Выделение, идентификация и характеристика микромицета Penicillium chrysogenum SR–1.3 с альгицидной активностью

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Новый штамм микромицета SR–1.3, обладающий альгицидными свойствами, выделен из воды оз. Сестрорецкий разлив в период активной вегетации цианобактерий. По совокупности морфолого-культуральных характеристик и результатов секвенирования ITS региона ДНК штамм SR–1.3 идентифицирован как Penicillium chrysogenum. Штамм SR–1.3 проявлял альгицидную активность по отношению к цианобактериям и зеленым водорослям. Отмечен дозозависимый и видоспецифичный характер альгицидного действия штамма P. chrysogenum SR–1.3. Наибольшую чувствительность к воздействию штамма SR–1.3 проявили цианобактерии. При содержании в среде 10% объема культуральной жидкости или фильтрата штамма микромицета отмечен 100%-ный лизис цианобактерий. Альгицидный эффект штамма SR–1.3 в отношении зеленых водорослей достигал 30–70% в зависимости от культуры. По уровню чувствительности к альгицидному воздействию SR–1.3 тест-объекты можно расположить в ряд Planktothrix agardhii > Microcystis aeruginosa > Aphanizomenon flos-aquae = Anabaena cylindrica > Scenedesmus quadricauda > Oocystis parva. Ингибирующее действие мицелия штамма SR–1.3 на рост цианобактерий и зеленых водорослей не превышало 3–6%. На основании полученных результатов сделан вывод о непрямом механизме альгицидного действия P. chrysogenum SR–1.3 путем экскреции в среду метаболитов, ингибирующих и/или лизирующих клетки цианобактерий и зеленых водорослей. При культивировании токсигенных штаммов Microcystis aeruginosa и Planktothrix agardhii на среде, содержащей экзометаболиты штамма SR–1.3, концентрации микроцистинов в среде снижались по сравнению с контрольными вариантами в 3.3 и 1.8 раза соответственно. Выявлено свойство Penicillium chrysogenum SR–1.3 удалять из среды культивирования высокотоксичный микроцистин-LR. Установлено снижение содержания MC-LR с 1.2 мкг/мл до 0.79 за 48 ч в процессе культивирования штамма SR–1.3 на среде с микроцистином.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Н. Г. Медведева

Санкт-Петербургский Федеральный исследовательский центр Российской академии наук, Санкт-Петербургский научно-исследовательский центр экологической безопасности Российской академии наук

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

Т. Б. Зайцева

Санкт-Петербургский Федеральный исследовательский центр Российской академии наук, Санкт-Петербургский научно-исследовательский центр экологической безопасности Российской академии наук

Email: ngmedvedeva@gmail.com
Россия, Санкт-Петербург

И. Л. Кузикова

Санкт-Петербургский Федеральный исследовательский центр Российской академии наук, Санкт-Петербургский научно-исследовательский центр экологической безопасности Российской академии наук

Email: ngmedvedeva@gmail.com
Россия, Санкт-Петербург

О. Г. Тимофеева

Санкт-Петербургский Федеральный исследовательский центр Российской академии наук, Санкт-Петербургский научно-исследовательский центр экологической безопасности Российской академии наук

Email: ngmedvedeva@gmail.com
Россия, Санкт-Петербург

И. С. Чернов

Санкт-Петербургский Федеральный исследовательский центр Российской академии наук, Санкт-Петербургский научно-исследовательский центр экологической безопасности Российской академии наук

Email: ngmedvedeva@gmail.com
Россия, Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Воякина Е.Ю., Русских Я.В., Чернова Е.Н., Жаковская З.А. 2020. Токсичные цианобактерии и их метаболиты в водоемах Северо-Запада России // Теоретическая и прикладная экология. Т. 1. С. 124.
  2. Зайцева Т.Б., Медведева Н.Г. 2022. Влияние биогенных элементов на рост нитчатых цианобактерий — возбудителей “цветения” воды — и синтез ими метаболитов // Биология внутр. вод. № 3. С. 290. https://doi.org/10.31857/S0320965222030196
  3. Медведева Н.Г., Зайцева Т.Б., Кузикова И.Л., Чернова Е.Н. 2023. Биодеструкция микроцистина–LR автохтонной микробиотой разнотипных водных объектов Северо-Запада России // Изв. РАН. Серия биол. № 3. С. 687. https://doi.org/10.31857/S1026347022600820
  4. Chernova E., Russkikh I., Voyakina E., Zhakovskaya Z. 2016. Occurrence of microcystins and anatoxin-a in eutrophic lakes of Saint Petersburg, Northwestern Russia // Oceanol. Hydrobiol. V. 45. № 4. https://doi.org/10.1515/ohs-2016-0040
  5. Chorus I., Bartram J. 1999. Toxic cyanobacteria: a guide to their public health consequences monitoring and management. London: CRC Press.
  6. Christoffersen K., Lyck S., Winding A. 2002. Microbial activity and bacterial community structure during degradation of microcystins // Aquat. Microb. Ecol. V. 27. № 2. P. 125. https://doi.org/10.3354/ame027125
  7. Cyanobacterial toxins: microcystins. 2020. Background document for development of WHO Guidelines for drinking-water quality and Guidelines for safe recreational water environments. Geneva: World Health Organization 2020 (WHO/HEP/ECH/WSH/2020.6). Licence: CC BY-NCSA 3.0 IGO.
  8. Dai W., Chen X., Wang X. et al. 2018. The Algicidal fungus Trametes versicolor F21a eliminating blue algae via genes encoding degradation enzymes and metabolic pathways revealed by transcriptomic analysis // Front Microbiol. V. 9. P. 826. https://doi.org/10.3389/fmicb.2018.00826
  9. Dziga D., Maksylewicz A., Maroszek M. et al. 2017. The biodegradation of microcystins in temperate freshwater bodies with previous cyanobacterial history // Ecotoxicol. Environ. Saf. V. 145. P. 420. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2017.07.046
  10. Esterhuizen-Londt M., Hertel S., Pflugmacher S. 2017. 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. V. 39. № 10. P. 1537. https://doi.org/10.1007/s10529-017-2378-2
  11. Jeffrey S.W., Humprhråy G.E. 1975. New spectrophotometric equations for determining chlorophylls a, b, c1 and c2 in higher plants, algae and natural phytoplankton // Biochim. and Physiol. Pflanz. Bd. V. 167. № 2. P. 191. https://doi.org/10.1016/s0015-3796(17)30778-3
  12. Jia Y., Du, J., Song F. et al. 2012. A fungus capable of degrading microcystin-LR in the algal culture of Microcystis aeruginosa PCC7806 // Appl. Biochem. Biotechnol. V. 166. № 4. P. 987. https://doi.org/10.1007/s12010-011-9486-6
  13. Jia Y., Han G., Wang C. et al. 2010. The efficacy and mechanisms of fungal suppression of freshwater harmful algal bloom species // J. Hazard. Mater. V. 183. № 1–3. P. 176. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2010.07.009
  14. Jia Y., Wang C., Zhao G. et al. 2011. The possibility of using cyanobacterial bloom materials as a medium for white rot fungi // Lett. Appl. Microbiol. V. 54. № 2. P. 96. https://doi.org/10.1111/j.1472-765x.2011.03178.x
  15. Han G., Feng X., Jia Y. et al. 2011. Isolation and evaluation of terrestrial fungi with algicidal ability from Zijin Mountain, Nanjing, China // J. Microbiol. V. 49. № 4. P. 562. https://doi.org/10.1007/s12275-011-0496-4
  16. Han G., Ma H., Ren S. et al. 2020. Insights into the mechanism of cyanobacteria removal by the algicidal fungi Bjerkandera adusta and Trametes versicolor // Microbiol. Open. https://doi.org/10.1002/mbo3.1042
  17. Han S., Zhou Q., Lilje O. et al. 2021. Inhibition mechanism of Penicillium chrysogenum on Microcystis aeruginosa in aquaculture water // J. Clean. Prod. V. 299. Article 126829. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.126829
  18. Kong Y., Wang Y., Miao L. et al. 2022. Recent Advances in the Research on the Anticyanobacterial Effects and Biodegradation Mechanisms of Microcystis aeruginosa with Microorganisms // Microorganisms. V. 10. Article 1136. https://doi.org/10.3390/microorganisms10061136
  19. Koreivienė J., Belous O., Kasperovičienė J. 2013. Variations of microcystins in freshwater ecosystems // Bot. Lith. V. 19(2). P. 139. https://doi.org/10.2478/botlit-2013-0017
  20. Kumar S., Stecher G., Li M. et al. 2018. MEGA X: Molecular evolutionary genetics analysis across computing platforms // Mol. Biol. Evol. V. 35. № 6. P. 1547. https:///
  21. Kuzikova I., Safronova V., Zaytseva T., Medvedeva N. 2017. Fate and effects of nonylphenol in the filamentous fungus Penicillium expansum isolated from the bottom sediments of the Gulf of Finland // J. Mar. Syst. V. 171. P. 111 https://doi.org/10.1016/j.jmarsys.2016.06.003
  22. Kuzikova I., Zaytseva T., Chernova E. et al. 2023. Algicidal activity and microcystin-LR destruction by a novel strain Penicillium sp. GF3 isolated from the Gulf of Finland (Baltic Sea) // Toxins. V. 15. P. 607. https://doi.org/10.3390/ toxins15100607
  23. Lezcano M.Á., Quesada A., El-Shehawy R. 2018. Seasonal dynamics of microcystin-degrading bacteria and toxic cyanobacterial blooms: interaction and influence of abiotic factors // Harmful Algae. V. 71. P. 19. https://doi.org/10.1016/j.hal.2017.11.002
  24. Li J., Li R., Li J. 2017. Current research scenario for microcystins biodegradation — a review on fundamental knowledge, application prospects and challenges // Sci. Total Environ. V. 595. P. 615. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2017.03.285
  25. Massey I.Y., Yang F.A. 2020. Mini review on microcystins and bacterial degradation // Toxins. V. 12(4). P. 268. https://doi.org/10.3390/toxins12040268
  26. Medvedeva N.G., Kuzikova I.L. 2021. Microcystin-LR degradation by indigenous bacterial community of Rybinsk reservoir // IOP Conference Ser. “Earth and Environmental Science”. V. 834. № 1. Article 012066. https://doi.org/10.1088/1755-1315/834/1/012066
  27. Mohamed Z.A., Alamri S., Hashem M., Mostafa Y. 2020. Growth inhibition of Microcystis aeruginosa and adsorption of microcystin toxin by the yeast Aureobasidium pullulans, with no effect on microalgae // Environ. Sci. Pollut. Res. https://doi.org/10.1007/s11356-020-09902-x
  28. Mohamed Z.A., Hashem M., Alamri S.A. 2014. Growth inhibition of the cyanobacterium Microcystis aeruginosa and degradation of its microcystin toxins by the fungus Trichoderma citrinoviride // Toxicon. V. 86. P. 51. https://doi.org/10.1016/j.toxicon.2014.05.008
  29. Mohamed Z.A., Hashem M., Alamri S. et al. 2021. Fungal biodegradation and removal of cyanobacteria and microcystins: potential applications and research needs // Environ. Sci. Pollut. Res. V. 28. № 28. P. 37041. https://doi.org/10.1007/s11356-021-14623-w
  30. Rastogi R.P., Sinha R.P., Incharoensakdi A. 2014. The cyanotoxin-microcystins: current overview // Rev. Environ. Sci. Biotechnol. V. 13. P. 215. https://doi.org/10.1007/s11157-014-9334-6
  31. Redhead K., Wright S.J. 1978. Isolation and properties of fungi that lyse blue-green algae // Appl. Environ. Microbiol. V. 35. № 35. P. 962. https://doi.org/10.1128/AEM.35.5.962-969.1978
  32. Sutton D.A., Fothergill A.W., Rinaldi M.G. 1998. Guide to clinically significant fungi. Baltimore: Williams & Wilkins.
  33. Wang Q., Su M., Zhu W. et al. 2010. Growth inhibition of Microcystis aeruginosa by white-rot fungus Lopharia spadicea // Water Sci. Technol. V. 62. № 2. P. 317. https://doi.org/10.2166/wst.2010.214
  34. Zeng G., Gao P., Wang J. et al. 2020. Algicidal Molecular Mechanism and Toxicological Degradation of Microcystis aeruginosa by White-Rot Fungi // Toxins. V. 12(6). P. 406. https://doi.org/10.3390/toxins12060406
  35. Zeng G., Wang P., Wang Y. 2015. Algicidal efficiency and mechanism of Phanerochaete chrysosporium against harmful algal bloom species // Algal Res. V. 12. P. 182. https://doi.org/10.1016/j.algal.2015.08.019
  36. Zhang Y., Xie H.F. 2012. Study on biodegradation of microcystin-LR by white-rot fungus S. commune // Environ. Pollut. Control J. V. 34. P. 56.
  37. Zhou C., Chen H., Zhao H., Wan Q. 2021. Microcystin biosynthesis and toxic effects // Algal. Res. V. 55. Article 102277. https://doi.org/10.1016/j.algal.2021.102277

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Филогенетическое дерево для штамма Penicillium chrysogenum SR–1.3, построенное на основе последовательностей ITS-региона с использованием метода Maximum Likelihood.

Скачать (495KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Альгицидный эффект штамма SR–1.3 в отношении тест-культур после 48 ч культивирования. Здесь и на рис. 3, 1 – Microcystis aeruginosa; 2 – Planktothrix agardhii; 3 – Aphanizomenоn flos-aquae; 4 – Anabaena cylindrica; 5 – Oocystis parva; 6 – Scenedesmus quadricauda. Здесь и далее результаты представлены как M ± SD трех независимых биологических повторностей.

Скачать (89KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Влияние фильтрата штамма SR–1.3 (0.5; 1.0; 5.0 и 10.0% объема) на тест-культуры (1–6) после 96 ч культивирования.

Скачать (78KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Влияние фильтрата штамма SR–1.3 на рост тест-культур: а — Microcystis aeruginosa; б — Planktothrix agardhii; в — Aphanizomenоn flos-aquae; г — Anabaena cylindrica; д — Oocystis parva; е — Scenedesmus quadricauda. 1 – Контроль 1; 2 – Контроль 2; 3 – 0.5% объема; 4 – 1.0%; 5 – 5.0%; 6 – 10.0%.

Скачать (401KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Влияние фильтрата штамма SR–1.3 на содержание микроцистинов, нг/мл (ось ординат) в средах культивирования Microcystis aeruginosa 973 (а) и Planktothrix agardhii 1113 (б). 1 – MC-LR, 2 – dm-MC-LR, 3 – dm-MC-RR.

Скачать (137KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Изменение концентрации MC-LR в среде культивирования Penicillum chrysogenum SR–1.3. 1 – абиотический контроль; 2 – мицелий штамма SR–1.3; 3 – рост штамма SR–1.3 на среде Чапека; 4 – рост штамма SR–1.3 на среде Чапека с 1.2 мкг/мл MC-LR.

Скачать (102KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024