Biodegradation of synthetic dyes by acomycetes Microdochium nivale

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The ability of natural isolates of the phytopathogenic micromycete Microdochium nivale (Ascomycota), which causes snow mold in agricultural plants, to biodegradate anthraquinone, anthracene-like and diamino triphenylmethane dyes when cultivated in submerged culture has been established. The degree of biodegradation depended on the type of dye and the strain of the mushroom culture, the greatest biodegradation ability was observed in relation to malachite green, the discoloration of the dye was up to 65%. Neutral red was discolored by the enzymes of the studied ascomycetes by 28–40%, remazole brilliant blue – by a maximum of 26%. The most intensive biodegradation of diamino triphenylmethane and anthracene-like dyes was noted in the first 4 days after the introduction of dyes into the growing medium (8-day M. nivale cultures). The bleaching of the anthraquinone series dye took place gradually from day 1 to day 28 of cultivation. Correlation between the dynamics of biodegradation of dyes by M. nivale strains and enzyme activity of the ligninolytic complex of this ascomycete indicated a key role in the process of extracellular lignin- and Mn-peroxidases. Given the ubiquity of fungi from the Ascomycota department, the high activity of phenolic oxidizing enzymes and their potential in the decomposition of a wide range of aromatic compounds, micromycetes can become active objects in the industrial bioconversion of lignocellulose, the paint and textile industries, as well as be used for environmental bioremediation.

Full Text

Restricted Access

About the authors

Е. P. Vetchinkina

FRC Saratov Scientific Centre of the RAS

Author for correspondence.
Email: elenavetrus@yandex.ru

Institute of Biochemistry and Physiology of Plants and Microorganisms

Russian Federation, prosp. Entuziastov 13, Saratov 410049

V. Yu. Gorshkov

FRC Kazan Scientific Center of RAS

Email: elenavetrus@yandex.ru

Kazan Institute of Biochemistry and Biophysics

Russian Federation, ul. Lobachevskogo 2/31, Kazan 420111

References

  1. Sosa-Martínez J.D., Balagurusamy N., Montañez J., Peralta R.A., de Fátima Peralta-Muniz-Moreira R., Bracht A. Synthetic dyes biodegradation by fungal ligninolytic enzymes: Process optimization, metabolites evaluation and toxicity assessment // J. Hazard. Mater. 2020. V. 123254. P. 1–12.
  2. Brazkova M., Koleva R., Angelova G., Yemendzhiev H. Ligninolytic enzymes in Basidiomycetes and their application in xenobiotics degradation // BIO Web of Conf. 2022. V. 45. 02009. P. 1–11.
  3. Arroyo G., Ruiz-Aguilar G., Lopez-Martinez L., Gonzalez-Sanchez G., Cuevas-Rodriguez G., Rodriguez-Vazquez R. Treatment of a textile effluent from dyeing with cochineal extracts using Trametes versicolor fungus // Sci. World J. 2011. V. 11. P. 1005–1016.
  4. Gao H., Wang Y., Zhang W., Wang W., Mu Z. Isolation, identification and application in lignin degradation of an Ascomycete GHJ-4 // Afric. J. Biotechnol. 2011. V. 10. P. 4166–4174.
  5. Barapatre A., Jha H. Degradation of alkali lignin by two ascomycetes and free radical scavenging activity of the products // Biocatal. Biotransformat. 2017. V. 35. P. 269–286.
  6. Korniłłowicz-Kowalska T., Rybczyńska K. Screening of microscopic fungi and their enzyme activities for decolorization and biotransformation of some aromatic compounds // Inter. J. Environ. Sci. Technol. 2015. V. 12. P. 2673–2686.
  7. Hartikainen E.S., Miettinen O., Hatakka A., Kähkönen M.A. Decolorization of six synthetic dyes by fungi // Amer. J. Environ. Sci. 2016. V.1 2. № 2. P. 77–85.
  8. Liers C., Arnstadt T., Ullrich R., Hofrichter M. Patterns of lignin degradation and oxidative enzyme secretion by different wood- and litter-colonizing basidiomycetes and ascomycetes grown on beech-wood // FEMS Microbiol. Ecol. 2011. V. 78. № 1. P. 91–102.
  9. Kang B.R., Kim M.S., Lee T.K. Unveiling of concealed processes for the degradation of pharmaceutical compounds by Neopestalotiopsis sp. // Microorganisms. 2019. V. 7. № 8. P. 264.
  10. Kimani V., Ullrich R., Büttner E., Herzog R., Kellner H., Jehmlich N., Hofrichter M., Liers C. First dye-decolorizing peroxidase from an ascomycetous fungus secreted by Xylaria grammica // Biomolecules. 2021. V. 11. № 9. P. 1391.
  11. Vetchinkina E., Meshcherov A., Gorshkov V. Differential activity of the extracellular phenoloxidases in different strains of the phytopathogenic fungus Microdochium nivale // J. Fungi. 2022. V. 8. P. 918.
  12. Lopez M.J., Guisado G., Vargas-Garcia M.C., Sua´rez-Estrella F., Moreno J. Decolorization of industrial dyes by ligninolytic microorganisms isolated from composting environment // Enzyme Microb. Technol. 2006. V. 40. P. 42–45.
  13. Slomczynski D., Nakas J.P., Tanenbaum S.W. Production and characterization of laccase from Botrytis cinerea 61-34 // Appl. Environ. Microbiol. 1995. V. 61. P. 907–912.
  14. Pomerantz S.H., Murthy V.V. Purification and properties of tyrosinases from Vibrio tyrosinaticus // Arch. Biochem. Biophys. 1974. V. 160. P. 73–82.
  15. Paszczynski R., Crawford V.B. Huynh manganese peroxidase of Phanerochaete chrysosporium: purification // Methods Enzymol. 1988. V. 161. P. 264–270.
  16. Orth A.B., Royse D.J., Tien M. Ubiquity of lignin‐degrading peroxidases among various wood‐degrading fungi // Appl. Environ. Microbiol. 1993. V. 59. P. 4017–4023.
  17. Bradford M.M. A Rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding // Analyt. Biochem. 1976. V. 72. P. 248–254.
  18. Gorshkov V., Osipova E., Ponomareva M., Ponomarev S., Gogoleva N., Petrova O., Gogoleva O., Meshcherov A., Balkin A., Vetchinkina E., Potapov K., Gogolev Y., Korzun V. Rye snow mold-associated Microdochium nivale strains inhabiting a common area: Variability in genetics, morphotype, extracellular enzymatic activities, and virulence // J. Fungi. 2020. V. 6. № 4. Р. 335.
  19. Sridevi A., Narasimha G., Suvarnalathadevi P. Production of ligninolytic enzymes from Penicillium Sp. and its efficiency to decolourise textile dyes // Open Biotechnol. J. 2018. V. 12. P. 112–122.
  20. Claus H., Faber G., König H. Redox-mediated decolorization of synthetic dyes by fungal laccases // Appl. Microbiol. Biotechnol. 2002. V. 59. № 6. Р. 672–678.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. Light microscopy of septate mycelium (a), conidiophores (sporodochia) (b), four-celled conidiospores (c, d) of the ascomycete M. nivale.

Download (89KB)
3. Fig. 2. Change (decrease) in the absorption spectra of synthetic dyes: anthraquinone (remazole brilliant blue) at 595 nm (a), anthracene-like (neutral red) at 525 nm (b) and diamino triphenylmethane (malachite green) at 600 nm (c) during their biodegradation by strains of the ascomycete M. nivale in submerged culture.

Download (39KB)
4. Fig. 3. Decolorization of remazole brilliant blue (a), neutral red (b) and malachite green (c) dyes by strains of the ascomycete M. nivale when cultivated in submerged culture on a synthetic medium.

Download (39KB)
5. Fig. 4. Dynamics of the specific activity of extracellular lignin peroxidases (a), Mn-peroxidases (b), laccases (c) and tyrosinases (d) in M. nivale strains on synthetic medium depending on the cultivation time.

Download (66KB)

Copyright (c) 2025 The Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».