi Nuclear Power Plant: its spatial characteristics and temporal changes until December 2012. Journal of Environmental Radioactivity. https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2014.08.020

Møller, A. P., & Mousseau, T. A. (2006). Biological consequences of Chernobyl: 20 years on. Trends in Ecology & Evolution, 21(4), 200-207. https://doi.org/10.1016/j.tree.2006.01.008

Moshynets, O., Boretska, M., & Spiers, A. J. (2013). From Winogradsky's column to contemporary research using bacterial microcosms. Retrieved from https://repository.abertay.ac.uk/jspui/handle/10373/1449

Niedrée, B., Berns, A. E., Vereecken, H., & Burauel, P. (2013). Do Chernobyl-like contaminations with 137Cs and 90Sr affect the microbial community, the fungal biomass and the composition of soil organic matter in soil? Journal of Environmental Radioactivity, 118, 21-29. https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2012.11.007

O'Toole, G., Kaplan, H. B., & Kolter, R. (2000). Biofilm formation as microbial development. Annual Review of Microbiology, 54, 49-79. https://doi.org/10.1146/annurev.micro.54.1.49

Pareniuk, O. J., Moshynets, O. V., Tytova, L. V., & Levchuk, S. E. (2013). Qualitative composition of dominating forms of microorganisms isolated from radionuclide contaminated soil and their ability to accumulate 137Cs. Microbiol. J, 75(1), 33-40.

Petridou, E., Trichopoulos, D., Dessypris, N., Flytzani, V., Haidas, S., Kalmanti, M., … Tzortzatou, F. (1996). Infant leukaemia after in utero exposure to radiation from Chernobyl. Nature, 382(6589), 352-353. https://doi.org/10.1038/382352a0

Romanovskaia, V. A., Sokolov, I. G., Rokitko, P. V, & Chernaia, N. A. (1998). [Ecological consequences of radioactive pollution for soil bacteria within the 10-km region around the Chernobyl Atomic Energy Station]. Mikrobiologiia, 67(2), 274-280. Retrieved from http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/9662700

Serdiuk, A. M., Korchak, G. I., Grigorieva, L. V., Bey, T. V., Ierusalimska, L. F., Karachov, I. I., & Antomonov, M. Y. (1997). Ecological and microbiological changes in radionuclides contaminated soil. Environm. and Health, (3), 54-57.

Sinha, N., Sidhu, J., Barta, J., Wu, J., & Cano, M. P. (Eds.). (2012). Handbook of Fruits and Fruit Processing (2nd ed.). Retrieved from https://books.google.com/books?id=Vu8gsgLeW-YC&pgis=1

https://doi.org/10.1002/9781118352533

Witkin, E. M. (1947). Genetics of Resistance to Radiation in ESCHERICHIA COLI. Genetics, 32(3), 221-248. Retrieved from http://www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?artid=1209375&tool=pmcentrez&rendertype=abstract

Завантаження

Опубліковано

2020-10-27

Номер

№ 5(87) (2020)

Розділ

Біологія, біотехнологія, екологія

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).