vuzbiochemiИзвестия вузов. Прикладная химия и биотехнологияProceedings of Universities. Applied Chemistry and Biotechnology2227-29252500-1558ИРНИТУ10.21285/2227-2925-2021-11-3-472-480vuzbiochemi-661Research ArticleФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ БИОЛОГИЯPHYSICOCHEMICAL BIOLOGYВозможности использования базидиального гриба Trametes hirsuta MT-17.24Potential use of basidiomycota Trametes hirsuta MT-17.24 in biodegradation of polyanionic celluloseЗубченкоА. В.ZubchenkoA. V.

Зубченко Анастасия Валентиновна, магистрант

119991, г. Москва, Ленинский пр-т, 65/1

Anastasia V. Zubchenko, Master Student

65/1, Leninskii Ave., Moscow, 119991

zubchenkoan@yandex.ruКожевниковаЕ. Ю.KozhevnikovaE. Yu.

Кожевникова Елена Юрьевна, к.х.н., ведущий инженер

119991, г. Москва, Ленинский пр-т, 65/1

Elena Yu. Kozhevnikova, Cand. Sci (Chemistry), Leading Engineer

65/1, Leninskii Ave., Moscow, 119991

elena_karpova89@bk.ruБарковА. В.BarkovA. V.

Барков Артем Вадимович, к.б.н., ведущий инженер

119991, г. Москва, Ленинский пр-т, 65/1

Artem V. Barkov, Cand. Sci (Biology), Leading Engineer

65/1, Leninskii Ave., Moscow, 119991

barkov220@gmail.comТополюкЮ. А.TopolyukYu. A.

Тополюк Юлия Анатольевна, к.т.н., доцент

119991, г. Москва, Ленинский пр-т, 65/1

Yulia A. Topolyuk, Cand. Sci (Engineering), Associate Professor

65/1, Leninskii Ave., Moscow, 119991

topolyuk.y@gubkin.ruШныреваА. В.ShnyrevaA. V.

Шнырева Алла Викторовна, д.б.н., профессор

119234, Москва, Ленинские горы, 1/12

Alla V. Shnyreva, Dr. Sci ( Biology), Professor

1/12, Leninskie gory, Moscow, 119234

ashn@mail.ruВинокуровВ. А.VinokurovV. A.

Винокуров Владимир Арнольдович, д.х.н., профессор

119991, г. Москва, Ленинский пр-т, 65/1

Vladimir A. Vinokurov, Dr. Sci (Chemistry), Professor

65/1, Leninskii Ave., Moscow, 119991

inok.ac@mail.ruМагадоваЛ. А.MagadovaL. A.

Магадова Любовь Абдулаевна, д.т.н., профессор

119991, г. Москва, Ленинский пр-т, 65/1

Lyubov A. Magadova, Dr. Sci (Engineering), Professor

65/1, Leninskii Ave., Moscow, 119991

lubmag@gmail.comРоссийский государственный университет нефти и газа (НИУ) им. И.М. ГубкинаРоссияGubkin University (National University of Oil and Gas)Russian FederationМосковский государственный университет им. М.В. ЛомоносоваРоссияMoscow State University named after M.V. LomonosovRussian Federation202107102021113472480Copyright © Зубченко А.В., Кожевникова Е.Ю., Барков А.В., Тополюк Ю.А., Шнырева А.В., Винокуров В.А., Магадова Л.А., 20212021Зубченко А.В., Кожевникова Е.Ю., Барков А.В., Тополюк Ю.А., Шнырева А.В., Винокуров В.А., Магадова Л.А.Zubchenko A.V., Kozhevnikova E.Y., Barkov A.V., Topolyuk Y.A., Shnyreva A.V., Vinokurov V.A., Magadova L.A.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/661

Резюме: Существующие методы утилизации технологических жидкостей, используемых при строительстве нефтяных и газовых скважин (химическая нейтрализация отработанных растворов, термический метод, загущение), несмотря на их эффективность, зачастую являются дорогостоящими и неэкологичными. Базидиальные грибы являются природными деструкторамиксилотрофами, перерабатывающими лигноцеллюлозный субстрат – один из самых устойчивых биополимеров в природе. Перспективы применения ферментных препаратов на основе базидиальных грибов в качестве биодеструкторов органических веществ особенно очевидны в связи с высокотехнологичностью и безотходностью их производства. Цель работы заключалась в получении ферментного препарата на основе штамма базидиального гриба Trametes hirsute MT-17.24 и исследовании его способности к биодеструкции полианионной целлюлозы, применяемой в качестве структурообразователя технологических жидкостей в процессе строительства и ремонта нефтяных и газовых скважин. Проведен скрининг целлюлазной активности штаммов: Fomitopsis pinicola MT-5.21, Fomes fomentarius MT-4.05, Lactarius necator, Schizophyllum commune MT-33.01, Trametes versicolor It-1, Trametes hirsute MT-17.24, Trametes hirsuta MT-24.24. Для получения ферментного препарата был выбран штамм T. hirsuta MT-17.24, продемонстрировавший наиболее высокий коэффициент целлюлазной активности – 10,9. Подобрана среда для твердофазного культивирования данного штамма. Ферментативная активность ферментного препарата была изучена на модельной буровой технологической жидкости. В ходе 10-часового эксперимента было зафиксировано, что при использовании 1%-го ферментного препарата пластическая вязкость технологической жидкости снижается с 16 до 8 мПа·с. По результатам проведенной работы можно сделать однозначный вывод об эффективности применения ферментного препарата на основе базидиальных грибов в качестве биодеструктора полианианионной целлюлозы.

Abstract: Despite their efficiency, existing methods to dispose of drilling fluids used in the construction of oil and gas wells (chemical treatment of spent solutions, thermal method, thickening) are often expensive and unsustainable. Basidiomycota are natural xylotroph destructors that process lignocellulosic substrate – one of the most stable biopolymers in nature. Prospects for using enzyme preparations based on Basidiomycota as biodestructors of organic substances are evident due to the high efficiency and zero-waste production. The aim was to obtain an enzyme preparation based on the Trametes hirsute MT-17.24 Basidiomycota strain and evaluate its ability to biodegrade polyanionic cellulose, used as a viscosifier for drilling fluids in the construction and repair of oil and gas wells. Screening of cellulase activity of the following strains was carried out: Fomitopsis pinicola MT-5.21, Fomes fomentarius MT-4.05, Lactarius necator, Schizophyllum commune MT-33.01, Trametes versicolor It-1, Trametes hirsute MT-17.24, Trametes hirsuta MT-24.24. To obtain the enzyme preparation, the T. hirsuta MT-17.24 strain was selected, which demonstrated the highest coefficient of cellulase activity (10.9). A medium for solid-phase cultivation of this strain was selected. Enzymatic activity of the enzyme preparation was studied on a model drilling fluid. A 10-hour experiment showed that the use of a 1% enzyme preparation leads to a decrease in the plastic viscosity of the drilling fluid from 16 to 8 mPa·s. The research results demonstrate the efficiency of enzyme preparations based on Basidiomycota in the biodestruction of polyanionic cellulose.

базидиальные грибыполианионная целлюлозаферментыбуровая технологическая жидкостьбиодеструкцияbasidiomycotapolyanionic celluloseenzymesdrilling fluidbiodegradationРабота выполнена при финансовой поддержке внутреннего гранта РГУ нефти и газа (НИУ) им. И.М. Губкина № 120720 «Разработка новых биотехнологических методов и материалов для защиты окружающей среды и биомедицины».ReferencesMahto V., Sharma V.P. Rheological study of a water based oil well drilling fluid // Journal of Petroleum Science and Engineering. 2004. Vol. 45. Issue 1-2. P. 123–128. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2004.03.008Mahto V, Sharma VP. Rheological study of a water based oil well drilling fluid. Journal of Petroleum Science and Engineering. 2004;45(1-2):123–128. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2004.03.008Gao X., Chang Y., Shi L., Li H., Zhao J., Sha B., et al. Treatment of waste drilling mud by domesticated complex microbial flora // Acta Microbiologica Sinica. 2019. Vol. 59. Issue 01. P.134–144. https://doi.org/10.13343/j.cnki.wsxb.20180093-enGao X, Chang Y, Shi L, Li H, Zhao J, Sha B, et al. Treatment of waste drilling mud by domesticated complex microbial flora. Acta Microbiologica Sinica. 2019;59(01):134–144. https://doi.org/10.13343/j.cnki.wsxb.20180093-enBland R.G., Clapper D.K., Fleming N.M., Hood C.A. Biodegradation and drilling fluid chemicals. Society of Petroleum Engineers. SPE/IADC Drilling Conference, Amsterdam Netherlands. 22–25 February 1993. https://doi.org/10.2118/25754-msBland RG, Clapper DK, Fleming NM, Hood CA. Biodegradation and drilling fluid chemicals. Society of Petroleum Engineers. SPE/IADC Drilling Conference, Amsterdam Netherlands. 22–25 February 1993. https://doi.org/10.2118/25754-msAl-Hameedi A.T.T., Alkinani H.H., Alkhamis M.M., Dunn-Norman S. Utilizing a new eco-friendly drilling mud additive generated from wastes to minimize the use of the conventional chemical additives // Journal of Petroleum Exploration and Production Technology. 2020. Vol. 10. P. 3467–3481. https://doi.org/10.1007/s13202-020-00974-6Al-Hameedi ATT, Alkinani HH, Alkhamis MM, Dunn-Norman S. Utilizing a new eco-friendly drilling mud additive generated from wastes to minimize the use of the conventional chemical additives. Journal of Petroleum Exploration and Production Technology. 2020;10:3467–3481. https://doi.org/10.1007/s13202-020-00974-6Elisashvili V.I., Khardziani T.Sh., Tsiklauri N.D., Kachlishvili E.T. Cellulase and xylanase activities in higher basidiomycetes // Biochemistry (Moscow). 1999. Vol. 64. Issue 6. P. 718–722. https://doi.org/10.1023/B:WIBI.0000043195.80695.17Elisashvili VI, Khardziani TSh, Tsiklauri ND, Kachlishvili ET. Cellulase and xylanase activities in higher basidiomycetes. Biochemistry (Moscow). 1999;64(6):718–722. https://doi.org/10.1023/B:WIBI.0000043195.80695.17Khvedelidze R., Tsiklauri N., Kutateladze L., Sadunishvili T., Darbaidze Z., Kvesitadze E. Enzymatic hydrolysis of lignocellulosic agricultural wastes to fermentable glucose // Agricultural Research and Technology: Open Access Journal.2018. Vol. 17. Issue 5. P. 00199–00205. 556042. https://doi.org/10.19080/ARTOAJ.2018.17.556042Khvedelidze R, Tsiklauri N, Kutateladze L, Sadunishvili T, Darbaidze Z, Kvesitadze E. Enzymatic hydrolysis of lignocellulosic agricultural wastes to fermentable glucose. Agricultural Research and Technology: Open Access Journal. 2018;17(5):00199–00205. 556042. https://doi.org/10.19080/ARTOAJ.2018.17.556042Максина Е.В., Пименов А.А., Ермаков В.В., Быков Д.Е. Экспериментальная оценка возмож- ности применения ферментативного обезвожи- вания отработанного бурового раствора // Нефтяное хозяйство 2014. N 9. С. 125-127.Maksina EV, Pimenov AA, Ermakov VV, Bykov DE. Experimental estimation of possibility of application of enzymatic dewatering waste drilling mud. Neftyanoe khozyaystvo = Oil Industry. 2014;9:125–127. (in Russian)Kozhevnikova E.Y., Petrova D.A., Novikov A.A., Shnyreva A.V., Barkov A.V., Vinokurov V.A. Prospects for the use of new basidiomycete strains for the direct conversion of lignocellulose into ethanol // Applied Biochemistry and Microbiology. 2017. Vol. 53. Issue 5. P. 557–561. https://doi.org/10.1134/S0003683817050106Kozhevnikova EY, Petrova DA, Novikov AA, Shnyreva AV, Barkov AV, Vinokurov VA. Prospects for the use of new basidiomycete strains for the direct conversion of lignocellulose into ethanol. Applied Biochemistry and Microbiology. 2017;53(5):557–561. https://doi.org/10.1134/S0003683817050106Максина Е.В., Ермаков В.В. Биологическая деструкция отработанных полисахаридсодер- жащих буровых растворов // Экология и про- мышленность России. 2016. Т. 20. N 9. C. 12–15. https://doi.org/10.18412/1816-0395-2016-9-12-15Maksina EV, Ermakov VV. Biological destruction of a polysaccharide containing waste drilling. Ekologia i promyshlennost Rossii = Ecology and Industry of Russia. 2016;20(9):12–15. (In Russian) https://doi.org/10.18412/1816-0395-2016-9-12-15Karlsson J., Momcilovic D., Wittgren B., Schülein M., Tjerneld F., Brinkmalm G. Enzymatic degradation of carboxymethyl cellulose hydrolyzed by the endoglucanases Cel5A, Cel7B, and Cel45A from Humicola insolens and Cel7B, Cel12A and Cel45Acore from Trichoderma reesei // Biopolymers. 2001. Vol. 63. Issue 1. P. 32–40. https://doi.org/10.1002/bip.1060Karlsson J, Momcilovic D, Wittgren B, Schülein M, Tjerneld F, Brinkmalm G. Enzymatic degradation of carboxymethyl cellulose hydrolyzed by the endoglucanases Cel5A, Cel7B, and Cel45A from Humicola insolens and Cel7B, Cel12A and Cel45Acore from Trichoderma reesei. Biopolymers. 2001;63(1):32–40. https://doi.org/10.1002/bip.1060Kozhevnikova E.Y., Petrova D.A., Novikov A.A., Shnyreva A.V., Barkov A.V., Vinokurov V.A. Prospects for the use of new basidiomycete strains for the direct conversion of lignocellulose into ethanol // Applied Biochemistry and Microbiology. 2017. Vol. 53. Issue 5. P. 557–561. https://doi.org/10.1134/S0003683817050106Kozhevnikova EY, Petrova DA, Novikov AA, Shnyreva AV, Barkov AV, Vinokurov VA. Prospects for the use of new basidiomycete strains for the direct conversion of lignocellulose into ethanol. Applied Biochemistry and Microbiology. 2017;53(5):557–561. https://doi.org/10.1134/S0003683817050106Betty Anita B., Thatheyus A.J., Ramya D. Biodegradation of carboxymethyl cellulose using Aspergillus flavus // Science International. 2013. Vol. 1. Issue 4. P. 85–91. https://doi.org/10.17311/sciintl.2013.85.91Betty Anita B, Thatheyus AJ, Ramya D. Biodegradation of carboxymethyl cellulose using Aspergillus flavus. Science International. 2013;1(4):85–91. https://doi.org/10.17311/sciintl.2013.85.91Kozhevnikova E.Y., Petrova D.A., Kopitsyn D.S., Novikov A.A., Shnyreva A.V., Barkov A.V., et al. New strains of basidiomycetes that produce bioethanol from lignocellulose biomass // Applied Biochemistry and Microbiology. 2016. Vol. 52. Issue 6. P. 638–642. https://doi.org/10.1134/S0003683816060090Kozhevnikova EY, Petrova DA, Kopitsyn DS, Novikov AA, Shnyreva AV, Barkov AV, et al. New strains of basidiomycetes that produce bioethanol from lignocellulose biomass. Applied Biochemistry and Microbiology. 2016;52(6):638–642. https://doi.org/10.1134/S0003683816060090Kasana RC, Salwan R, Dhar H, Dutt S, Gulati A. A rapid and easy method for the detection of microbial cellulases on agar plates using Gram’s iodine. Current Microbiology. 2008;57(5):503–507. https://doi.org/10.1007/s00284-008-9276-8Kasana RC, Salwan R, Dhar H, Dutt S, Gulati A. A rapid and easy method for the detection of microbial cellulases on agar plates using Gram’s iodine. Current Microbiology. 2008;57(5):503–507. https://doi.org/10.1007/s00284-008-9276-8Bradner J.R., Gillings M., Nevalainen K.M.H. Qualitative assessment of hydrolytic activities in Antarctic microfungi grown at different temperatures on solid media // World Journal of Microbiology and Biotechnology. 1999. Vol. 15. Issue 1. P. 131–132. https://doi.org/10.1023/A:1008855406319Bradner JR, Gillings M, Nevalainen KMH. Qualitative assessment of hydrolytic activities in Antarctic microfungi grown at different temperatures on solid media. World Journal of Microbiology and Biotechnology. 1999;15(1):131–132. https://doi.org/10.1023/A:1008855406319Kreutz С., Timmer J. Systems biology: experimental design // The FEBS Journal. 2009. Vol. 276. Issue 4. P. 923–942. https://doi.org/10.1111/j.1742-4658.2008.06843.xKreutz С, Timmer J. Systems biology: experimental design. The FEBS Journal. 2009;276(4): 923– 942. https://doi.org/10.1111/j.1742-4658.2008.06843.xBisswanger H. Practical enzymology. Second, completely revised edition. Weinheim: Wiley-VCH Verlag GmbH and Co, 2011. 376 p.Bisswanger H. Practical enzymology. 2nd ed. Weinheim: Wiley-VCH Verlag GmbH and Co; 2011. 376 p.Miller G.L. Use of dinitrosalicylic acid reagent for determination of reducing sugar // Analytical Chemistry. 1959. Vol. 31. Issue 3. P. 426–428. https://doi.org/10.1021/ac60147a030Miller GL. Use of dinitrosalicylic acid reagent for determination of reducing sugar. Analytical Chemistry. 1959;31(3):426–428. https://doi.org/10.1021/ac60147a030Ghose T.K. Measurement of cellulase activities // Pure and Applied Chemistry. 1987. Vol. 59. Issue 2. P. 257–268. https://doi.org/10.1351/pac198759020257Ghose TK. Measurement of cellulase activities. Pure and Applied Chemistry. 1987;59(2):257–268. https://doi.org/10.1351/pac198759020257

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