Влияние электрической стимуляции внешней цепи биоэлектрохимических систем безмембранного типа на деструкцию имидаклоприда и представленность генов mtrB и пероксидаз DyP-типа

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Деструкция имидаклоприда микрофлорой донных отложений была кратно выше контроля во всех вариантах, где имелся углеродный войлок, возрастая до 84.0 ± 1.7% при полярном подключении внешнего источника напряжения 1.2 В. При внесении Shewanella oneidensis MR-1 наблюдалась почти полная деградация поллютанта, в случае контроля без электродов равная 29.7 ± 6.0%. Относительная представленность генов трансмембранного белка дыхательной цепи MtrB, связанного с экзоэлектрогенезом, зависела от внешней цепи и имела максимальное значение при полярном подключении источника напряжения, коррелируя с деградацией пестицида автохтонной микрофлорой, аналогично генам DyP. Внесение S. oneidensis MR-1 вызвало почти десятикратный рост относительной представленности DyP. При этом для всех опытных вариантов отмечены кратно более высокие, по сравнению с контролем без углеродного войлока, значения показателя DyP, как и в случае прироста деструкции имидаклоприда в данных экспериментальных условиях.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. А. Самков

ФГБОУ ВО “Кубанский государственный университет”

Автор, ответственный за переписку.
Email: andreysamkov@mail.ru
Россия, Краснодар, 350040

С. М. Самкова

ФГБОУ ВО “Кубанский государственный университет”

Email: andreysamkov@mail.ru
Россия, Краснодар, 350040

М. Н. Круглова

ФГБОУ ВО “Кубанский государственный университет”

Email: andreysamkov@mail.ru
Россия, Краснодар, 350040

Список литературы

  1. Ножевникова А. Н., Русскова Ю. И., Литти Ю. В., Паршина С. Н., Журавлева Е. А., Никитина А. А. Синтрофия и межвидовой перенос электронов в метаногенных микробных сообществах // Микробиология. 2020. Т. 89. С. 131–151.
  2. Nozhevnikova A. N., Russkova Yu.I., Litti Yu.V., Parshina S. N., Zhuravleva E. A., Nikitina A. A. Syntrophy and interspecies electron transfer in methanogenic microbial communities // Microbiology (Moscow). V. 89. Р. 129‒148.
  3. Самков А. А., Чугунова Ю. А., Круглова М. Н., Моисеева Е. В., Волченко Н. Н., Худокормов А. А., Самкова С. М., Карасева Э. В. Обесцвечивание красителей в биоэлектрохимической системе при иммобилизации клеток Shewanella oneidensis MR-1 на поверхности анода и электрической стимуляции внешней цепи // Прикл. биохимия и микробиология. 2023. Т. 59. С. 191–199.
  4. Samkov A. A., Chugunova Yu.A., Kruglova M. N., Moiseeva E. V., Volchenko N. N., Khudokormov A. A., Samkova S. M., Karaseva E. V. Decolorization of dyes in a bioelectrochemical system depending on the immobilization of Shewanella oneidensis Mr-1 cells on the anode surface and electrical stimulation of an external circuit // Appl. Biochem. Microbiol. V. 59. Р. 198‒206.
  5. Cabrera J., Irfan M., Dai Y., Zhang P., Zong Y., Liu X. Bioelectrochemical system as an innovative technology for treatment of produced water from oil and gas industry ‒ a review // Chemosphere. 2021. V. 285. Art. 131428.
  6. Gautam P., Dubey S. K. Biodegradation of imidacloprid: molecular and kinetic analysis // Bioresour. Technol. 2022. V. 350. Art. 126915.
  7. Gautam P., Pandey A. K., Dubey S. K. Multi-omics approach reveals elevated potential of bacteria for biodegradation of imidacloprid // Environ. Res. 2023. V. 221. Art. 115271.
  8. Kiely P. D., Regan J. M., Logan B. E. The electric picnic: synergistic requirements for exoelectrogenic microbial communities // Curr. Opin. Biotechnol. 2011. V. 22. P. 378–385.
  9. Laikova A. A., Kovalev A. A., Kovalev D. A., Zhuravleva E. A., Shekhurdina S. V., Loiko N. G., Litti Yu. V. Feasibility of successive hydrogen and methane production in a single-reactor configuration of batch anaerobic digestion through bioaugmentation and stimulation of hydrogenase activity and direct interspecies electron transfer // Int. J. Hydrog. Energy. 2023. V. 48. P. 12646–12660.
  10. Lan J., Wen F., Ren Y., Liu G., Jiang Y., Wang Z., Zhu X. An overview of bioelectrokinetic and bioelectrochemical remediation of petroleum-contaminated soils // Environ. Sci. Technol. 2023. V. 16. Art. 100278.
  11. Lu H., Yua Y., Xi H., Wang C., Zhou Y. Bacterial response to formaldehyde in an MFC toxicity sensor // Enzyme Microb. Technol. 2020. V. 140. Art. 109565.
  12. Li X., Fan S., Zhang Y., Li D., Su C., Qi Z., Liang H., Gao S., Chen M. Performance and microbial metabolic mechanism of imidacloprid removal in a microbial electrolysis cell-integrated adsorption biological coupling system // Bioresour. Technol. 2023. V. 386. Art. 129513.
  13. Li Y., Qiao S., Guo M., Hou C., Wang J., Yu C., Zhou J., Quan X. Microbial electrosynthetic nitrate reduction to ammonia by reversing the typical electron transfer pathway in Shewanella oneidensis // Cell Rep. Phys. Sci. 2023. V. 4. Art. 101433.
  14. Marzocchi U., Palma E., Rossetti S., Aulenta F., Scoma A. Parallel artificial and biological electric circuits power petroleum decontamination ‒ the case of snorkel and cable bacteria // Water Res. 2020. V. 173. Art. 115520.
  15. Mohanakrishna G., Al-Raoush R.I., Abu-Reesh I. M. Sewage enhanced bioelectrochemical degradation of petroleum hydrocarbons in soil environment through bioelectrostimulation // Biotechnol. Rep. 2020. V. 27. Art. e00478.
  16. Sabourmoghaddam N., Zakaria M. P., Dzolkhifli O. Evidence for the microbial degradation of imidacloprid in soils of Cameron Highlands // J. Saudi Soc. Agric. Sci. 2015. V. 14. P. 182–188.
  17. Shi L., Rosso K. M., Clarke T. A., Richardson D. J., Zachara J. M., Fredrickson J. K. Molecular underpinnings of Fe (III) oxide reduction by Shewanella oneidensis MR-1 // Front. Microbiol. 2012. V. 3. Art. 50. https://doi.org/10.3389/fmicb.2012.00050
  18. Tian J.-H., Pourcher A.-M., Klingelschmitt F., Le Roux S., Peu P. Class P dye-decolorizing peroxidase gene: degenerated primers design and phylogenetic analysis // J. Microbiol. Methods. 2016. V. 130. P. 148–153.
  19. Voeikova T. A., Emel’yanova L.K., Novikova L. M., Shakulov R. S., Sidoruk K. V., Smirnov I. A., Il’in V.K., Soldatov P. E., TyurinKuz’min A. Yu., Smolenskaya T. S., Debabov V. G. Intensification of bioelectricity generation in microbial fuel cells using Shewanella oneidensis MR-1 mutants with increased reducing activity // Microbiology (Moscow). 2013. V. 82. P. 410–414.
  20. Wang H., Xing L., Zhang H., Gui C., Jin S., Lin H., Li Q., Cheng Ch. Key factors to enhance soil remediation by bioelectrochemical systems (BESs): a review // Chem. Eng. J. 2021. V. 419. Art. 129600.
  21. Wang H., Zhao H.-P., Zhu L. Structures of nitroaromatic compounds induce Shewanella oneidensis MR-1 to adopt different electron transport pathways to reduce the contaminants // J. Hazard. Mater. 2020. V. 384. Art. 121495.
  22. Wu P., Zhang X., Niu T., Wang Y., Liu R., Zhang Y. The imidacloprid remediation, soil fertility enhancement and microbial community change in soil by Rhodopseudomonas capsulate using effluent as carbon source // Environ. Pollut. 2020. V. 267. Art. 114254.
  23. Xiao X., Xu C.-C., Wu Y.-M., Cai P.-J., Li W.-W., Du D.-L., Yu H.-Q. Biodecolorization of Naphthol Green B dye by Shewanella oneidensis MR-1 under anaerobic conditions // Bioresour. Technol. 2012. V. 110. P. 86–90.
  24. Yuan J.S, Reed A., Chen F., Stewart C. N. Jr. Statistical analysis of real-time PCR data // BMC Bioinform. 2006. V. 7. Art. 85.
  25. Yuan Y., Zhou L., Hou R., Wang Y., Zhou S. Centimeter-long microbial electron transport for bioremediation applications // Trends Biotechnol. 2021. V. 39. P. 181–193.
  26. Zhang X., Huang Y., Chen W.-J., Wu S., Lei Q., Zhou Z., Zhang We., Mishra S., Bhatt P., Chen S. Environmental occurrence, toxicity concerns, and biodegradation of neonicotinoid insecticides // Environ. Res. 2023. V. 218. Art. 114953.
  27. Zhi Z., Pan Y., Lu X., Wang J., Zhen G. Bioelectrochemical regulation accelerates biomethane production from waste activated sludge: focusing on operational performance and microbial community // Sci. Total Environ. 2022. V. 814. Art. 152736.
  28. Zhu S., Chen A., Chai Y., Cao R., Zeng J., Bai M., Peng L., Shao J., Wang X. Extracellular enzyme mediated biotransformation of imidacloprid by white-rot fungus Phanerochaete chrysosporium: mechanisms, pathways, and toxicity // Chem. Eng. J. 2023. V. 472. Art. 144798.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Влияние способа электростимуляции внешней цепи биоэлектрохимической системы и внесения Shewanella oneidensis MR-1 на биодеградацию имидаклоприда в донных отложениях. 1 – автохтонная микрофлора; 2 – автохтонная микрофлора и S. oneidensis MR-1.

Скачать (78KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Относительная представленность генов краситель-обесцвечивающих пероксидаз DyP-типа и трансмембранного белка дыхательной цепи MtrB в случае автохтонной микрофлоры донных отложений (а) и автохтонной микрофлоры донных отложений, куда дополнительно внесли Shewanella oneidensis MR-1 (б). 1 – DyP; 2 – MtrB.

Скачать (123KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024