Потенциал почвенных аскомицетов к биодеградации длинноцепочечных алкилфенолов

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Из дерново-подзолистой суглинистой почвы (Ленинградская обл., Россия), контаминированной нонилфенолом, выделены 11 штаммов аскомицетов – деструкторов технического нонилфенола (НФ) и 4-трет-октилфенола (4-т-ОФ). Изоляты грибов способны осуществлять деструкцию НФ и 4-т-ОФ при высокой нагрузке (300 мг/л). Наиболее активный штамм Fusarium solani 8F обладает способностью деструктировать алкилфенолы (АФ) как в условиях кометаболизма, так и без дополнительных источников углерода и энергии. Убыль АФ осуществляется за счет процессов биодеструкции и/или биотрансформации исследуемым штаммом и в малой степени за счет сорбции клетками грибов. Период полураспада НФ и 4-т-ОФ в условиях кометаболизма составляет 3.5 и 6.4 ч, соответственно, а без дополнительных источников углерода и энергии 9 и 19.7 ч соответственно. Количество продукта перекисного окисления липидов – малонового диальдегида, равно как и содержание восстановленного глутатиона в процессе биодеструкции НФ и 4-т-ОФ в условиях кометаболизма возрастает в 1.7 и 2 раза, соответственно, по сравнению с контролем. Высокий уровень восстановленного глутатиона в клетках F. solani 8F может свидетельствовать об участии этого метаболита как в процессах биодеструкции АФ, так и в обеспечении устойчивости штамма к окислительному стрессу. Способность аскомицетного гриба Fusarium solani к биодеструкции НФ и 4-т-ОФ как в условиях кометаболизма, так и без дополнительных источников углерода и энергии показана впервые. Выявленный высокий потенциал почвенных аскомицетов к деструкции алкилфенолов может быть основой новых экологически безопасных биоремедиационных технологий очистки почв, природных и сточных вод, загрязненных гормоноподобными ксенобиотиками.

Об авторах

И. Л. Кузикова

“Санкт-Петербургский Федеральный исследовательский центр Российской академии наук” (СПб ФИЦ РАН),
Санкт-Петербургский научно-исследовательский центр экологической безопасности Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: ilkuzikova@ya.ru
Россия, 197110, Санкт-Петербург

Н. Г. Медведева

“Санкт-Петербургский Федеральный исследовательский центр Российской академии наук” (СПб ФИЦ РАН),
Санкт-Петербургский научно-исследовательский центр экологической безопасности Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: ngmedvedeva@gmail.com
Россия, 197110, Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Barber L.B., Loyo-Rosales J.E., Rice C.P. et al. Endocrine disrupting alkylphenolic chemicals and other contaminants in wastewater treatment plant effluents, urban streams, and fish in the Great Lakes and Upper Mississippi River Regions. Science of the Total Environment. 2015. V. 517. P. 195–206. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2015.02.035
  2. Beyer W.F., Fridovich I. Assaying for superoxide dismutase activity: some large consequences of minor changes in conditions. Anal. Biochem. 1987. V. 161 (2). P. 559–566. https://doi.org/10.1016/0003-2697(87)90489-1
  3. Bhandari G., Bagheri A.R., Bhatt P. et al. Occurrence, potential ecological risks, and degradation of endocrine disrupter, nonylphenol, from the aqueous environment. Chemosphere. 2021. V. 275. 130013. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2021.130013
  4. Cahyanurani A.B., Chiu K.H., Wu T.M. Glutathione biosynthesis plays an important role against 4-tert-octylphenol-induced oxidative stress in Ceratophyllum demersum. Chemosphere. 2017. V. 183. P. 56–573. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2017.05.150
  5. Cajthaml T. Biodegradation of endocrine-disrupting compounds by ligninolytic fungi: mechanisms involved in the degradation. Envir. Microbiol. 2015. V. 17. P. 4822–4834. https://doi.org/10.1111/1462-2920.12460
  6. Catapane M., Nicolucci C., Menale C. et al. Enzymatic removal of estrogenic activity of nonylphenol and octylphenol aqueous solutions by immobilized laccase from Trametes versicolor. J. Hazardous Materials. 2013. V. 248–249. P. 337–346. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2013.01.031
  7. Chen B.S., Hsiao Y.L., Yen J.H. Effect of octylphenol on physiologic features during growth in Arabidopsis thaliana. Chemosphere. 2013. V. 93. P. 2264–2268. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2013.08.002
  8. Dhindsa R.S., Plumb-Dhindsa P., Thorpe T.A. Leaf senescence: correlated with increased levels of membrane permeability and lipid peroxidation, and decreased levels of superoxide dismutase and catalase. J. Experim. Bot. 1981. V. 32 (1). P. 93–101. https://doi.org/10.1093/jxb/32.1.93
  9. Domsch K., Gams W. Compendium of soil fungi. Academic Press, London, 1980.
  10. Esterhuizen-Londt M., Hertel S., Pflugmacher S. Uptake and biotransformation of pure commercial microcystin-LR versus microcystin-LR from a natural cyanobacterial bloom extract in the aquatic fungus Mucor hiemalis. Biotechnol. Lett. 2017. V. 39. P. 1537–1545. https://doi.org/10.1007/s10529-017-2378-2
  11. FAO Water Reports 38, Coping with water scarcity: an action framework for agriculture and food security. Rome, 2012.
  12. Gao Q.T., Tam N.F.Y. Growth, photosynthesis and antioxidant responses of two microalgal species, Chlorella vulgaris and Selenastrum capricornutum, to nonylphenol stress. Chemosphere. 2011. V. 82 (3). P. 346–354. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2010.10.010
  13. Gingrich J., Ticiani E., Veiga-Lopez A. Placenta disrupted: endocrine disrupting chemicals and pregnancy. Trends Endocrinol. Metabol. 2020. V. 31 (7). P. 508–524. https://doi.org/10.1016/j.tem.2020.03.003
  14. Graca B., Staniszewska M., Zakrzewska D. et al. Reconstruction of the pollution history of alkylphenols (4-tert-octylphenol, 4-nonylphenol) in the Baltic Sea. Environ. Sci. Pollut. Res. 2016. V. 23. P. 11598–11610. https://doi.org/10.1007/s11356-016-6262-8
  15. Gu Y.L., Xu W.H., Liu Y.G. et al. Mechanism of Cr(VI) reduction by Aspergillus niger: enzymatic characteristic, oxidative stress response, and reduction product. Environ. Sci. Pollut. Res. 2015. V. 22. P. 6271–6279. https://doi.org/10.1007/s11356-014-3856-x
  16. Janicki T., Krupinski M., Dlugonski J. Degradation and toxicity reduction of the endocrine disruptors nonylphenol, 4-tert-octylphenol and 4-cumylphenol by the non-ligninolytic fungus Umbelopsis isabellina. Bioresource Technol. 2016. V. 200. P. 223–229. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2015.10.034
  17. Jiang L., Yang Y., Zhang Y. et al. Accumulation and toxicological effects of nonylphenol in tomato (Solanum lycopersicum L.) plants. Scientific Reports. 2019. V. 9 (1). https://doi.org/10.1038/s41598-019-43550-7
  18. Kolvenbach B.A., Corvini P.F.X. The degradation of alkylphenols by Sphingomonas sp. TTNP3 – a review on seven years of research. New Biotechnology. 2012. V. 30 (1). P. 88–95. https://doi.org/10.1016/j.nbt.2012.07.008
  19. Krupinski M., Janicki T., Palecz B. et al. Biodegradation and utilization of 4-n-nonylphenol by Aspergillus versicolor as a sole carbon and energy source. J. Hazardous Materials. 2014. V. 280. P. 678–684. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2014.08.060
  20. Krupinski M., Szewczyk R., Dlugonski J. Detoxification of xenoestrogen nonylphenol by the filamentous fungus Aspergillus versicolor. Int. Biodeterior. Biodegrad. 2013. V. 82. P. 59–66. https://doi.org/10.1016/j.ibiod.2013.03.011
  21. Kuzikova I., Rybalchenko O., Kurashov E. et al. Defense responses of the marine-derived fungus Aspergillus tubingensis to alkylphenols stress. Water, Air, and Soil Pollution. 2020. P. 231. https://doi.org/10.1007/s11270-020-04639-2
  22. Kuzikova I., Safronova V., Zaytseva T. et al. Fate and effects of nonylphenol in the filamentous fungus Penicillium expansum isolated from the bottom sediments of the Gulf of Finland. J. Marine Systems. 2017. V. 171. P. 111–119. https://doi.org/10.1016/j.jmarsys.2016.06.003
  23. Kuzikova I.L., Russu A.D., Medvedeva N.G. Biodegradation of nonylphenol and 4-tert-octylphenol by fungi of genera Penicillium derived from bottom sediments of Gulf of Finland. Mikologiya i fitopatologiya. 2018. V. 52 (2). P. 134–143 (in Russ.).
  24. Kuzikova I.L., Zaytseva T.B., Kichko A.A. et al. Effect of nonylphenols on the abundance and taxonomic structure of the soil microbial community. Eurasian Soil Science. 2019. V. 52 (6). P. 671–681. https://doi.org/10.1134/S1064229319060073
  25. Liu J., Shan J., Jiang B. et al. Degradation and bound-residue formation of nonylphenol in red soil and effects of ammonium. Envir. Pollution. 2014. V. 186. P. 83–89. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2013.11.017
  26. Ma J., Chen F., Tang Y. et al. Research on degradation characteristics of nonylphenol in water by highly effective complex microorganisms. E3S Web of Conferences. 2018. V. 53. P. 1–7. https://doi.org/10.1051/e3sconf/20185304016
  27. Moon D.S., Song H.G. Degradation of alkylphenols by white rot fungus Irpex lacteus and its manganese peroxidase. Appl. Biochem. Biotechnol. 2012. V. 168 (3). P. 542–549. https://doi.org/10.1007/s12010-012-9795-4
  28. Mtibaà R., Ezzanad A., Aranda E. et al. Biodegradation and toxicity reduction of nonylphenol, 4-tert-octylphenol and 2,4-dichlorophenol by the ascomycetous fungus Thielavia sp. HJ22: Identification of fungal metabolites and proposal of a putative pathway. Science of the Total Environment. 2020. V. 708. P. 135129. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.135129
  29. Priac A., Morin-Crini N., Druart C. et al. Alkylphenol and alkylphenol polyethoxylates in water and wastewater: A review of options for their elimination. Arabian J. Chemistry. 2017. V. 10. P. 3749–3773. https://doi.org/10.1016/j.arabjc.2014.05.011
  30. Rajendran R.K., Huang S.L., Lin C.C. et al. Aerobic degradation of estrogenic alkylphenols by yeasts isolated from a sewage treatment plant. RSC Adv. 2016. V. 6. P. 82862–82871. https://doi.org/10.1039/C6RA08839B
  31. Rajendran R.K., Huang S.L., Lin C.C. et al. Biodegradation of the endocrine disrupter 4-tert-octylphenol by the yeast strain Candida rugopelliculosa RRKY5 via phenolic ring hydroxylation and alkyl chain oxidation pathways. Bioresource Technol. 2017a. V. 226. P. 55–64. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2016.11.129
  32. Rajendran R.K., Lin C.C., Huang S.L. et al. Enrichment, isolation, and biodegradation potential of long-branched chain alkylphenol degrading non-ligninolytic fungi from wastewater. Marine Pollut. Bull. 2017b. V. 125 (1–2). P. 416–425. https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2017.09.04
  33. Rajendran R.K., Lee Y.W., Chou P.H. et al. Biodegradation of the endocrine disrupter 4-t-octylphenol by the non-ligninolytic fungus Fusarium falciforme RRK20: Process optimization, estrogenicity assessment, metabolite identification and proposed pathways. Chemosphere. 2020. V. 240. 124876. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2019.124876
  34. Rozalska S., Sobon A., Pawlowska J. et al. Biodegradation of nonylphenol by a novel entomopathogenic Metarhizium robertsii strain. Bioresource Technol. 2015. V. 191. P. 166–172. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2015.05.011
  35. Samson R.A., Reenen-Hoekstra E.S. Introduction to food-borne fungi. 3rd ed. Baarn, 1988.
  36. Smirnov L.P., Suhovskaya I.V. The role of glutathione in the functioning of antioxidant defense systems and biotransformation (Review). Uchenye zapiski Petrozavodskogo gosudarstvennogo universiteta. 2014. V. 6. P. 34–40 (in Russ.).
  37. Szewczyk R., Sobon A., Rozalska S. et al. Intracellular proteome expression during 4-n-nonylphenol biodegradation by the filamentous fungus Metarhizium robertsii. Int. Biodeterior. Biodegrad. 2014. V. 93. P. 44–53. https://doi.org/10.1016/J.IBIOD.2014.04.026
  38. Tabassum H., Ashafaq M., Parvez S. et al. Role of melatonin in mitigating nonylphenol-induced toxicity in frontal cortex and hippocampus of rat brain. Neurochem. Int. 2017. V. 104. P. 11–26. https://doi.org/10.1016/j.neuint.2016.12.010
  39. Vallini G., Frassinetti S., Andrea F. et al. Biodegradation of 4-(1-nonyl) phenol by axenic cultures of the yeast Candida aquaetextoris: identification of microbial breakdown products and proposal of a possible metabolic pathway. Int. Biodeterior. Biodegrad. 2001. V. 47. P. 133–140. https://doi.org/10.1016/S0964-8305(01)00040-3
  40. Wang J., Majima N., Hirai H. et al. Effective removal of endocrine disrupting compounds by lignin peroxidase from the white-rot fungus Phanerochaete sordida YK-624. Current Microbiol. 2012. V. 64. P. 300–303. https://doi.org/10.1007/s00284-011-0067-2
  41. Wang S., Liu F., Wu W. et al. Migration and health risks of nonylphenol and bisphenol a in soil-winter wheat systems with long-term reclaimed water irrigation. Ecotoxicology and Environmental Safety. 2018. V. 158. P. 28–36. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2018.03.082
  42. Wang Z., Yang Y., Sun W. et al. Nonylphenol biodegradation in river sediment and associated shifts in community structures of bacteria and ammonia-oxidizing microorganisms. Ecotoxicol. Environ. Saf. 2014. V. 106. P. 1–5. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2014.04.019
  43. Watanabe W., Hori Y., Nishimura S., Takagi A., Kikuchi M., Sawai J. Bacterial degradation and reduction in the estrogen activity of 4-nonylphenol. Biocontrol Sci. 2012. V. 17 (3). P. 143–147. https://doi.org/10.4265/bio.17.143
  44. Zaytseva T.B., Zinoveva S.V., Kuzikova I.L. et al. Impact of nonylphenols on biological activity of loamy soddy-podzolic soil. Eurasian Soil Science. 2020. V. 53. P. 661–667. https://doi.org/10.1134/S1064229320050178
  45. Кузикова И.Л., Руссу А.Д., Медведева Н.Г. (Kuzikova et al.) Биодеградация нонилфенола и 4-трет-октилфенола грибами родов Penicillium, выделенными из донных осадков Финского залива // Микология и фитопатология. 2018. Т. 52. № 2. С. 134–143.
  46. Смирнов Л.П., Суховская И.В. (Smirnov, Sukhovskaya) Роль глутатиона в функционировании систем антиоксидантной защиты и биотрансформации (обзор) // Ученые записки Петрозаводского государственного университета. 2014. Т. 6. С. 34–40.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2.

Скачать (457KB)
Метаданные
3.

Скачать (77KB)
Метаданные

© И.Л. Кузикова, Н.Г. Медведева, 2023

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах