Разнообразие гена бензоат диоксигеназы в бактериальных ассоциациях, сформировавшихся под давлением хлорорганического загрязнения

Обложка
  • Авторы: Назарова Э.А.1, Кирьянова Т.Д.2, Егорова Д.О.1,3
  • Учреждения:
    1. «Институт экологии и генетики микроорганизмов Уральского отделения Российской академии наук» - филиал Федерального государственного бюджетного учреждения науки Пермского федерального исследовательского центра Уральского отделения Российской академии наук
    2. ФГБОУ ВПО Пермский государственный национальный исследовательский университет
    3.  ФГБОУ ВПО Пермский государственный национальный исследовательский университет
  • Выпуск: Том 17, № 3 (2019)
  • Страницы: 13-22
  • Раздел: Генетические основы эволюции экосистем
  • URL: https://journals.rcsi.science/ecolgenet/article/view/10488
  • DOI: https://doi.org/10.17816/ecogen17313-22
  • ID: 10488

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Из образцов грунта, отобранных на территории, длительное время загрязненной хлорорганическими соединениями, в результате селекции получены 12 ассоциаций аэробных бактерий. В качестве фактора отбора при накопительном культивировании использовали 4-хлорбензойную кислоту и хлорбензол. В результате скрининга установлено, что в ДНК шести бактериальных ассоциаций, селектированных на хлорбензоле, и в ДНК трех бактериальных ассоциаций, селектированных на 4-хлорбензоате, присутствует ген benA (α-субъединица бензоат 1,2-диоксигеназы). Из benA-положительных ассоциаций выделены чистые культуры аэробных бактериальных штаммов, использующих бензойную кислоту в качестве источника углерода. Установлено, что амплифицированные фрагменты с ДНК штаммов ассоциаций А1, А4, А5, В1, В2, В3, В4 и В6 формируют единый филогенетический кластер с геном α-субъединицы бензоат диоксигеназы штамма Pseudomonas putida KT2440 (уровень сходства 96–98 %), тогда как амплифицированный фрагмент с ДНК штамма В5-170 ассоциация В5 формирует кластер с геном α-субъединицы бензоат диоксигеназы штамма Pseudomonas sp. VLB120 (уровень сходства 93 %).

Об авторах

Эльмира Алиевна Назарова

«Институт экологии и генетики микроорганизмов Уральского отделения Российской академии наук» - филиал Федерального государственного бюджетного учреждения науки Пермского федерального исследовательского центра Уральского отделения Российской академии наук

Email: e9026309777@gmail.com

аспирант, лаборатория молекулярной микробиологии и биотехнологии

Россия, Пермь, 614081, ул. Голева, 13

Татьяна Денисовна Кирьянова

ФГБОУ ВПО Пермский государственный национальный исследовательский университет

Email: kitadi@gmail.com

магистрант, биологический факультет

Россия, Пермь, 614990, Букирева, 15.

Дарья Олеговна Егорова

«Институт экологии и генетики микроорганизмов Уральского отделения Российской академии наук» - филиал Федерального государственного бюджетного учреждения науки Пермского федерального исследовательского центра Уральского отделения Российской академии наук; ФГБОУ ВПО Пермский государственный национальный исследовательский университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: daryao@rambler.ru
ORCID iD: 0000-0001-8018-4687
SPIN-код: 9450-7883
Scopus Author ID: 36622279600

кандидат биологических наук, доцент, старший научный сотрудник лаборатории молекулярной микробиологии и биотехнологии "ИЭГМ УрО РАН"

Россия, 614081, Пермь, ул. Голева, 13; Пермь, 614990, Букирева, 15

Список литературы

  1. Трегер Ю. СОЗ — стойкие и опасные // The Chemical Journal. – 2013. – № 1. – С. 30–34. [Treger U. POPs – persistent and dangerous. The Chemical Journal. 2013(1):30-34. (In Russ.)]
  2. Назаров А.В., Егорова Д.О., Макаренко А.А., и др. Эколого-микробиологическая оценка грунтов, загрязненных полихлорированными бифенилами // Экология человека. – 2016. – № 3. – С. 3–8. [Nazarov AV, Egorova DO, Makarenko AA, et al. Ecological-microbiological assessment of polychlorinated biphenyl-contaminated grounds. Ecology Human. 2016;(3):3-8. (In Russ.)]
  3. Revich B, Shelepchikov A. Persistent organic pollutants (POPs) hot spots in Russia. In: Mehmetli E, Koumanova B. The fate of persistent organic pollutants in the environment. NATO science for peace and security series. Springer, Dordrecht; 2008. P. 113-126. https://doi.org/10. 1007/978-1-4020-6642-9_9.
  4. Final act of the Conference of Plenipotentiaries on the Stockholm convention on persistent organic pollutants, Stockholm, 22-23 May / UNEP/POPS/CONF/4. United Nations Environment Programme. Geneva; 2001. 44 р.
  5. Соляникова И.П., Борзова Щ.В., Емельянова Е.В., и др. Диоксигеназы, индуцирующиеся при разложении бензоата деструкторами хлорбифенилов Rhodococcus wratislaviensis G10 и хлорфенолов Rhodococcus opacus 1CP, и гены, потенциально вовлеченные в этот процесс // Биохимия. – 2016. – Т. 81. – № 9. – С. 1239–1253. [Solyanikova IP, Borzova OV, Emelyanova EV, et al. Dioxygenases of chlorobiphenil-degrading species Rhodococcus wratislaviensis G10 and chlorophenol-degrading species Rhodococcus opacus 1CP induced in benzoate-grown cells and genes potentially involved in these processes. Biochemistry (Moscow). 2016;81(9):986-998. (In Russ.)]. https://doi.org/10. 1134/S000629791609008X.
  6. Field JA, Sierra-Alvarez R. Microbial transformation of chlorinated benzoates. Rev Environ Sci Bio Technol. 2008;7(3):191-210. https://doi.org/10. 1007/s11157-008-9133-z.
  7. Dalvi S, Youssef NH, Fathepure BZ. Microbial community structure analysis of a benzoate-degrading halofilic archeal enrichment. Extremophiles. 2016;20(3):311-321. https://doi.org/10. 1007/s00792-016-0823-0.
  8. Parales RE, Resnick SM. Aromatic ring hydroxylating dioxygenases. Pseudomonas. 2006;4:287-340. https://doi.org/10. 1007/0-387-28881-3_9.
  9. Kahlon RS. Pseudomonas: molekular and applied biology. Springer International Publishing Switzerland; 2016. 519 р. https://doi.org/10. 1007/978-3-319-31198-2.
  10. Solyanikova IP, Emelyanova EV, Shumkova ES, et al. Pecularities of the degradation of benzoate and its chloro- and hydraxy-substituted analogs by Actinobacteria. Int Biodeter Biodegrad. 2015;100:155-164. https://doi.org/10. 1016/j.ibiod.2015. 02. 028.
  11. Zhan Y, Yu H, Yan Y, et al. Genes involved in the benzoate catabolic pathway in Acinetobacter calcoaceticus PHEA-2. Curr Microbiol. 2008;57(6):609-614. https://doi.org/10. 1007/s00284-008-9251-4.
  12. Зайцев Г.М., Карасевич Ю.Н. Подготовительный метаболизм 4-хлорбензойной кислоты у Arthrobacter globiformis // Микробиология. – 1981. – Т. 50. – № 2. – С. 423–428. [Zaitsev GM, Karasevich YuN. Preparatory metabolism of 4-chlorobenzoic acid in Arthrobacter globiformis. Microbiology. 1981;50(2):423-428. (In Russ.)]
  13. .Ausbel FM, Brent R, Kingston RE, et al. Short protocols in molecular biology. 3rd ed. New York: John Wiley & Sons; 1995. 450 р.
  14. Методы общей бактериологии. В 3 т. / Под ред. Ф. Герхардта и др.; пер. с англ. под ред. Е.Н. Кондратьевой, Л.В. Калакуцкого. – М.: Мир, 1983–1984. [Methods for general and molecular bacteriology. V 3 t. Ed. by Ph. Gerhardt et al., translated from English E.N. Kondrat’eva, L.V. Kalakutskij. Moscow: Mir; 1983-1984. (In Russ.)]
  15. Weisburg WG, Barns SM, Pelletier DA, Lane DJ. 16S ribosomal DNA amplification for phylogenetic study. J Bacteriol. 1991;173(2):697-703. https://doi.org/10. 1128/jb.173. 2. 697-703. 1991.
  16. Baggi G, Bernasconi S, Zangarossi M, et al. Co-metabolism of di- and trichlorobenzoates in a 2-chlorobenzoate-degrading bacterial culture: Effect of the position and number of halo-substituents. Int Biodeter Biodegrad. 2008;62(1):57-64. https://doi.org/10. 1016/j.ibiod.2007. 12. 002.
  17. Benning MM, Wesenberg G, Liu RQ, et al. The three-dementional structure of 4-hydroxybensoyl-CoA thioesterase from Pseudomonas sp. Strain CBS-3. J Biol Chem. 1998;273(50):33572-33579. https://doi.org/10. 1074/jbc.273. 50. 33572.
  18. Kobayashi K, Katayama-Hirayama K, Tobita S. Hydrolytic dehalogenation pf 4-chlorobenzoic acid by an Acinetobacter sp. J Gen Appl Microbiol. 1997;43(2):105-8. https://doi.org/10. 2323/jgam.43. 105.
  19. Coleman ML, Chisholm SW. Ecosystem-specific selection pressures revealed through comparative population genomics. Proc Natl Acad Sci USA. 2010;107(43): 18634-9. https://doi.org/10. 1073/pnas.1009480107.
  20. Dunning Hotopp JC. Horizontal gene transfer between bacterial and animals. Trends Genet. 2011;27(4):157-163. https://doi.org/10. 1016/j.tig.2011. 01. 005.
  21. Syvanen M. Evolutionary implications of horizontal gene transfer. Annu Rev Genet. 2012;46:341-358. https://doi.org/10. 1146/annurev-genet-110711-155529.
  22. Polz MF, Alm EJ, Hanage WP. Horizontal gene transfer and the evolution of bacterial and archaeal population structure. Trends Genet. 2013;29(3):170-175. https://doi.org/10. 1016/j.tig.2012. 12. 006.
  23. Li D, Yan Y, Ping S, et al. Genom-wide investigation and functional characterization of the β-ketoadipate pathway in the nitrogen-fixing and root-associated bacterium Pseudomonas stutzeri A1501. BMC Microbiol. 2010;10(1):36. http://www.biomedcentral.com/1471-2180/10/36.
  24. Vodovar N, Vallenet D, Cruveiller S, et al. Complete genome sequence of the entomopathogenic and metabolically versatile soil bacterium Pseudomonas entomophila. Nature Biotechnology. 2006;24(6):673-679. https://doi.org/10. 1038/nbt1212.
  25. Köhler KA, Rückert C, Schatschneider S, et al. Complete genome sequence of Pseudomonas sp. Strain VLB120 a solvent tolerant, styrene degrading bacterium, isolated from forest soil. J Biotechnol. 2013;168(4):729-730. https://doi.org/10. 1016/j.jbiotec.2013. 10. 016.
  26. Liang B, Jiang JD, Zhang J, et al. Horizontal transfer of dehalogenase genes involved in the catalysis of chlorinated compounds: evidence and ecological role. Crit Rev Microbiol. 2012;38(2):95-110. https://doi.org/ 10. 3109/1040841x.2011. 618114.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Электрофореграмма продуктов амплификации гена benA, кодирующего α-субъединицу бензоат диоксигеназы, с ДНК бактериальных ассоциаций. 1 — А1, 2 — А2, 3 — А3, 4 — А4, 5 — А5, 6 — А6, 7 — маркер молекулярных масс O’GeneRulerTM 100bp Plus DNA Ladder (Fermentas, Литва), 8 — В1, 9 — В2, 10 — В3, 11 — В4, 12 — В5, 13 — В6, 14 — отрицательный контроль

Скачать (60KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Дерево сходства выявленных генов с известными генами α-субъединицы бензоат 1,2-диоксигеназы, построенное методом UPGMA. Масштаб соответствует 10 нуклеотидным заменам на каждые 100 нуклеотидов. Bootstrap-анализ проведен на 1000 повторностях. Значения рядом с «ветвями» показывают вероятность расположения последовательностей в данных группах. Жирным шрифтом выделены нуклеотидные последовательности, исследуемые в настоящей работе. Для анализируемых последовательностей приведены обозначения штаммов, а также их родовые и видовые названия

Скачать (101KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Дерево сходства нуклеотидных последовательностей, гомологичных исследуемым участкам генов α-субъединицы бензоат 1,2-диоксигеназы штаммов рода Pseudomonas, построенное методом UPGMA. Масштаб соответствует 10 нуклеотидным заменам на каждые 100 пар нуклеотидов. Bootstrap-анализ проведен на 1000 повторностях. Жирным шрифтом выделены нуклеотидные последовательности, исследуемые в настоящей работе. Для анализируемых последовательностей показаны обозначения штаммов, а также их родовые и видовые названия

Скачать (193KB)
Метаданные

© Назарова Э.А., Кирьянова Т.Д., Егорова Д.О., 2019

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.
 


Данный сайт использует cookie-файлы

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

О куки-файлах