eISSN: 2221-6197 DOI: 10.31301/2221-6197

Biomics

Архив номеров

Индексирование
  1. Главная
  2. →
  3. 2018
  4. →
  5. Том 10, № 2
  6. →
  7. Статьи
  8. →
  9. Деградационный потенциал растений и микроорганизмов в отношении полициклических ароматических углеводородов

Деградационный потенциал растений и микроорганизмов в отношении полициклических ароматических углеводородов

Год: 2018

Страницы: 193-201

Номер: Том 10, № 2

Тип: научная статья

DOI: https://doi.org/10.31301/2221-6197.bmcs.2018-27

Рубрика: Статьи

Авторы: Турковская О.В.!, Позднякова Н.Н.!, Муратова А.Ю.!, Дубровская Е.В.!, Голубев С.Н.!

Скачать pdf

Аннотация:

Полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) – обширная группа соединений, содержащих два и более конденсированных бензольных колец в молекуле, и являющихся широко распространенными и опасными загрязнителями окружающей среды. ПАУ образуются путем абио- и антропогенных процессов, среди которых наиболее ощутимый вклад вносят процессы неполного сжигания органического сырья. ПАУ подвержены деградации представителями практически всех царств живых организмов: бактериями, грибами, растениями, животными. Различное химическое строение ПАУ и разнообразие организмов, взаимодействующих с этими поллютантами, определяют многочисленность метаболических путей и промежуточных продуктов при их биоразложении. Бактерии метаболизируют ПАУ с участием преимущественно оксигеназ с образованием различных промежуточных продуктов, способных к дальнейшим превращениям вплоть до воды и углекислого газа, как ферментными системами того же организма, так и других участников биоценоза, в том числе грибов и растений. Грибы, например, аско- и базидиомицеты, подвергают деградации ПАУ с помощью цитохрома Р-450 монооксигеназ и/или лакказ и пероксидаз, которые, являясь ферментами внеклеточного лигнинолитического комплекса и осуществляя процессы деградации лигнина, вовлекают в них и ПАУ. При этом, образуя на первых этапах окисления хиноны, грибы способны к полной минерализации ПАУ. Растения также имеют пул внеклеточных ферментов, поступающих в ризосферу с корневыми экссудатами. В первую очередь, это ферменты стрессовой защиты – пероксидазы, которые способны окислять как нативные ПАУ (в присутствии медиаторов), так и интермедиаты их бактериального и грибного разложения. Есть данные, что и растения способны ассимилировать углерод молекулы ПАУ. Названные выше процессы показаны нами при изучении метаболизма фенантрена ризосферной бактерией Ensifer meliloti P221 (IBPPM 383), растениями люцерной посевной (Medicago sativa L.) и сорго венечным (Sorghum bicolor L. Moench), а также грибами Pleurotus ostreatus и Fusarium oxysporum. Исследования деградационного потенциала микроорганизмов и растений необходимы не только для понимания процессов, происходящих в природе, но и для совершенствования технологии фиторемедиации.

Ключевые слова:

биодеградация, ферменты, бактерии, растения, грибы, полициклические ароматические углеводороды (ПАУ)

Библиографический список:

  1. Бабошин М.А., Головлева Л.А. Деградация полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) аэробными бактериями и ее кинетические аспекты. Микробиология. 2012. Т. 81(6). С. 695–706. @@ Baboshin M.A., Golovleva L.A. Aerobic bacterial degradation of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) and its kinetic aspects. Microbiologiya. 2012. V. 81(6). P. 639-650. (In Russian).
  2. Головлева Л.А., Коломыцева М.П., Бабошин М.А., Понаморева О.Н. Роль микроорганизмов в трансформации устойчивых органических поллютантов: Учебное пособие. Тула: Изд-во ТулГУ, 2008. 100 c. @@ Golovleva L.A., Kolomytseva M., Baboshin M.A., Ponomareva O.N. Rol' mikroorganizmov v transformacii ustojchivyh organicheskih polljutantov: Uchebnoe posobie. – Tula: Izd-vo TulGU, 2008. 100 s. [The role of microorganisms in the transformation of persistent organic pollutants: A Tutorial] (In Russian).
  3. Гордезиани М.Ш., Хатисашвили Г.А., Курашвили М.В. Распределение НАДФ-цитохром Р450-редуктазы в растительной клетке. Сообщ. АН ГССР. 1991. Т.143. С. 321-324. @@ Gordeziani M.Sh., Hatisashvili G.A., Kurashvili M.V. Raspredelenie NADF-citohrom R450-reduktazy v rastitel'noj kletke. Soobshh. AN GSSR. 1991. T. 143. S. 321-324. [Distribution of NADP-cytochrome P450-reductase in a plant cell] (In Russian).
  4. Дубровская Е., Позднякова Н., Голубев С., Гринев В., Турковская О. Пероксидазы из корней люцерны: каталитические свойства и участие в деградации полициклических ароматических углеводородов. Физиология растений. 2017. Т. 64(2). С. 116–126. @@ Dubrovskaya E., Pozdnyakova N., Golubev S., Grinev V., Turkovskaya O. Peroxidases from alfalfa roots: catalytic properties and participation in degradation of polycyclic aromatic hydrocarbons. Rus. J. Plant Physiol. 2017. V. 64(2). С. 174–183. doi:10.1134/S1021443717010058 (In Russian).
  5. Дубровская Е.В., Позднякова Н.Н., Гринев В.С., Муратова А.Ю., Голубев С.Н., Бондаренкова А.Д., Турковская О.В. Доминирующая форма катионной пероксидазы из корней сорго веничного. Физиология растений. 2016. Т. 63(3). С. 359–371. @@ Dubrovskaya E.V., Pozdnyakova N.N., Grinev V.S., Muratova A.Yu., Golubev S.N., Bondarenkova A.D., and Turkovskaya O.V. Dominant form of cationic peroxidase from sorghum roots. Rus. J. Plant Physiol. 2016. V. 63(3). P. 338–348. doi:10.1134/S1021443716030055 (In Russian).
  6. Дурмишидзе С., Угрехелидзе Д., Джикия А.Н. Физиология и биохимия культурных растений. Физиология растений. 1974. Т. 6. С. 217-221. @@ Durmishidze S., Ugrehelidze D., Dzhikija A.N. Fiziologija i biohimija kul'turnyh rastenij. Rus. J. Plant. Physiol. 1974. V. 6. S. 217-221. [Physiology and biochemistry of cultivated plants] (In Russian).
  7. Измалкова Т.Ю. Разнообразие генетических систем катаболизма нафталина штаммов флуоресцирующих псевдомонад. Дис. ... канд. биол. наук. Пущино. 2004. 129 c. @@ Izmalkova T.Ju. Raznoobrazie geneticheskih sistem katabolizma naftalina shtammov fluorescirujushhih psevdomonad. Dis. ... kand. biol. nauk. Pushhino. 2004. 129 s. [Diversity of genetic systems of naphthalene catabolism in fluorescent pseudomonad strains] (In Russian).
  8. Квеситадзе Г.И., Хатисашвили Г.А., Садунишвили Т.А., Евстигнеева З.Г. Метаболизм антропогенных токсикантов в высших растениях. М.: Наука, 2005. 199 с. @@ Kvesitadze G.I., Hatisashvili G.A., Sadunishvili T.A., Evstigneeva Z.G. Metabolizm antropogennyh toksikantov v vysshih rastenijah. M.: Nauka, 2005. 199 s. [Metabolism of anthropogenic toxicants in higher plants] (In Russian).
  9. Никитина О.В. Внеклеточные оксидоредуктазы лигнинолитического комплекса базидиального гриба Trametes pubescens (Schumach.) Pilat. Автореф. … дис. канд. биол. наук. Москва. 2006. 24 c. @@ Nikitina O.V. Vnekletochnye oksidoreduktazy ligninoliticheskogo kompleksa bazidial'nogo griba Trametes pubescens (Schumach.) Pilat. Avtoref. … dis. kand. biol. nauk. Moskva. 2006. 24 s. [Extracellular oxidoreductases of the ligninolytic complex of the basidiomycete Trametes pubescens (Schumach.) Pilat] (In Russian).
  10. Позднякова Н.Н., Чернышова М.П., Гринёв В.С., Ландесман Е.О., Королёва О.В., Турковская О.В. Деградация флуорена и флуорантена базидиомицетом Pleurotus ostreatus. Прикл. биохим. микробиол. 2016. Т. 52(6). С. 590-598. @@ Pozdnyakova N.N., Chernyshova M.P., Grinev V.S., Landesman E.O., Koroleva O.V., Turkovskaya O.V. Degradation of Fluorene and Fluoranthene by the Basidiomycete Pleurotus ostreatus. Rus. Appl. Biochem. Microbiol. 2016. V. 52(6). P. 621–628. DOI:10.1134/S0003683816060132 (In Russian).
  11. Ровинский Ф.Я., Теплицкая Т.А., Алексеева Т.А. Фоновый мониторинг полициклических ароматических углеводородов. Л.: Гидрометиоиздат, 1988. 224 с.@@ Rovinskij F.Ja., Teplickaja T.A., Alekseeva T.A. Fonovyj monitoring policiklicheskih aromaticheskih uglevodorodov. L.: Gidrometioizdat, 1988. 224 s. [Background monitoring of polycyclic aromatic hydrocarbons] (In Russian).
  12. Часов А.В., Алексеева В.Я., Колесников О.П., Минибаева Ф.В. Активация экстраклеточной пероксидазы корней пшеницы при действии ксенобитиков. Прикл. биохим. микробиол. 2010. Т. 46. С. 472478. @@ Chasov A.V., Alekseeva V.Ya., Kolesnikov O.P., Minibayeva F.V. Activation of extracellular peroxidase of wheat roots under the Action of xenobiotics. Appl. Biochem. Microbiol. 2010. V. 46(4). P. 431-437. (In Russian).
  13. Atlas R.M., Bartha R. Microbial ecology: fundamentals and applications. – Don Mills (ON): Benjamin/Cummings Publishing Company Inc. 1998. 433 p.
  14. Bezalel L., Hadar Y., Fu P.P., Freeman J.P., Cerniglia C.E. Initial oxidation products in the metabolism of pyrene, anthracene, fluorene, and dibenzothiophene by the white rot fungus Pleurotus ostreatus. Appl. Environ. Microbiol. 1996. V.62. P. 2554–2559.
  15. Cerniglia C.E., Sutherland J.B. Degradation of polycyclic aromatic hydrocarbons by fungi. In Handbook of Hydrocarbon and Lipid Microbiology. Eds K.N. Timmis, T.J. McGenity, J.R. van der Meer, and V.de Lorenzo. Berlin: Springer. 2010. P. 2080–2110.
  16. Criquet S., Joner E., Leglize P., Leyval C. Anthracene and mycorrhiza affect the activity of oxidoreductases in the roots and the rhizosphere of lucerne (Medicago sativa L.). Biotechnol. Lett. 2000. V. 22. P. 17331737.
  17. Dubrovskaya E., Pozdnyakova N., Golubev S., Muratova A., Grinev V., Bondarenkova A., Turkovskaya O. Peroxidases from root exudates of Medicago sativa and Sorghum bicolor: catalytic properties and involvement in PAH degradation. Chemosphere. 2017. V. 169. P. 224–232. doi:10.1016/j.chemosphere.2016.11.027
  18. Durairaj P., Hur J.‑S., Yun H. Versatile biocatalysis of fungal cytochrome P450 monooxygenases. Microb. Cell. Fact. 2016. V. 15(125). P. 2-16. DOI10.1186/s12934-016-0523-6
  19. El Amrani A., Dumas A-S., Wick L.Y., Yergeau E., Berthomé R. “Omics” insights into PAH degradation toward Improved green remediation biotechnologies. Environ. Sci. Technol. 2015. V. 49(19). P. 11281–11291.
  20. Ghosal D., Ghosh S., Dutta T.K., Ahn Y. Current state of knowledge in microbial degradation of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs): A Review. Front. Microbiol. 2016. 7:1369. doi:10.3389/fmicb.2016.01369
  21. Grąz M., Jarosz-Wilkołazka A., Janusz G., Mazur A., Wielbo J., Koper P., Żebracki K., Kubik-Komarc A. Transcriptome-based analysis of the saprophytic fungus Abortiporus biennis – response to oxalic acid. Microbiol. Research. 2017. V. 199. P. 79-88. doi.org/10.1016/j.micres.2017.03.002
  22. Günther T., Sack U., Hofrichter M., Lätz M. Oxidation of PAH and PAH-derivatives by fungal and plant oxidoreductases. J. Basic Microbiol. 1998. V. 38(2). P. 113-122.
  23. Jambon I., Thijs S., Weyens N., Vangronsveld J. Harnessing plant-bacteria-fungi interactions to improve plant growth and degradation of organic pollutants. J. Plant Interact. 2018. V. 13(1). P. 119-130. DOI:10.1080/17429145.2018.1441450
  24. Karich A., Ullrich R., Scheibner K., Hofrichter M. Fungal unspecific peroxygenases oxidize the majority of organic EPA priority pollutants. Front. Microbiol. 2017. V.8:1463. doi:10.3389/fmicb.2017.014631
  25. Kraus J.J., Munir I.Z., McEldoon J.P., Clark D.S., Dordick J.S. Oxidation of polycyclic aromatic hydrocarbons catalyzed by soybean peroxidase // Appl. Biochem. Biotechnol. 1999. V. 80. P. 221230
  26. Li X., Lin X., Zhang J., Wu Y., Yin R., Feng Y., Wang Y.. Degradation of polycyclic aromatic hydrocarbons by crude extracts from spent mushroom substrate and its possible mechanisms. Curr. Microbiol. 2010. V. 60(5). P. 336-42. doi:10.1007/s00284-009-9546-0
  27. Meckenstock R.U., Safinowski M., Griebler C. Anaerobic degradation of polycyclic aromatic hydrocarbons. FEMS Microbiol Ecol. 2004. V. 49(1). P. 27-36. doi:10.1016/j.femsec.2004.02.019
  28. Muratova A., Dubrovskaya E., Golubev S., Grinev V., Chernyshova M., Turkovskaya O. The coupling of the plant and microbial catabolisms of phenanthrene in the rhizosphere of Medicago sativa. J. Plant Physiol. 2015. V. 188. P. 1–8. doi:10.1016/j.jplph.2015.07.014.
  29. Muratova A., Pozdnyakova N., Makarov O., Baboshin M., Baskunov B, Myasoedova N., Golovleva L., Turkovskaya O. Degradation of phenanthrene by the rhizobacterium Ensifer meliloti. Biodegradation. 2014. V. 25(6). P. 787-795. doi:10.1007/s10532-014-9699-9
  30. Muratova A.Yu., Golubev S.N., Dubrovskaya E.V., Pozdnyakova N.N., Panchenko L.V., Pleshakova E.V., Chernyshova M.P., Turkovskaya O.V. Remediating abilities of different plant species grown in diesel-fuel-contaminated leached chernozem. Appl. Soil Ecol. 2012. V. 56. P. 51-57.
  31. Pozdnyakova N.N., Balandina S.A., Dubrovskaya E.V., Golubev C.N., Turkovskaya O.V. Ligninolytic basidiomycetes as promising organisms for the mycoremediation of PAH-contaminated environments. IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science. 2017. 107:012071 doi:10.1088/1755-1315/107/1/012071
  32. Pozdnyakova N.N., Chernyshova M.P., Grinev V.S., Landesman E.O., Koroleva O.V., Turkovskaya O.V. Degradation of fluorene and fluoranthene by the basidiomycete Pleurotus ostreatus. Rus. Appl. Biochem. Microbiol. 2016. V. 52(6). P. 621–628. DOI:10.1134/S0003683816060132 (In Russian).
  33. Pozdnyakova N.N., Nikiforova S.V., Turkovskaya O.V. Influence of PAHs on ligninolytic enzymes of the fungus Pleurotus ostreatus D1. Cent. Eur. J. Biol. 2010. V. 5(1). P. 83-94.
  34. Pozdnyakova N.N., Rodakiewicz-Nowak J., Turkovskaya O.V., Haber J. Oxidative degradation of polyaromatic hydrocarbons catalysed by blue laccase from Pleurotus ostreatus D1 in the presence of synthetic mediators. J. Enzyme Microb. Technol. 2006. V. 39(6). P.1242-1249
  35. Seo J.S., Keum Y.S. Li Q.X. Bacterial degradation of aromatic compounds. Int. J. Environ. Res. Public Health. 2009. V.6. P.278-309. doi:10.3390/ijerph6010278
  36. Tortella G.R., Diez M.C., Duran N. Fungal diversity and use in decomposition of environmental pollutants. Crit. Rev. Microbiol. 2005. V. 31. P. 197–212. doi:10.1080/10408410500304066
  37. Wu Y-R., Luo Z-H., Vrijmoed L.L.P. Biodegradation of anthracene and benz[a]anthracene by two Fusarium solani strains isolated from mangrove sediments. Bioresource Technology. 2010. V. 101. P. 9666–9672.
  38. Wu Y-R., Luo Z-H., Vrijmoed L.L.P. Biodegradation of anthracene and benz[a]anthracene by two Fusarium solani strains isolated from mangrove sediments. Bioresource Technology. 2010. V. 101. P. 9666–9672.
Скачать pdf
наверх
eISSN: 2221-6197 DOI: 10.31301/2221-6197