Автор: Республика Татарстан (РТ) является зоной добычи, переработки, транспортировки нефти, в результате этого происходят и аварийные прорывы трубопроводов. Результаты научных разработок последних лет в области восстановления плодородия нарушенных почв свидетельствуют, что существующие физико-химические способы ремедиации не могут обеспечить эффективного достижения допустимых уровней содержания углеводородов нефти в почвенных экосистемах [1]. Поэтому при биоремедиации загрязнённых экосистем предпочтение отдаётся использованию эффективных автохтонных углеводородокисляющих микроорганизмов.
В целом микроорганизмы широко используются в биотехнологических процессах для различных промышленных и экологических потребностей. Одним из применений является деградация ими загрязнителей окружающей среды in situ, накапливающихся в результате разливов нефти и нефтепродуктов. Деградация загрязняющего вещества может происходить непосредственно одним микроорганизмом или несколькими через синергизм смеси микробов, сформированных либо встречающихся в природе (консорциумов). Применение микроорганизмов in situ подвергает их различным нагрузкам, что может привести к значительному снижению выживаемости микробного штамма-деструктора, а также эффективности удаления им загрязняющих веществ. Одним из наиболее распространенных стрессов, возникающих при этом, является повышенная концентрация загрязнителя и перекрестное загрязнение других нецелевых ксенобиотиков [2]. Следовательно, роль бактериальной адаптации к более высокой концентрации загрязняющих веществ становится чрезвычайно важной для успешной реализации биоремедиации.
Из нефтезагрязненной почвы Азнакаевского района РТ впервые выделен автохтонный углеводородокисляющий штамм Staphylococcus warneri S1. Он способен утилизировать широкий спектр углеводородов (вакуумный газойль, гексан, мазут, толуол, фенол) в концентрациях до 12%, синтезировать биосурфактанты, активно развиваться в среде с добавлением NaCl (до 6%) и др.
По результатам проведенного анализа сиквенсов вариабельных участков генов, кодирующих 16S рРНК, тестируемый штамм наиболее близок к виду S. warneri (99,0%). Staphylococcus war-neri S1 идентифицирован методом установления нуклеотидной последовательности 16S рРНК и депонирован в Национальном биоресурсном центре Всероссийская Коллекция Промышленных Микроорганизмов (ФГУП «Государственный научно-исследовательский институт генетики и селекции промышленных микроорганизмов Национального исследовательского центра «Курчатовский институт») под регистрационным номером B-13521.
Полногеномное секвенирование и аннотирование генома данного штамма проведено на платформе MiSeq Illumina. При аннотировании установлено, 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 S. warneri S1 подтвердило наличие у него углеводородокисляющих свойств: выявлены два гена неохарактеризованных белков yddN и yceB, имеющих сходство с алканал-монооксигеназами, которые принимают участие в биодеградации алканов; три гена кодируют ферменты катехол-2,3-диоксигеназу, фумарилацетоацетат-гидролазу и салицилат-1-монооксигеназу, участвующих в биодеградации ароматических углеводородов.
Применение суспензии штамма S. warneri S1 относится к способам ликвидации нефтяных загрязнений биологическим методом в местах разливов нефти и нефтепродуктов при их добыче, транспортировке, хранении и использовании. Существенным практическим преимуществом является то, что при биоремедиации штамм S. warneri S1 позволяет почти полностью ликвидировать углеводороды непосредственно на месте разлива. В итоге существенно снижается отрицательное влияние углеводородного загрязнения на почву и далее по трофической цепи на растения, животных и человека. Биоремедиация агроэкосистем с использованием штамма S. warneri S1 позволяет ускорить процесс восстановления загрязненных земель в нефтедобывающих регионах России, возвращении нарушенных почв в активное землепользование и получения нормативно безопасной продукции сельского хозяйства.
Уникальность представленных исследований состоит в том, что ФИЦ КазНЦ РАН обладает коллекцией микроорганизмов-деструкторов углеводородов (10 штаммов), на которые также получены справки о депонировании в ведомственных коллекциях Российской Федерации. Поэтому наша Республика имеет собственную коллекцию эффективных автохтонных штаммов-деструкторов углеводородов. Дополнительные фундаментальные исследования полногеномного секвенирования и аннотирования геномов остальных штаммов-деструкторов позволят Татарстану стать лидером по комплексному изучению почвенного микробного фонда в зонах техногенеза, пониманию действия механизма биодеградации нефти и нефтепродуктов автохтонными штаммами.
Исследования проводятся в лаборатории молекулярно-генетических и микробиологических методов ФИЦ КазНЦ РАН в рамках Государственного задания № 124050300050-4.
Литература
- I.A. Degtyareva, T.Yu. Motina, E.V. Babynin et al. Ecological and toxicological assessment of bioremediation of oil-contaminated soil // Theoretical and Applied Ecology, № 3, 196-202 (2020).
- Э.В. Бабынин, И.А. Дегтярева Возможности использования информационных ресурсов в биоремедиации // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология, Т. 11, № 3, 372-383 (2021). DOI: https://doi.org/10.21285/2227-2925-2021-11-3-372-383
Автор: Дегтярева И.А. ФИЦ КазНЦ РАН, г. Казань
