Preview

Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология

Расширенный поиск

Бактериальная ассоциация Bacillus sp. MX3 и Ensifer adhaerens M1 для эффективной деструкцииперфторалкильных соединений

https://doi.org/10.21285/achb.1026

EDN: LMRWQY

Аннотация

Перфторалкильные соединения являются стойкими органическими загрязнителями, устойчивыми к природной деградации и представляющими угрозу для экосистем и здоровья человека. Цель проведенного исследования заключалась в оценке эффективности микробной ассоциации Bacillus sp. MX3 и Ensifer adhaerens M1 в разложении перфтороктансульфоновой (C8) и перфторнонановой (C9) кислот. Эксперименты проводили в жидкой среде и модельной почвенной системе. Деградацию оценивали по накоплению фторид-ионов (ионообменная хроматография) и снижению концентрации загрязнителей (жидкостная тандемная масс-спектрометрия). Геном штамма MX3 был секвенирован для выявления генов, потенциально вовлеченных в деградацию. В жидкой среде комбинация штаммов обеспечивала более интенсивное разложение соединений, чем монокультуры, достигая 8,6 мг/л (C8) и 8,7 мг/л (C9) фторид-ионов за 9 суток. В почве наибольшая эффективность деградации также наблюдалась при совместной аугментации M1 + MX3, обеспечивающей снижение концентрации C9 и C8 на 74 и 64% соответственно за 60 суток. Монокультура M1 снижала содержание C9 на 34% и C8 на 33%, а MX3 — на 42 и 52% соответственно. Секвенирование штамма MX3 выявило гены, участвующие в метаболизме перфтороктансульфоновой и перфторнонановой кислот: dehH1 (галоацетатдегалогеназа), CrcB (транспортер фторид-ионов) и SsuE (десульфонирование). Совместное действие штаммов M1 и MX3 повышает эффективность разложения соединений за счет кооперативных метаболических механизмов. Эти штаммы перспективны для биологической очистки загрязненных почв и воды.

Об авторах

С. Н. Стариков
Уфимский институт биологии – обособленное структурное подразделение Уфимского федерального исследовательского центра РАН
Россия

Стариков Сергей Николаевич, младший научный сотрудник

450054, г. Уфа, пр. Октября, 69



Д. А. Шарипов
Уфимский институт биологии – обособленное структурное подразделение Уфимского федерального исследовательского центра РАН
Россия

Шарипов Данил Альмирович, младший научный сотрудник

450054, г. Уфа, пр. Октября, 69



С. П. Четвериков
Уфимский институт биологии – обособленное структурное подразделение Уфимского федерального исследовательского центра РАН
Россия

Четвериков Сергей Павлович, д.б.н., заведующий лабораторией, ведущий научный сотрудник

450054, г. Уфа, пр. Октября, 69



Список литературы

1. Stockholm convention secretariat // Conference of the parties of the Stockholm convention on persistent organic pollutants on the work of its 4 th meeting (Geneva, 4–8 May 2009). Geneva: Stockholm Convention Secretariat, 2009. P. 66–69.

2. Leung S.C.Е., Wanninayake D., Chen D., Nguyen N.-T., Li Q. Physicochemical properties and interactions of perfluoroalkyl substances (PFAS)-Challenges and opportunities in sensing and remediation // Science of the Total Environment. 2023. Vol. 905. P. 166764. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2023.166764.

3. Gaines L.G. Historical and current usage of per-and polyfluoroalkyl substances (PFAS): a literature review // American Journal of Industrial Medicine. 2023. Vol. 66, no. 5. P. 353–378. DOI: 10.1002/ajim.23362.

4. Kim D.-H., Lee H., Kim K., Kim S., Kim J.H., Ko Y.W., et al. Persistent organic pollutants in the Antarctic marine environment: the influence impacts of human activity, regulations, and climate change // Environmental Pollution. 2024. Vol. 363, no. 1. P. 125100. DOI: 10.1016/j.envpol.2024.125100.

5. Kurwadkar S., Dane J., Kanel S.R., Nadagouda M.N., Cawdrey R.W., Ambade B., et al. Per-and polyfluoroalkyl substances in water and wastewater: a critical review of their global occurrence and distribution // Science of the Total Environment. 2022. Vol. 809. P. 151003. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2021.151003.

6. Fenton S.E., Ducatman A., Boobis A., DeWitt J.C., Lau C., Ng C., et al. Per- and polyfluoroalkyl substance toxicity and human health review: Current state of knowledge and strategies for informing future research // Environmental Toxicology and Chemistry. 2021. Vol. 40, no. 3. P. 606–630. DOI: 10.1002/etc.4890.

7. Kabiri S., Navarro D.A., Hamad S.A., Grimison C., Higgins C.P., Mueller J.F., et al. Physical and chemical properties of carbon-based sorbents that affect the removal of per- and polyfluoroalkyl substances from solution and soil // Science of the Total Environment. 2023. Vol. 875. P. 162653. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2023.162653.

8. Nzeribe B.N., Crimi M., Mededovic Thagard S., Holsen T.M. Physico-chemical processes for the treatment of per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS): a review // Critical Reviews in Environmental Science and Technology. 2019. Vol. 49, no. 10. P. 866–915. DOI: 10.1080/10643389.2018.1542916.

9. Zhou T., Li X., Liu H., Zhang Z., Wang Z., Li J., et al. Occurrence, fate, and remediation for per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS) in sewage sludge: a comprehensive review // Journal of Hazardous Materials. 2024. Vol. 466. P. 133637. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2024.133637.

10. Smorada C.M., Sima M.W., Jaffé P.R. Bacterial degradation of perfluoroalkyl acids // Current Opinion in Biotechnology. 2024. Vol. 88. P. 103170. DOI: 10.1016/j.copbio.2024.103170.

11. Huang S., Jaffé P. Defluorination of perfluorooctanoic acid (PFOA) and perfluorooctane sulfonate (PFOS) by Acidimicrobium sp. strain A6 // Environmental Science & Technology. 2019. Vol. 53, no. 19. P. 11410–11419. DOI: 10.1021/acs.est.9b04047.

12. Chetverikov S.P., Loginov O.N. A new Ensifer adhaerens strain M1 is capable of transformation of perfluorocarboxylic acids // Microbiology. 2019. Vol. 88, no. 1. P. 115–117. DOI: 10.1134/S0026261718060085. EDN: PMPMPI.

13. Шарипов Д.А., Худайгулов Г.Г., Стариков С.Н., Четвериков С.П. Дефторирование микроорганизмами новых фторорганических поллютантов // Естественные и технические науки. 2023. N 9. С. 10–13. DOI: 10.25633/ETN.2023.09.01. EDN: XRFCWC.

14. Chetverikov S., Hkudaigulov G., Sharipov D., Starikov S. Probable new species of bacteria of the genus Pseudomonas accelerates and enhances the destruction of perfluorocarboxylic acids // Toxics. 2024. Vol. 12. P. 930. DOI: 10.3390/toxics12120930.

15. Sambrook J., Russell D.W. Purification of nucleic acids by extraction with phenol:chloroform // Cold Spring Harbor Protocols. 2006. Vol. 3. P. 4455. DOI: 10.1101/pdb.prot4455.

16. Bolger A.M., Lohse M., Usadel B. Trimmomatic: a flexible trimmer for illumina sequence data // Bioinformatics. 2014. Vol. 30, no. 15. P. 2114–2120. DOI: 10.1093/bioinformatics/btu170.

17. Bankevich A., Nurk S., Antipov D., Gurevich A., Dvorkin M., Kulikov A.S., 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. DOI: 10.1089/cmb.2012.0021.

18. Walker B.J., Abeel T., Shea T., Priest M., Abouelliel A., Sakthikumar S., et al. Pilon: an integrated tool for comprehensive microbial variant detection and genome assembly improvement // PLoS One. 2014. Vol. 9. P. e112963. DOI: 10.1371/journal.pone.0112963.

19. Langmead B., Salzberg S.L. Fast gapped-read alignment with Bowtie 2 // Nature Methods. 2012. Vol. 9. P. 357–359. DOI: 10.1038/nmeth.1923.

20. Yoon S.-H., Ha S.-M., Lim J., Kwon S., Chun J. A large-scale evaluation of algorithms to calculate average nucleotide identity // Antoine Van Leeuwenhoek. 2017. Vol. 110. P. 1281–1286. DOI: 10.1007/s10482-017-0844-4.

21. Meier-Kolthoff J.P., Sardà Carbasse J., Peina-do-Olarte R.L., Göker M. TYGS and LPSN: a database tandem for fast and reliable genome-based classification and nomenclature of prokaryotes // Nucleic Acids Research. 2022. Vol. 50, no. D1. P. D801–D807. DOI: 10.1093/nar/gkab902.

22. Seemann T. Prokka: rapid prokaryotic genome annotation // Bioinformatics. 2014. Vol. 30. P. 2068–2069. DOI: 10.1093/bioinformatics/btu153.

23. Altschul S.F., Gish W., Miller W., Myers E.W., Lipman D.J. Basic local alignment search tool // Journal of Molecular Biology. 1990. Vol. 215. P. 403–410. DOI: 10.1016/S0022-2836(05)80360-2.

24. Lefort V., Desper R., Gascuel O. FastME 2.0: a comprehensive, accurate, and fast distance-based phylogeny inference program // Molecular Biology and Evolution. 2015. Vol. 32. P. 2798–2800. DOI: 10.1093/molbev/msv150.

25. Farris J.S. Estimating phylogenetic trees from distance matrices // American Naturalist. 1972. Vol. 6. P. 645–667.

26. Letunic I., Bork P. Interactive Tree of Life (iTOL) v5: an online tool for phylogenetic tree display and annotation // Nucleic Acids Research. 2021. Vol. 49. P. W293–W296. DOI: 10.1093/nar/gkab301.

27. Kanehisa M. KEGG: Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes // Nucleic Acids Research. 2000. Vol. 28, no. 1. P. 27–30. DOI: 10.1093/nar/28.1.27.

28. Raymond R.L. Microbial oxidation of n-paraffinic hydrocarbons // Development Industrial Microbiology. 1961. Vol. 2, no. 1. P. 23–32.

29. Rankin K., Mabury S.A., Jenkins T.M., Washington J.W. A North American and global survey of perfluoroalkyl substances in surface soils: distribution patterns and mode of occurrence // Chemosphere. 2016. Vol. 161. P. 333–341. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2016.06.109.

30. Park J., Huang S., Koel B.E., Jaffé P.R. Enhanced Feammox activity and perfluorooctanoic acid (PFOA) degradation by Acidimicrobium sp. strain A6 using PAA-coated ferrihydrite as an electron acceptor // Journal of Hazardous Materials. 2023. Vol. 459. P. 132039. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2023.132039.

31. Soil remediation science and technology / eds J.J. Ortega-Calvo, F. Coulon. Cham: Springer, 2024. 437 p. DOI: 10.1007/978-3-031-60192-7.

32. Hassard F., Castro-Gutierrez V. Fundamental and practical advances in bioremediation of emerging pollutants as add-on treatments for polluted waters // Frontiers in Microbiology. 2024. Vol. 15. P. 1514698. DOI: 10.3389/fmicb.2024.1514698.

33. Kognou A.L.M., Ngane R.A.N., Jiang Z.-H., Xu C.C., Qin W., Inui H. Harnessing the power of microbial consortia for the biodegradation of per-and polyfluoroalkyl substances: challenges and opportunities // Chemosphere. 2025. Vol. 374. P. 144221. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2025.144221.

34. Tripathi V., Edrisi S.A., Aloo B.N., Fraceto L.F., Srivastava V., Pant G. Environmental remediation strategies of new and emerging chemical contaminants // Frontiers in Environmental Chemistry. 2024. Vol. 5. P. 1500489. DOI: 10.3389/fenvc.2024.1500489.

35. Yang S.-H., Shan L., Chu K.-H. Fate and transformation of 6:2 fluorotelomer sulfonic acid affected by plant, nutrient, bioaugmentation, and soil microbiome interactions // Environmental Science & Technology. 2022. Vol. 56, no. 15. P. 10721–10731. DOI: 10.1021/acs.est.2c01867.

36. Hu M., Scott C. Toward the development of a molecular toolkit for the microbial remediation of per-and polyfluoroalkyl substances // Applied and Environmental Microbiology. 2024. Vol. 90, no. 4. P. e00157–e00124. DOI: 10.1128/aem.00157-24.

37. Yan P.-F., Dong S., Pennell K.D., Cápiro N.L. A review of the occurrence and microbial transformation of per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS) in aqueous filmforming foams (AFFFs)-impacted environments // Science of The Total Environment. 2024. Vol. 927. P. 171883. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2024.171883.

38. Olaniran A.O., Pillay D., Pillay B. Biostimulation and bioaugmentation enhances aerobic biodegradation of dichloroethenes // Chemosphere. 2006. Vol. 63, no. 4. P. 600–608. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2005.08.027.

39. Willmann A., Trautmann A.L., Kushmaro A., Tiehm A. Intrinsic and bioaugmented aerobic trichloroethene degradation at seven sites // Heliyon. 2023. Vol. 9, no. 2. P. e13485. DOI: 10.1016/j.heliyon.2023.e13485.

40. Bolan N., Sarkar B., Yan Y., Li Q., Wijesekara H., Kannan K., et al. Remediation of poly- and perfluoroalkyl substances (PFAS) contaminated soils – to mobilize or to immobilize or to degrade? // Journal of Hazardous Materials. 2021. Vol. 401. P. 123892. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2020.123892.

41. Yao S., Zhang H., Zhang J., Luo Y., Zhou Q., Kong M. Microbial adaptation and biodegradation mechanisms of perfluorinated compounds in different functional zones of the Yellow River Delta, China // Process Safety and Environmental Protection. 2024. Vol. 187. P. 1037–1046. DOI: 10.1016/j.psep.2024.04.142.

42. Zhao Y.X., Wang L., Chen K.X., Jiang N.D., Sun S.L., Ge F., et al. Biodegradation of flonicamid by Ensifer adhaerens CGMCC 6315 and enzymatic characterization of the nitrile hydratases involved // Microbial Cell Factories. 2021. Vol. 20. P. 133. DOI: 10.1186/s12934-021-01620-4.

43. Sota M., Endo M., Nitta K., Kawasaki H., Tsuda M. Characterization of a class II defective transposon carrying two haloacetate dehalogenase genes from Delftia acidovorans plasmid pUO1 // Applied and Environmental Microbiology. 2002. Vol. 68, no. 5. P. 2307–2315. DOI: 10.1128/AEM.68.5.2307-2315.2002.

44. Calero P., Gurdo N., Pablo I. Role of the CrcB transporter of Pseudomonas putida in the multi-level stress response elicited by mineral fluoride // Environmental Microbiology. 2022. Vol. 24, no. 11. P. 5082–5104. DOI: 10.1111/1462-2920.16110.

45. Chulwoo P., Bora S., Park W. Protective role of bacterial alkanesulfonate monooxygenase under oxidative stress // Applied and Environmental Microbiology. 2020. Vol. 86, no. 15. P. e00692–e00720. DOI: 10.1128/AEM.00692-20.


Рецензия

Для цитирования:


Стариков С.Н., Шарипов Д.А., Четвериков С.П. Бактериальная ассоциация Bacillus sp. MX3 и Ensifer adhaerens M1 для эффективной деструкцииперфторалкильных соединений. Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2026;16(1):101-111. https://doi.org/10.21285/achb.1026. EDN: LMRWQY

For citation:


Starikov S.N., Sharipov D.A., Chetverikov S.P. Bacterial consortium of Bacillus sp. MX3 and Ensifer adhaerens M1 for efficient degradation of perfluoroalkyl compounds. Proceedings of Universities. Applied Chemistry and Biotechnology. 2026;16(1):101-111. (In Russ.) https://doi.org/10.21285/achb.1026. EDN: LMRWQY

Просмотров: 181

JATS XML


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2227-2925 (Print)
ISSN 2500-1558 (Online)