ВИКОРИСТАННЯ МЕТОДІВ ДІСПЕРСІЙНОГО І КЛАСТЕРНОГО АНАЛІЗУ ДЛЯ ПОРІВНЯННЯ СТІЙКОСТІ ДО ВАЖКИХ МЕТАЛІВ АЦИДОФІЛЬНИХ ХЕМОЛІТОТРОФНИХ БАКТЕРІЙ, ВИДІЛЕНИХ іЗ ТЕХНОГЕННОЇ СИРОВИНИ
Анотація
У представленій роботі досліджена стійкість до важких металів типового штаму Acidithiobacillus ferrooxidans ATCC 23270 і восьми штамів ацидофільних хемолітотрофних бактерій, виділених із відвальних продуктів паливно-енергетичного комплексу України різного типу. Для вивчення були використані «метали-замісники» (Zn2+, Ni2+, Co2+), метали «комбінованої дії» (Cu2+) і метали, які не виконують біологічних функцій (Cd2+, Pb2+), але здатні утворювати нерозчинні комплекси на/в клітині або взаємодіяти з нуклеїновими кислотами. Встановлено, що вплив металів на виділені штами ацидофільних хемолітотрофних бактерій неоднозначний і не відповідає шкалі взаємодії металів з азотистими гетероциклічними основами ДНК (шкалою Ейхгорна). Максимальна кількість штамів виявилася стійкою до іонів кобальту (66,6 % при значені МІС 0,09 М). До іонів міді, кадмію і цинку були резистентними 55,5 % штамів з показниками за мінімальними інгібуючими концентраціями (МІК) 0,13, 0,061 і 0,083 М відповідно. Проведено статистичний аналіз отриманих результатів оцінки стійкості до важких металів ацидофільних хемолітотрофних бактерій з використанням методів дисперсійного та кластерного аналізів у програмі R 3.4.0. Кластеризація результатів аналізу за значеннями мінімальних інгібуючих концентрацій дала змогу згрупувати досліджені метали таким чином: одиничний кластер (Pb2 +), кластер (Zn2+, Ni2+, Co2+, Cd2+) і підкластер (Cu2+). Ієрархічний кластерний аналіз значень МІК дав змогу розділити вивчені штами на три групи залежно від рівня їхньої резистентності до металів. Найбільш стійкими до досліджених металів виявилися штами, ізольовані з відходів збагачення вугілля. На основі аналізу літературних даних у вивчених штамів припустимі експресовані системи транспорту металів. Різницю у рівні стійкості до металів у A. ferrooxidans і A. thiooxidans частково можна зв’язати з використанням як джерела енергії двовалентного феруму і тіосульфату відповідно. Показано неоднорідність відгуку еффлюкс-систем на дію важких металів.
Ключові слова
Повний текст:
PDFПосилання
1. Kushkevych I., Hnatush S., Hudz S. Vplyv vazhkykh metaliv na klityny mikroorhanizmiv // Visn. Lviv. un-tu. Ser. biol. 2007. Vyp. 45. S. 3-28.
2. Pomohailo A. D., Ufliand Y. E. Makromolekuliarnye metallokhelaty. M.: Khymyia, 1991. 304 s.
3. Tashyrev A.B. Mnozhestvennaia ustoichyvost k toksychnym metallam mykroorhanyzmov antarktycheskykh klyfov (ostrov Halyndez) // Ukr. antarkt. zhurnal. 2012. № 10-11. S. 212-221.
4. Khavezov Y., Tsalev D. Atomno-absorbtsyonnyi analyz. L.: Khymyia, 1983. 144 s.
5. Yaneva O. D. Mekhanyzmy ustoichyvosty bakteryi k yonam tiazhelykh metallov // Mikrobiol. zhurnal. 2009. T. 71. № 6. S. 54-65.
6. Almarcegui R. J., Navarro C. A., Paradela A. et al. Response to copper of Acidithiobacillus ferrooxidans ATCC 23270 grown in elemental sulfur // Research in Microbiology. 2014. Vol. 165. P. 761-772. doi.org/10.1016/j.resmic.2014.07.005
https://doi.org/10.1016/j.resmic.2014.07.005
7. Blayda I., Vasylieva T., Sliusarenko L. et al. Isolation and study of the main properties of acidophilic chemolithotrophic bacteria isolated from the waste dumps of fuel-energy complex of Ukraine // Studia Biologica. 2018. Vol. 12. N 3-4. P. 3-16. doi: https://doi.org/10.30970/sbi.1203.570
https://doi.org/10.30970/sbi.1203.570
8. Bruins M. R., Kapil S., Oehme F. W. Microbial resistance to metals in the environment // Ecotoxic. Environ. Safe. 2000. Vol. 45. P. 198-207. doi.org/10.1006/eesa.1999.1860
https://doi.org/10.1006/eesa.1999.1860
9. Chakravarty R., Banerjee P. C. Morphological changes in an acidophilic bacterium induced by heavy metals // Extremophiles. 2008. Vol. 12. N 2. P. 279-284. doi:10.1007/s00792-007-0128-4
https://doi.org/10.1007/s00792-007-0128-4
10. Dalgaard P. Introductory Statistics with R. Springer Science, 2008. 370 p. doi: 10.1007/978-0-387-79054-1
https://doi.org/10.1007/978-0-387-79054-1
11. Dopson M., Baker-Austin C., Koppineedi P., Bond P. L. Growth in sulfidic mineral environments: metal resistance mechanisms in acidophilic microorganisms // Microbiol. 2003. Vol. 149. P. 1959-1970. doi: 10.1099/mic.0.26296-0
https://doi.org/10.1099/mic.0.26296-0
12. Franke S., Grass G., Nies D. H. The product of the ybdE gene of the Escherichia coli chromosome is involved in detoxification of silver ions // Microbiol. 2001. Vol. 147. P. 965-972. doi:10.1099/00221287-147-4-965
https://doi.org/10.1099/00221287-147-4-965
13. Garcna-Domnguez M., Lopez-Maury L., Florencio F. J., Reyes J. C. A gene cluster involved in metal homeostasis in the cyanobacterium Synechocystis sp. strain PCC 6803 // J. Bacteriol. 2000. Vol. 182. N 6. P. 1507-1514. doi: 10.1128/JB.182.6.1507-1514.2000
https://doi.org/10.1128/JB.182.6.1507-1514.2000
14. Grass G., Fan B., Rosen B. P. et al. NreB from Achromobacter xylosoxidans 31A Is a Nickel-Induced Transporter Conferring Nickel Resistance // J. Bacteriol. 2001. Vol. 183. N 9. P. 2803-2807. doi: 10.1128/JB.183.9.2803-2807.2001
https://doi.org/10.1128/JB.183.9.2803-2807.2001
15. Honsa E. S., Johnson M. D. L., Rosch J. W. The roles of transition metals in the physiology and pathogenesis of Streptococcus pneumonia // Front. Cell. Infect. Microbiol. 2013. Vol. 3. N 92. P. 1-15. doi:10.3389/fcimb.2013.00092
https://doi.org/10.3389/fcimb.2013.00092
16. Karelov E., Harichov J., Stojnev T. et al. The isolation of heavy-metal resistant culturable bacteria and resistance determinants from a heavy-metal-contaminated site // Biologia. 2011. Vol. 66. P.18-26. doi: 10.2478/s11756-010-0145-0.
https://doi.org/10.2478/s11756-010-0145-0
17. Lee S.-W., Glickmann E., Cooksey D. A. Chromosomal locus for cadmium resistance in Pseudomonas putida consisting of a cadmium-trasporting ATPase and a MerR family response regulator // Appl. Environ. Microbiol. 2001. Vol. 67. N 4. P. 1437-1444. doi:10.1128/AEM.67.4.1437-1444.2001
https://doi.org/10.1128/AEM.67.4.1437-1444.2001
18. Mergeay M., Monchy S., Vallaeys T. et al. Ralstonia metallidurans, a bacterium specifically adapted to toxic metals: towards a catalogue of metal responsive genes // FEMS Microbiol. Rev. 2003. Vol. 27. N 2-3. P. 385-410. doi:10.1016/S0168-6445(03)00045-7
https://doi.org/10.1016/S0168-6445(03)00045-7
19. Nies D. H. CzcR and CzcD, gene products affecting regulation of resistance to cobalt, zinc, and cadmium (czc system) in Alcaligenes eutrophus // J. Bacteriol. 1992. Vol. 174. P. 8102-8110.
https://doi.org/10.1128/JB.174.24.8102-8110.1992
20. Nies H. D. Effux-mediated heavy metal resistance in prokaryotes // FEMS Microbiol. Rev. 2003. Vol. 27. N 2-3. P. 313-339. doi:10.1016/S0168-6445(03)00048-2
https://doi.org/10.1016/S0168-6445(03)00048-2
21. Orellana L. H., Jerez C. A. A genomic island provides Acidithiobacillus ferrooxidans ATCC 53993 additional copper resistance: a possible competitive advantage // Appl. Microbiol. Biotechnol. 2011. Vol. 92. P. 761-767. doi:10.1007/s00253-011-3494-x
https://doi.org/10.1007/s00253-011-3494-x
22. Outtenb F. W., Huffman D. L., Hale J. A., OHalloran T. V. The independent cue and cus systems confer copper tolerance during aerobic and anaerobic growth in Escherichia coli // J. Biol. Chem. 2001. Vol. 276. N 33. P. 30670-30677. doi:10.1074/jbc.M104122200
https://doi.org/10.1074/jbc.M104122200
23. Van Houdt R., Monchy S., Leys N., Mergeay M. New mobile genetic elements in Cupriavidus metallidurans CH34, their possible roles and occurence in other bacteria // Ant. Van Leeuwenhoek. 2009. Vol. 96. P. 205-226. doi10.1007/s10482-009-9345-4
https://doi.org/10.1007/s10482-009-9345-4
24. Wakeman C. A., Skaar E. P. Metalloregulation of Gram-positive pathogen physiology // Curr. Opin. Microbiol. 2012. Vol. 15. N 2. P.169-174. doi:10.1016/j.mib.2011.11.008
https://doi.org/10.1016/j.mib.2011.11.008
DOI: http://dx.doi.org/10.30970/vlubs.2019.81.12
Посилання
- Поки немає зовнішніх посилань.
