Культурально-морфологические и биохимические особенности штаммов Aspergillus niger в условиях роста на среде с трибутилфосфатом

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Трибутилфосфат, подобно другим трехзамещенным фосфатам, является токсичным веществом. Тем не менее он находит промышленное применение в качестве экстрагента солей металлов из рудных минералов и, соответственно, производится крупнотоннажно. В связи с широким применением трибутилфосфата возникает проблема загрязнения окружающей среды этим соединением и негативного влияния на живые организмы. Показано, что культуральные среды с трибутилфосфатом оказали сильное токсичное действие на инфузории (Paramecium caudatum) и личинки (науплии) ракообразных (Artemia salina). Решением данной проблемы могла бы стать его биодеградация – ферментативный гидролиз до неорганических фосфатов. До сих пор известными биодеструкторами трибутилфосфата являлись преимущественно бактерии. Однако мицелиальные грибы, по-видимому, также способны к биодеградации данного вещества. Исследование влияния трибутилфосфата на рост, развитие, каталазную и дегидрогеназную активность двух штаммов Aspergillus niger – ВКМ F-4815D и ВКМ F-4816D – показали более высокую устойчивость дочернего штамма ВКМ F-4816D и возможность роста на среде с трибутилфосфатом в качестве единственного источника фосфора. Полученные в данной работе результаты позволяют предположить, что штамм F-4816D способен к биодеградации трибутилфосфата при отсутствии других источников фосфора с образованием менее токсичных продуктов трансформации.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. З. Миндубаев

Казанский национальный исследовательский технологический университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: mindubaev-az@yandex.ru
Россия, Казань, 420015

А. А. Чапоргина

Институт проблем промышленной экологии Севера – обособленное подразделение Кольского научного центра РАН

Email: chaporginaa@mail.ru
Россия, Апатиты, 184209

В. А. Мязин

Институт проблем промышленной экологии Севера – обособленное подразделение Кольского научного центра РАН; Российский университет дружбы народов

Email: myazinv@mail.ru
Россия, Апатиты, 184209; Москва, 117198

Э. В. Бабынин

Казанский научный центр Российской академии наук

Email: edward.b67@mail.ru
Россия, Казань, 420111

Е. С. Балымова

Казанский национальный исследовательский технологический университет

Email: ilc2013@inbox.ru
Россия, Казань, 420015

Список литературы

  1. Ahire K.C., Kapadnis B.P., Kulkarni G.J. et al. Biodegradation of tributyl phosphate by novel bacteria isolated from enrichment cultures. Biodegradation. 2011. V. 23 (1). P. 165–176. https://doi.org/10.1007/s10532-011-9496-7
  2. Bergman A., Ryden A., Law R.J. et al. A novel abbreviation standard for organobromine, organochlorine and organophosphorus flame-retardants and some characteristics of the chemicals. Environ. 2012. V. 49. P. 57–82. https://doi.org/10.1016/j.envint.2012.08.003
  3. Berne C., Allainmat B., Garcia D. Tributyl phosphate degradation by Rhodopseudomonas palustris and other photosynthetic bacteria. Biotechnology Lett. 2005. V. 27 (8). P. 561–566. https://doi.org/10.1007/s10529-005-2882-7
  4. Colovic M.B., Krstic D.Z., Lazarevic-Pasti T.D. et al. Acetylcholinesterase Inhibitors: Pharmacology and Toxicology. Curr. Neuropharmacol. 2013. V. 11 (3). P. 315–335. https://doi.org/10.2174/1570159X11311030006
  5. Ding J., Deng T., Xu M. et al. Residuals of organophosphate esters in foodstuffs and implication for human exposure. Environm. Poll. 2018. V. 233. P. 986–991. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2017.09.092
  6. Greget R., Dadak S., Barbier L. et al. Modeling and simulation of organophosphate-induced neurotoxicity: prediction and validation by experimental studies. Neurotoxicology. 2016. V. 54. P. 140–152. https://doi.org/10.1016/j.neuro.2016.04.013
  7. Hou R., Xu Y., Wang Z. Review of OPFRs in animals and humans: absorption, bioaccumulation, metabolism, and internal exposure research. Chemosphere. 2016. V. 153. P. 78–90. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2016.03.003
  8. Kovalev N.G., Eselevich M.M., Maksimovskiy N.S. et al. Instructions for laboratory control of wastewater treatment facilities on livestock farms. Determination of nutrients. Analysis of sediments and silt. Pt 3. Moscow, 1984. (In Russ.)
  9. Kulkarni S.V., Markad V.L., Melo J.S. et al. Biodegradation of tributyl phosphate using Klebsiella pneumonia sp. S3. Appl. Microbiol. Biotechnol. 2014. V. 98 (2). P. 919–929. https://doi.org/10.1007/s00253-013-4938-2
  10. Liu J., Lin H., Yingbo D. et al. Elucidating the biodegradation mechanism of tributyl phosphate (TBP) by Sphingomonas sp. isolated from TBP-contaminated mine tailings. Environm. Poll. 2019. V. 250. P. 284–291. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2019.03.127
  11. Mincher B.J., Mezyk S.P., Martin L.R. A pulse radiolysis investigation of the reactions of tributyl phosphate with the radical products of aqueous nitric acid irradiation. J. Physical Chemistry A. 2008. V. 112. P. 6275–6280. https://doi.org/10.1021/jp802169v
  12. Mindubaev A.Z., Fedosimova S.V., Grigorieva T.V. et al. The effect of white phosphorus on the cellular morphology and protein profile of Aspergillus niger fungal strains. Prikladnaya khimiya i biotekhnologiya. 2021a. V. 11 (1). P. 69– 79. (In Russ.) https://doi.org/10.21285/2227-2925-2021-11-1-69-79
  13. Mindubaev A.Z., Babynin E.V., Bedeeva E.K. et al. Biological degradation of yellow (white) phosphorus, a compound of first class hazard. Russian J. Inorganic Chem. 2021b. V. 66. P. 1239–1244. https://doi.org/10.1134/S0036023621080155
  14. Mindubaev A.Z., Galimova A.R., Kuznetsova O.N. et al. Biotransformation of red phosphorus into phosphates using Aspergillus niger. Vestnik tekhnologicheskogo universiteta. 2023. V. 26 (10). P. 41–45. (In Russ.) https://doi.org/10.55421/1998-7072 2023 26 10 41
  15. Mindubaev, A.Z., Kuznetsova, S.V., Evtyugin, V.G. et al. Effect of white phosphorus on the survival, cellular morphology, and proteome of Aspergillus niger. Appl. Biochem. Microbiol. 2020. V. 56. P. 194–201. https://doi.org/10.1134/S0003683820020118
  16. Nancharaiah Y.V., Kiran K.R.G., Krishna Mohan T.V. et al. Biodegradation of tributyl phosphate, an organosphate triester, by aerobic granular biofilms. J. Hazardous Materials. 2015. V. 283. P. 705–711. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2014.09.065
  17. Powers J.C., Asgian J.L., Ekici O.D. et al. Irreversible inhibitors of serine, cysteine, and threonine proteases. Chem. Reviews. 2002. V. 102 (12). P. 4639–4750. https://doi.org/10.1021/cr010182v
  18. Qin W., Ren L., Xu Y. et al. Adsorption mechanism of mixed salicylhydroxamic acid and tributyl phosphate collectors in fine cassiterite electro-flotation system. J. Central South University. 2012. V. 19. P. 1711–1717. https://doi.org/10.1007/s11771-012-1197-9
  19. Rangu S.S., Basu B., Muralidharan B. et al. Involvement of phosphoesterases in tributyl phosphate degradation in Sphingobium sp. strain RSMS. Appl. Microbiol. Biotechnol. 2016. V. 100. P. 461–468. https://doi.org/10.1007/s00253-015-6979-1
  20. Symonds M.R.E., Moussalli A., Elgar M.A. The evolution of sex pheromones in an ecologically diverse genus of flies. Biological J. Linnean Soc. 2009. V. 97 (3). P. 594–603. https://doi.org/10.1111/j.1095-8312.2009.01245.x
  21. Takahashi S., Katanuma H., Abe K. et al. Identification of alkaline phosphatase genes for utilizing a flame retardant, tris(2-chloroethyl) phosphate, in Sphingobium sp. strain TCM1. Appl. Microbiol. Biotechnol. 2017. V. 101. P. 2153–2162. https://doi.org/10.1007/s00253-016-7991-9
  22. Terekhova V.A., Isakova E.F., Samoilova T.A. et al. Methodology for determining the toxicity of highly mineralized surface and waste waters, soils and wastes based on the survival rate of brackish-water crustaceans Artemia salina L. Moscow, 2009. (In Russ.)
  23. Thomas R.A.P., Macaskie L.E. Biodegradation of tributyl phosphate by naturally occurring microbial isolates and coupling to the removal of uranium from aqueous solution. Environm. Sci. Technol. 1996. V. 30 (7). P. 2371–2375. https://doi.org/10.1021/es950861l
  24. Waaijers S.L., Kong D.G., Hendriks H.S. et al. Persistence, bioaccumulation, and toxicity of halogen-free flame retardants. Reviews of Environmental Contamination and Toxicology. Springer, New York, 2013. V. 222. P. 1–71. https://doi.org/10.1007/978-1-4614-4717-7_1
  25. Xiang D.F., Bigley A.N., Ren Z. et al. Interrogation of the substrate profile and catalytic properties of the phosphotriesterase from Sphingobium sp. strain TCM1: an enzyme capable of hydrolyzing organophosphate flame-retardants and plasticizers. Biochemistry. 2015. V. 54. P. 7539–7549. https://doi.org/10.1021/acs.biochem.5b01144
  26. Zakirov R.K., Akhmadullina F. Yu., Verbenko I.V. et al. Enzymatic diagnostics of industrial sludge in the processes of extended aeration of wastewater. Vestnik Kazanskogo texnologicheskogo universiteta. 2009. V. 2. P. 33–40. (In Russ.)
  27. Закиров Р.К., Ахмадуллина Ф.Ю., Вербенко И.В. и др. Ферментативная диагностика промышленных илов в процессах продленной аэрации сточных вод // Вестник Казанского технологического университета. 2009. № 2. С. 33–40.
  28. Ковалев Н.Г., Еселевич М.М., Максимовский Н.С. и др. Инструкция по лабораторному контролю очистных сооружений на животноводческих комплексах. Часть III. Определение биогенных веществ. Анализ осадков и ила. М.: “Колос”. 1984. 55 с.
  29. Миндубаев А.З., Галимова А.Р., Кузнецова О.Н. и др. Биотрансформация красного фосфора в фосфаты с помощью Aspergillus niger // Вестник технологического университета. 2023. Т. 26. № 10. С. 41–45.
  30. Миндубаев А.З., Федосимова С.В., Григорьева Т.В. и др. Влияние белого фосфора на клеточную морфологию и белковый профиль штаммов гриба Aspergillus niger // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2021. Т. 11. № 1. С. 69–79.
  31. Терехова В.А., Исакова Е.Ф., Самойлова Т.А. и др. Методика определения токсичности высокоминерализованных поверхностных и сточных вод, почв и отходов по выживаемости солоноватоводных рачков Artemia salina L. М.: МГУ. 2009. 28 с.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Рост Aspergillus niger штамм F-4815D через пять сут после посева на среде с фосфатами без ТБФ (А), с 0.01% ТБФ и фосфатами (Б) и с 0.01% ТБФ без фосфатов (В).

Скачать (205KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Морфологические показатели колоний Aspergillus niger F-4815D на плотной культуральной среде Чапека с добавлением ТБФ (О1) и без него (К1): А – диаметр колонии; Б – радиальная скорость роста; В – высота конидиеносцев.

Скачать (204KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Колонии Aspergillus niger F-4815D через 12 сут после посева: А – среда Чапека; Б – среда Чапека + ТБФ; В – среда Чапека без фосфатов; Г – среда Чапека без фосфатов + ТБФ.

Скачать (266KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Конидиеносцы Aspergillus niger F-4815D: А – среда Чапека; Б – среда Чапека + ТБФ; В – среда Чапека без фосфатов; Д – среда Чапека без фосфатов + ТБФ.

Скачать (179KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Морфологические показатели колоний Aspergillus niger F-4816D на плотной культуральной среде Чапека с добавлением ТБФ (О1) и без него (К1): А – диаметр колонии; Б – радиальная скорость роста; В – высота конидиеносцев.

Скачать (220KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Колонии Aspergillus niger F-4816D через 12 сут после посева: А – среда Чапека; Б – среда Чапека без фосфатов; В – среда Чапека + ТБФ; Г – среда Чапека без фосфатов + ТБФ.

Скачать (281KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Конидиеносцы Aspergillus niger F-4816D: А – среда Чапека; Б – среда Чапека + ТБФ; В – среда Чапека без фосфатов; Д – среда Чапека без фосфатов + ТБФ.

Скачать (283KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Морфологические показатели колоний Aspergillus niger F-4816D на плотной культуральной среде Чапека с неорганическими фосфатами (О1) и без неорганических фосфатов (О2) с добавлением ТБФ: А – диаметр колонии; Б – радиальная скорость роста; В – высота конидиеносцев.

Скачать (216KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025