vuzbiochemiИзвестия вузов. Прикладная химия и биотехнологияProceedings of Universities. Applied Chemistry and Biotechnology2227-29252500-1558ИРНИТУ10.21285/2227-2925-2020-10-1-48-55vuzbiochemi-335Research ArticleФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ БИОЛОГИЯPHYSICOCHEMICAL BIOLOGYПолногеномное секвенирование штамма Staphylococcus warneri, изолированного из загрязненной нефтью почвыFull-genome sequencing of the Staphylococcus warneri strain isolated from oil-contaminated soilДегтяреваИ. А.DegtyarevaI. A.

Дегтярева Ирина Александровна - доктор биологических наук, доцент, главный научный сотрудник, Татарский НИИАХП - обособленное структурное подразделение ФИЦ КазНЦ; профессор, КНИТУ.

420059, Казань, Оренбургский тракт, 20а; 420015, Казань, ул. Карла Маркса, 68.

Irina A. Degtyareva - Dr. Sci. (Biology), Chief Researcher, Tatar Research Institute of Agricultural Chemistry and Soil Science – Subdivision of the Federal Research Center “Kazan Scientific Center of Russian Academy of Sciences”; Professor, Kazan National Research Technological University.

20а Orenburg trakt, Kazan 420059; 68 Karl Marx St., Kazan 420015.

peace-1963@mail.ruБабынинЭ. В.BabyninE. V.

Бабынин Эдуард Викторович - кандидат биологических наук, доцент, ИФМИБ КФУ; старший научный сотрудник, Татарский НИИАХП - обособленное структурное подразделение ФИЦ КазНЦ.

420008, Казань, ул. Кремлевская, 18; 420059, Казань, Оренбургский тракт, 20а.

Edward V. Babynin - Cand. Sci. (Biology), Associate Professor, Kazan Federal University (Institute of Fundamental Medicine and Biology); Senior Researcher, Tatar Research Institute of Agricultural Chemistry and Soil Science – Subdivision of the Federal Research Center “Kazan Scientific Center of Russian Academy of Sciences”.

18 Kremlin St., Kazan 420008; 20а Orenburg trakt, Kazan 420059.

edward.b67@mail.ruМотинаТ. Ю.MotinaT. Yu.

Мотина Татьяна Юрьевна - кандидат биологических наук, старший научный сотрудник.

420059, Казань, Оренбургский тракт, 20а.

Tatyana Yu. Motina - Cand. Sci. (Biology), Senior Researcher, Tatar Research Institute of Agricultural Chemistry and Soil Science – Subdivision of the Federal Research Center “Kazan Scientific Center of Russian Academy of Sciences”.

20а Orenburg trakt, Kazan 420059.

motina.tatyana@mail.ruСултановМ. И.SultanovM. I.

Султанов Мансур Ильдарович - младший научный сотрудник.

420059, Казань, Оренбургский тракт, 20а.

Mansur I. Sultanov - Junior Researcher.

20а  Orenburg trakt, Kazan 420059.

niiaxp2@mail.ruТатарский научно-исследовательский институт агрохимии и почвоведения – обособленное структурное подразделение Федерального государственного бюджетного учреждения науки «Федеральный исследовательский центр «Казанский научный центр Российской академии наук»; Казанский национальный исследовательский технологический университетРоссияTatar Research Institute of Agrochemistry and Soil Science, the “Kazan Scientific Centre of the Russian Academy of Sciences” Federal Research Centre; Kazan National Research Technological UniversityRussian FederationКазанский (Приволжский) федеральный университет; Татарский научно-исследовательский институт агрохимии и почвоведения – обособленное структурное подразделение Федерального государственного бюджетного учреждения науки «Федеральный исследовательский центр «Казанский научный центр Российской академии наук»РоссияKazan Federal University; Tatar Research Institute of Agrochemistry and Soil Science, the “Kazan Scientific Centre of the Russian Academy of Sciences” Federal Research CentreRussian FederationТатарский научно-исследовательский институт агрохимии и почвоведения – обособленное структурное подразделение Федерального государственного бюджетного учреждения науки «Федеральный исследовательский центр «Казанский научный центр Российской академии наук»РоссияTatar Research Institute of Agrochemistry and Soil Science, the “Kazan Scientific Centre of the Russian Academy of Sciences” Federal Research CentreRussian Federation2020020420201014855Copyright © Дегтярева И.А., Бабынин Э.В., Мотина Т.Ю., Султанов М.И., 20202020Дегтярева И.А., Бабынин Э.В., Мотина Т.Ю., Султанов М.И.Degtyareva I.A., Babynin E.V., Motina T.Y., Sultanov M.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vuzbiochemi.elpub.ru/jour/article/view/335

Биоремедиация с использованием бактериальных консорциумов представляет собой перспективный подход к очистке вод, грунтов и атмосферы от загрязнений нефтью и ее производными. Из нефтезагрязненной черноземной почвы на территории Ромашкинского месторождения Республики Татарстан выделены микроорганизмы-деструкторы, три из которых отобраны по устойчивости к нефти и способности к производству биосурфактантов. Секвенирование генома штамма Staphylococcus warneri, выделенного в составе консорциума микроорганизмов-деструкторов, проведено на платформе MiSeq Illumina. Cреднее содержание GC-пар в геноме составило 32,7 %.

Аннотирование генома выполнено с использованием сервера RAST. SEED viewer использовали для отнесения предсказанных генов к функциональным категориям. Показано, что данный геном содержит 2535 кодирующих белок последовательностей. Большинство аннотированных генов определяет синтез аминокислот и их производных (255), углеводный обмен (195), белковый метаболизм (167), кофакторы, витамины, простетические группы и пигментные образования (87), нуклеозиды и нуклеотиды (78), метаболизм жирных кислот, липидов и изопреноидов (55) и метаболизм ДНК (68).

Полногеномное секвенирование и аннотирование генома штамма Staphylococcus warneri подтвердило наличие у него углеводородокисляющих свойств. Выявлено два гена неохарактеризованных белков yddN и yceB, имеющих сходство с алканал-монооксигеназами, которые, вероятно, принимают участие в биодеградации алканов. Три гена, обнаруженные в этом штамме, кодируют ферменты катехол-2,3-диоксигеназу, фумарилацетоацетат-гидролазу и салицилат-1-монооксигеназу, участвующие в биодеградации ароматических углеводородов. Полученные данные последовательности генома позволяют лучше понять механизмы деградации (поглощения) углеводородов штаммом Staphylococcus warneri и его роль в бактериальном консорциуме. 

Bacterial consortium bioremediation presents itself a promising approach to the treatment water, soil and the atmosphere for pollution by oil and its derivatives. In the territory of the Romashkinskoye oil field, Republic of Tatarstan, various decomposers were isolated from oil-contaminated black soil, including three that demonstrated oil resistance and ability to produce biosurfactants. The genome sequencing of the Staphylococcus warneri strain isolated in a consortium of decomposers was performed on the MiSeq Illumina plat-form. The average content of GC pairs in the genome comprised 32.7 %. Genome annotation was performed using the RAST server. The SEED viewer was applied for subsystem category distribution of predicted genes.

The sequenced genome of Staphylococcus warneri strain was identified as containing 2535 protein coding sequences. The majority of annotated genes govern the synthesis of amino acids and their derivatives (255), carbohydrate (195) and protein metabolism (167), cofactors, vitamins, prosthetic groups and pigmented formations (87), nucleosides and nucleotides (78), fatty acid metabolism, lipids and isoprenoids (55), as well as DNA metabolism (68). The full-genome sequencing and genome annotation of the Staphylococcus warneri strain confirmed its hydrocarbon-oxidising properties. The yddN and yceB genes of uncharacterised proteins were identified as similar to alkanal monooxygenases likely to be involved in the biodegradation of alkanes.

The three genes detected in this strain code the catechol-2,3-dioxygenase, fumarylacetoacetate hydrolase and salicylate-1-monooxygenase enzymes involved in the biodegradation of aromatic hydrocarbons. The obtained genome sequence data help to provide a better understanding of the process of hydrocarbon degradation (absorption) by the Staphylococcus warneri strain and its role in the bacterial consortium.

Staphylococcus warneriгеномсеквенированиебиодеградацияуглеводородыStaphylococcus warnerigenomesequencingbiodegradationhydrocarbonsReferencesHu G., Li J., Zeng G. Recent development in the treatment of oily sludge from petroleum industry: a review // Journal of Hazardous Materials. 2013. Vol. 261. P. 470–490. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2013.07.069Hu G, Li J, Zeng G. Recent development in the treatment of oily sludge from petroleum industry: a review. Journal of Hazardous Materials. 2013;261:470–490. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2013.07.069Fuentes S., Méndez V., Aguila P., Seeger M.Bioremediation of petroleum hydrocarbons: catabolic genes, microbial communities, and applications // Applied Microbiology and Biotechnology. 2014. Vol. 98. Issue 11. P. 4781–4794. https://doi.org/10.1007/s00253-014-5684-9Fuentes S, Méndez V, Aguila P, Seeger M. Bioremediation of petroleum hydrocarbons: catabolic genes, microbial communities, and applications. Applied Microbiology and Biotechnology. 2014;98(11):4781–4794. https://doi.org/10.1007/s00253-014-5684-9Дегтярева И.А., Яппаров И.А., Яппаров А.Х., Ежкова А.М., Давлетшина А.Я., Шайдуллина И.А. Создание и применение биоудобрения на основе эффективного консорциума микроорганизмов-деструкторов для рекультивации нефтезагрязненных почв Республики Татарстан // Нефтяное хозяйство. 2017. N. 5. С. 100–103. https://doi.org/10.24887/0028-2448-2017-5-100-103Degtyareva IA, Yapparov IA, Yapparov AKh, Ezhkova AM, Davletshina AYa, Shaidullina IA. Creation and application of biofertilizers based on the effective consortium destructor microorganisms for remediation of contaminated soils of the Republic of Tatarstan. Neftyanoe khozyaistvo. 2017;5:100–103. (In Russian) https://doi.org/10.24887/0028-2448-2017-5-100-103Juwarkar A.A., Misra R.R., Sharma J.K. Re-cent trends in bioremediation. In: Parmar N., Singh A. (eds.). Geomicrobiology and Biogeochemistry. Berlin: Springer. 2014. P. 81–100.Juwarkar AA, Misra RR, Sharma JK. Recent trends in bioremediation. In: Parmar N., Singh A. (eds.) Geomicrobiology and Biogeochemistry. Berlin: Springer. 2014:81–100.Дегтярева И.А., Давлетшина А.Я. Применение консорциума аборигенных углеводородокисляющих микроорганизмов для ремедиации черноземной и серой лесной почв Республики Татарстан // Вестник Казанского технологического университета. 2015. Т. 18. N. 4. С. 275–278.Degtyareva IA, Davletshina AYa. Use of a consortium of native hydrocarbon-oxidizing microorganisms for the remediation of chernozem and gray forest soils in the Republic of Tatarstan.Vestnik Kazanskogo tekhnologicheskogo universiteta = Bulletin of the Kazan Technological University. 2015;18(4):275–278. (In Russian)Brooijmans R.J.W., Pastink M.I., Siezen R.J. Hydrocarbon-degrading bacteria: the oil-spill clean-up crew // Microbial Biotechnology. 2009. Vol. 2. Issue 6. P. 587–594. https://doi.org/10.1111/j.1751-7915.2009.00151.xBrooijmans RJW, Pastink MI, Siezen RJ. Hydrocarbon-degrading bacteria: the oil-spill clean-up crew. Microbial Biotechnology. 2009;2(6): 587–594. https://doi.org/10.1111/j.1751-7915.2009.00151.xCarmona M., Zamarro M.T., Blazquez B., Durante-rodriguez G., Juarez J.F., Valderrama J.A., et al. Anaerobic catabolism of aromatic compounds: a genetic and genomic view // Microbiology and Molecular Biology Reviews. 2009. Vol. 73. Issue 1. P. 71– 133. https://doi.org/10.1128/MMBR.00021-08Carmona M, Zamarro MT, Blazquez B, Durante-rodriguez G, Juarez JF, Valderrama JA, et al. Anaerobic catabolism of aromatic compounds: a genetic and genomic view. Microbiology and Molecular Biology Reviews. 2009;73(1):71–133. https://doi.org/10.1128/MMBR.00021-08Дегтярева И.А., Хидиятуллина А.Я. Оценка влияния природных ассоциаций углеводородокисляющих микроорганизмов на состояние нефтезагрязненной почвы // Ученые записки Казанского университета. 2011. Т. 153. N. 3. С. 137–143.Degtyareva IA, Hidiyatullina AYa. Assessment of the influence of natural associations of hydrocarbon-oxidizing microorganisms on the state of oil-contaminated soil. Uchenye Zapiski Kazanskogo Universiteta = Proceedings of Kazan University. 2011;153(3):137–143. (In Russian)Moscoso F., Teijiz I., Deive F.J., Sanromán M.A. Efficient PAHs biodegradation by a bacterial consortium at flask and bioreactor scale // Bioresource Technology. 2012. Vol. 119. P. 270–276. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2012.05.095Moscoso F, Teijiz I, Deive FJ, Sanromán MA. Efficient PAHs biodegradation by a bacterial consortium at flask and bioreactor scale. Bioresource Tech-nology. 2012;119:270–276. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2012.05.095M’rassi A.G., Bensalah F., Gury J., Duran R. Isolation and characterization of different bacterial strains for bioremediation of n-alkanes and polycyclic aromatic hydrocarbons // Environmental Science and Pollution Research. 2015. Vol. 22. Is-sue 20. P. 15332–15346. https://doi.org/10.1007/s11356-015-4343-8M’rassi AG, Bensalah F, Gury J, Duran R. Isolation and characterization of different bacterial strains for bioremediation of n-alkanes and polycyclic aromatic hydrocarbons. Environmental Science and Pollution Research. 2015;22(20):15332–15346. https://doi.org/10.1007/s11356-015-4343-8Bhardwaj B., Bhatnagar U.B., Conaway D. G. An unusual presentation of native valve endocarditis caused by Staphylococcus warneri // Reviews in Cardiovascular Medicine. 2016. Vol. 17. Issue 3-4. P. 140–143. https://doi.org/10.3909/ricm0823Bhardwaj B, Bhatnagar UB, Conaway DG. An unusual presentation of native valve endocarditis caused by Staphylococcus warneri. Reviews in Cardiovascular Medicine. 2016;17(3-4):140–143. https://doi.org/10.3909/ricm0823Godini K., Samarghandi M.R., Zafari D., Rahman A.R., Afkhami A., Arabestani M.R. Isolation and identification of new strains of crude oil degrading bacteria from Kharg Island, Iran // Petroleum Science and Technology. 2018. Vol. 36. Issue 12. P. 869–874. https://doi.org/10.1080/10916466.2018.1447961Godini K, Samarghandi MR, Zafari D, Rahman AR, Afkhami A, Arabestani MR. Isolation and identification of new strains of crude oil degrading bacteria from Kharg Island, Iran. Petroleum Science and Technology. 2018;36(12):869–874. https://doi.org/10.1080/10916466.2018.1447961Popowicz G.M., Dubin G., Stec-Niemczyk J., Czarny A., Dubin A.D., Potempa J., et al. Functional and structural characterization of Sp1 protease from Staphylococcus aureus // Journal of Molecular Biology. 2006. Vol. 358. Issue 1. P. 270–279. https://doi.org/10.1016/j.jmb.2006.01.098Popowicz GM, Dubin G, Stec-Niemczyk J, Czarny A, Dubin AD, Potempa J, et al. Functional and structural characterization of Sp1 protease from Staphylococcus aureus. Journal of Molecular Biology. 2006;358(1):270–279. https://doi.org/10.1016/j.jmb.2006.01.098Eddouaouda K., Mnif S., Badis A., Younes S.B., Cherif S., Ferhat S., et al. Characterization of a novel biosurfactant produced by Staphylococcus sp. strain 1E with potential application on hydrocarbon bioremediation // Journal of Basic Microbiology. 2012. Vol. 52. Issue 4. P. 408–418. https://doi.org/10.1002/jobm.201100268Eddouaouda K, Mnif S, Badis A, Younes SB, Cherif S, Ferhat S, et al. Characterization of a novel biosurfactant produced by Staphylococcus sp. strain 1E with potential application on hydrocarbon bioremediation. Journal of Basic Microbiology. 2012;52(4):408–418. https://doi.org/10.1002/jobm.201100268Bankevich A., Nurk S., Antipov D., Gurevich A., Dvorkin M., Kulikov A., et al. SPAdes: a new genome assembly algorithm and its applications to single-cell sequencing // Journal of Computational Biology. 2012. Vol. 19. P. 455–477. https://doi.org/10.1089/cmb.2012.0021Bankevich A, Nurk S, Antipov D, Gurevich A, Dvorkin M, Kulikov A, et al. SPAdes: a new genome assembly algorithm and its applications to single-cell sequencing. Journal of Computational Biology. 2012;19:455–477. https://doi.org/10.1089/cmb.2012.0021Brettin T., Davis J.J., Disz T., Edwards R.A., Gerdes S., Olsen G.J., et al. RASTtk: a modular and extensible implementation of the RAST algorithm for building custom annotation pipelines and annotating batches of genomes // Scientific Reports. 2015. Vol. 5. P. 8365. https://doi.org/10.1038/srep08365Brettin T, Davis JJ, Disz T, Edwards RA, Gerdes S, Olsen GJ, et al. RASTtk: a modular and extensible implementation of the RAST algorithm for building custom annotation pipelines and annotating batches of genomes. Scientific Reports. 2015;5:8365. https://doi.org/10.1038/srep08365Overbeek R., Olson R., Pusch G.D., Olsen G.J., Davis J.J., et al. The SEED and the rapid annotation of microbial genomes using subsystems technology (RAST) // Nucleic Acids Research. 2014. Vol. 42. P. D206–D214. https://doi.org/10.1093/nar/gkt1226Overbeek R, Olson R, Pusch GD, Olsen GJ, Davis JJ, et al. The SEED and the rapid annotation of microbial genomes using subsystems technology (RAST). Nucleic Acids Research. 2014; 42:D206–D214. https://doi.org/10.1093/nar/gkt1226Mesarch M.B., Nakatsu C.H., Nies L. Development of catechol 2,3-dioxygenase-specific primers for monitoring bioremediation by competitive quantitative PCR // Applied and Environmen Microbiology. 2000. Vol. 66. Issue 2. P. 678–683. https://doi.org/10.1128/aem.66.2.678-683.2000Mesarch MB, Nakatsu CH, Nies L. Development of catechol 2,3-dioxygenase-specific primers for monitoring bioremediation by competitive quantitative PCR. Applied and Environment Microbiology. 2000;66(2):678–683. https://doi.org/10.1128/aem.66.2.678-683.2000Pérez-Pantoja D., González B., Pieper D.H. Aerobic degradation of aromatic hydrocarbons. In: Timmis K.N. (eds.). Handbook of Hydrocarbon and Lipid Microbiology. Berlin: Springer, 2010. P. 799–837.Pérez-Pantoja D, González B, Pieper DH. Aerobic degradation of aromatic hydrocarbons. In: Timmis K.N. (ed.) Handbook of Hydrocarbon and Lipid Microbiology. Berlin: Springer, 2010:799–837.Sierra-Garcia I.N., Alvarez J.C., de Vasconcellos S.P., de Souza A.P., dos Santos Neto E.V., de Oliveira V.M. New hydrocarbon degradation pathways in the microbial metagenome from Brazilian petroleum reservoirs // Public Library of Science. 2014. Vol. 9. Issue 2. P. e90087. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0090087Sierra-Garcia IN, Alvarez JC, de Vasconcellos SP, de Souza AP, dos Santos Neto EV, de Oliveira VM. New hydrocarbon degradation path-ways in the microbial metagenome from Brazilian petroleum reservoirs. Public Library of Science. 2014;9(2):e90087. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0090087

The authors declare that there are no conflicts of interest present.