Известия Саратовского университета. Новая серия.

Серия Химия. Биология. Экология

ISSN 1816-9775 (Print)
ISSN 2541-8971 (Online)


Для цитирования:

Касаткина М. А., Решетников М. В., Плешакова Е. В. Изучение биологических и функциональных свойств микроорганизмов с высокой устойчивостью к марганцу (II) // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Химия. Биология. Экология. 2023. Т. 23, вып. 3. С. 318-330. DOI: 10.18500/1816-9775-2023-23-3-318-330, EDN: AJAPQI

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Полный текст в формате PDF(Ru):
(загрузок: 56)
Язык публикации: 
русский
Рубрика: 
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
579.6:574.24
EDN: 
AJAPQI

Изучение биологических и функциональных свойств микроорганизмов с высокой устойчивостью к марганцу (II)

Авторы: 
Касаткина Милена Александровна , Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского
Плешакова Екатерина Владимировна, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского
Аннотация: 

Вопрос очистки вод центрального водоснабжения, а также сточных вод от избыточного содержания тяжёлых металлов остаётся актуальным и в настоящее время. Присутствие тяжёлых металлов даже в следовых количествах, оказывает отрицательное воздействие не только на окружающую среду, но и на все системы органов человека. На данный момент к числу приоритетных поллютантов, поступающих в организм человека с питьевой водой, относятся железо и марганец. Были проведены исследования по изучению биологических и функциональных свойств у выделенных из высокомагнитной почвы микроорганизмов, продемонстрировавших ранее высокую устойчивость к марганцу (II). Микробные штаммы с максимальной резистентностью к Mn (II) идентифицированы как: Bacillus simplex 55.2, B. simplex 13.2 и Listeria murrayi 13.4. Исследована динамика роста B. simplex 55.2 и B. megaterium 69.5 в условиях периодического культивирования в жидкой среде, содержащей 2 ммоль/л Mn (II). Показано, что через 7 сут. культивирования вес биомассы B. megaterium 69.5 увеличился в 5,5 раза, B. simplex 55.2 – в 3,7 раза относительно значений через 1 сут. культивирования, оптическая плотность культуральной среды B. megaterium 69.5 увеличилась в 4 раза, B. simplex 55.2 – в 2 раза по сравнению с исходной посевной дозой. Удельная скорость роста B. megaterium 69.5 через 7 сут. культивирования была выше, чем у B. simplex 55.2 примерно в 2 раза, а степень удаления Mn (II) из водной среды была меньше. B. simplex 55.2. снижал содержание Mn (II) на 66 %, B. megaterium 69.5 – на 50%. Установлено, что B. megaterium 69.5, B. simplex 55.2, B. simplex 13.2 и L. murrayi 13.4 способны расти в условиях повышенной щёлочности и минерализации среды (рН 7–10; 10% NaCl). Учитывая, что данные микроорганизмы способны удалять высокие концентрации Mn (II) из водной среды, они представляют перспективу для использования их в биотехнологии очистки воды.

Список источников: 
  1. Рустембекова С. А., Барабошкина Т. А. Микроэлементозы и факторы экологического риска / под ред. В. В. Горшкова. М. : Университетская книга ; Логос, 2006. 112 с.
  2. Рябова Э. Г. Содержание тяжёлых металлов в городских водоёмах // Теоретическая и прикладная экология. 2019. № 1. С. 36–40. https://doi.org/10.25750/1995-4301-2019-1-036-040
  3. Brown M. T., Foos B. P. Assessing children’s exposures and risks to drinking water contaminants: a manganese case study // Human and Ecological Risk Assessment. 2009. Vol. 15, № 5. P. 923–947. https://doi.org/10.1080/10807030903153030
  4. Redwan M., Elhaddad E. Assessment the seasonal variability and enrichment of toxic trace metals pollution in sediments of Damietta branch, Nile river, Egypt // Water. 2020. Vol. 12. Article ID 3359. https://doi.org/10.3390/w12123359
  5. Su C., Jiang Q. L., Zhang W. J. A review on heavy metal contamination in the soil worldwide: Situation, impact and remediation techniques // Environ. Skeptics and Critics. 2014. Vol. 3, № 2. P. 24–38.
  6. Proshad R., Kormoker T., Islam Md. S., Saha B. C., Hossain Md. R., Prince M. H., Khan M. M. An apportionment of arsenic and iron contamination of tube-well groundwater with possible health risk in Bangladesh // Journal of Environment Pollution and Human Health. 2017. Vol. 5, № 3. P. 117–123. https://doi.org/10.12691/jephh-5-3-7
  7. Ashraf M. A., Alam M. N., Islam M. T., Alam M. S. Deterioration of water quality by heavy metal contamination at Mymensingh municipality // Progressive Agriculture. 2007. Vol. 18, № 1. P. 235–242.
  8. Мазунина Д. Л. Негативные эффекты марганца при хроническом поступлении в организм с питьевой водой // Экология человека. 2015. № 3. С. 25–31.
  9. Stepanova N. V., Valeeva E. R., Ziyatdinova A. I., Fomina S. F. Peculiarities of chidren’s risk assessment on ingestion of chemicals with drinking water // Research Journal of Pharmaceutical, Biological and Chemical Sciences. 2016. Vol. 7, iss. 3. P. 1677.
  10. Мусаев Ш. Ж., Елисеев Ю. Ю., Луцевич И. Н., Долич В. Н. Гигиеническая оценка риска здоровью сельского населения, связанного с химическим загрязнением водных ресурсов // Здоровье населения и среда обитания – ЗНиСО. 2016. № 9 (282). С. 20–23.
  11. Рябчиков Б. Е. Современные методы обезжелезивания и деманганации природной воды // Энергосбережение и водоподготовка. 2005. № 6 (38). С. 5–10.
  12. Жаворонков А. А., Михалева Л. М., Авцын А. П. Микроэлементозы – новый класс болезней человека, животных и растений // Проблемы биогеохимии и геохимической экологии. Труды биогеохимической лаборатории. М. : Наука, 1999. Т. 23. С. 183–225.
  13. Мишурина О. А., Чупрова Л. В., Муллина Э. Р. Деманганация сточных вод растворами хлорной извести // Альманах современной науки и образования. 2013. № 9 (76). С. 115–118. 
  14. СанПиН 2.1.3684-21 «Санитарно-эпидемиологические требования к содержанию территорий городских и сельских поселений, к водным объектам, питьевой воде и питьевому водоснабжению, атмосферному воздуху, почвам, жилымпомещениям, эксплуатации производственных, общественных помещений, организации и проведению санитарно-противоэпидемических (профилактических) мероприятий»: взамен СанПиН 2.1.7.1287-03 : дата введ. 01.03.2021 / утв. Постановлением Главного государственного санитарного врача Российской Федерации от 28 января 2021 г. № 3.
  15. Калюкова Е. Н., Иванская Н. Н.Деманганация водных растворов природным сорбентом // Вестник Башкирского университета. 2009. Т. 14, № 4. С. 1340–1342.
  16. Домрачева Л. И., Скугорева С. Г., Ашихмина Т. Я., Огородникова С. Ю., КондаковаЛ. В., Великоредчанина Е. О., Короткова А. В., Ковина А. Л. Использование отработанного активного ила для очистки сточных вод, загрязнённых тяжёлыми металлами // Теоретическая и прикладная экология. 2020. № 4. С. 176–184. https://doi.org/10.25750/1995-4301-2020-4-176-184
  17. Dixit R., Wasiullah, Malaviya D., Pandiyan K., Singh U. B., Sahu A., Shukla R., Singh B. P., Rai J. P., Sharma P. K., Lade H., Paul D. Bioremediation of heavy metals from soil and aquatic environment: An overview of principles and criteria of fundamental processes // Sustainability. 2015. Vol. 7. P. 2189–2212. https://doi.org/10.3390/su7022189
  18. Mosa K. A., Saadoun I., Kumar K., Dhankher O. P. Potential biotechnological strategies for the cleanup of heavy metals and metalloids. Frontiers in Plant Science. 2016. Vol. 7. P. 1–14. https://doi.org/10.3389/fpls.2016.00303
  19. Шубаков А. А., Михайлова Е. А., ОводовЮ. С. Использование микроорганизмов для извлечения марганца из водных сред // Известия Коми научного центра УрО РАН. 2014. Вып. 1 (17). С. 16–18.
  20. Войтов Е. Л., Сколубович Ю. Л., Майков В. М., Шведков П. В. Технология подготовки питьевой воды из подземного источника с высоким содержанием железа и марганца // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2022. № 1 (757). С. 44–56. https://doi.org/10.32683/0536-1052-2022-757-1-44-56
  21. De Schamphelaire L., Rabaey K., Boon N., Verstraete W., Boeckx P. Minireview: The potential of exchanged manganese redox cycling for sediment oxidation // Geomicrobiology Journal. 2007. Vol. 24, № 7-8. P. 547–558. https://doi.org/10.1080/01490450701670137
  22. Falamin A. A., Pinevich A. V. Isolation and characterization of a unicellular manganese-oxidizing bacterium from a freshwater lake in Northwestern Russia. Microbiology, 2006, vol. 75, pp. 180–185. https://doi.org/10.1134/S0026261706020111
  23. Sujith P. P., Loka Bharathi P. A. Manganese oxidation by bacteria: biogeochemical aspects // Molecular biomineralization. Progress in molecular and subcellular biology. Vol. 52 / ed. W. Müller. Berlin : Springer-Verlag, Heidelberg, Germany, 2011. P. 49–76.
  24. Virpiranta H., Banasik M., Taskila S., Leiviskä T., Halttu M., Sotaniemi V., Tanskanen J. Isolation of effi cient metalbinding bacteria from boreal peat soils and development of microbial biosorbents for improved nickel scavenging // Water. 2020. Vol. 12. Article ID 2000. https://doi.org/10.3390/w12072000 
  25. Brouwers G. J., Vijgenboom E., Corstjens P., De Vrind J. P. M., de Vrind-de Jong E. W. Bacterial Mn2+ oxidizing systems and multicopper oxidases: an overview of mechanisms and functions // Geomicrobiology Journal. 2000. Vol. 17. P. 1–24. https://doi.org/10.1080/014904500270459
  26. Tebo B. M., Geszvain K., Lee S.-W. Chapter 13. The molecular geomicrobiology of bacterial manganese (II) oxidation // Geomicrobiology : Molecular and Environmental Perspective / eds. L. L. Burton, M. Mandl, A. Loy. New York : Springer, 2010. P. 285–308.
  27. Kalaimurugan D., Balamuralikrishnan B., Durairaj K., Vasudhevan P., Shivakumar M. S., Kaul T., Chang S. W., Ravindran B., Venkatesan S. Isolation and characterization of heavy-metal-resistant bacteria and their applications in environmental bioremediation // International Journal of Environmental Science and Technology. 2020. Vol. 17. P. 1455–1462. https://doi.org/10.1007/s13762-019-02563-5
  28. Плешакова Е. В., Решетников М. В., Нгун К. Т., Шувалова Е. П. Микробиологическая и биохимическая индикация почв города Медногорска // Агрохимия. 2016. № 1. С. 66–73.
  29. Zhang C., Qiao Q., Piper J. D. A., Huang B. Assessment of heavy metal pollution from a Fe-smelting plant in urban river sediments using environmental magnetic and geochemical methods // Environ. Pollut. 2011. Vol. 159. P. 3057–3070.
  30. Pleshakova E., Ngun C., Reshetnikov M., Larionov M. V. Evaluation of the ecological potential of microorganisms for purifying water with high iron content // Water. 2021. Vol. 13. Article ID 901. https://doi.org/10.3390/w13070901
  31. Granina L. Z., Parfenova V. V., Zemskaya T. I., Zakharova Y. R., Golobokova L. P. On iron and manganese oxidizing microorganisms in sedimentary redox cycling in lake Baikal // Berliner Palaobiologische Abhandlungen. 2003. Vol. 4. P. 121–128.
  32. Практикум по микробиологии / под ред. А. И. Нетрусова. М. : Академия, 2005. 608 с.
  33. Определитель бактерий Берджи: в 2 т. / пер. с англ. ; под ред. Дж. Хоулта Н. Крига, П. Снита, Дж. Стейли, С. Уильямса. 9-е изд. М. : Мир, 1997. 1232 с.
  34. Досон Р., Эллиот Д., Эллиот У., Джонс К.Справочник биохимика. М. : Мир, 1991. 544 с.
  35. Sambrook J., Fritsch E. F., Maniatis T. Molecular cloning: A laboratory manual, 2nd ed. New York : Cold Spring Harbor Lab. Press, 1989. 1659 p.
  36. ГОСТ 4974-2014. Вода питьевая. Определение содержания марганца фотометрическими методами. М. : Стандартинформ, 2015. 23 с.
  37. Плешакова Е. В., Касаткина М. А., Нгун К. Т., Решетников М. В. Изучение марганецокисляющих микроорганизмов, выделенных из микробоценозов высокомагнитных почв // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Химия. Биология. Экология. 2022. Т. 22, вып. 4. С. 409–418. https://doi.org/10.18500/1816-9775-2022-22-4-409-418
  38. El-Helow E. R. Cadmium biosorption by a cadmium resistant strain of Bacillus thuringiensis: Regulation and optimization of cell surface affi nity for metal cations // Biometals. 2000. Vol. 13, № 4. P. 273–280.
  39. Менча М. Н. Железобактерии в системах питьевого водоснабжения из подземных источников // Водоснабжение и санитарная техника. 2006. № 7. C. 25–32.
  40. Сироткин А. С., Жукова В. Б. Теоретические основы биотехнологии: учебно-методическое пособие. Казань : Казан. гос.-технол. ун-т., 2010. 87 с.
Поступила в редакцию: 
15.05.2023
Принята к публикации: 
17.05.2023
Опубликована: 
29.09.2023
Краткое содержание:
(загрузок: 38)