THEORETICAL AND PRACTICAL ISSUES OF BIOLOGICAL OXIDATION OF HYDROCARBONS BY MICROORGANISMS
Abstract
The paper deals with the theoretical issues of biological oxidation of oil hydrocarbons from alkanes to polycyclic aromatics. We analyze the mechanisms of biochemical processes of decomposition of oil components and provide an overview of data from common databases. Studies of microbial communities of natural oil seeps in the Uzon caldera are described in detail. It is the first study of ecophysiological characteristics of oil-degrading microorganisms isolated from thermal oil seeps of the caldera.
About the Authors
A. V. Bryanskaya
Institute of Cytology and Genetics SB RAS, Novosibirsk, Russia
Russian Federation
Russian Federation
Yu. E. Uvarova
Institute of Cytology and Genetics SB RAS, Novosibirsk, Russia
Russian Federation
Russian Federation
N. M. Slynko
Institute of Cytology and Genetics SB RAS, Novosibirsk, Russia
Russian Federation
Russian Federation
E. A. Demidov
Institute of Cytology and Genetics SB RAS, Novosibirsk, Russia
Russian Federation
Russian Federation
A. S. Rozanov
Institute of Cytology and Genetics SB RAS, Novosibirsk, Russia
Russian Federation
Russian Federation
S. E. Peltek
Institute of Cytology and Genetics SB RAS, Novosibirsk, Russia
Russian Federation
Russian Federation
References
1. Александров А.Ю. Влияние состава среды и условий культивирования на рост углеводородокисляющих микроорганизмов: дис. ... канд. биол. наук. Волгоград, 2010.
2. Андреева И.С., Емельянова Е. К., Загребельный С. Н. и др. Психротолерантные штаммы-нефтедеструкторы для биоремедиации почв и водной среды // Биотехнология. 2006. № 1. С. 43.
3. Балашова Н.В., Кошелева И.А., Филонов А.Е. и др. Штамм Pseudomonas putida BS3701 – деструктор фенантрена и нафталина // Микробиология. 1997. Т. 66. С. 488–493.
4. Бескровный Н.С., Лебедев Б.А., Главатских С.Ф. Металлы и нефть в гидротермальных растворах кальдеры Узон // Современные минералообразующие растворы. Петропавловск-Камчатский, 1970. С. 21–22.
5. Большаков Г.Ф., Бейко О.А. Химический состав нефтей Западной Сибири. Новосибирск: Наука, 1988. 285 с.
6. Бонч-Осмоловская Е.А. Микробные сообщества глубинных подземных местообитаний Южной Африки и Западной Сибири: биологическое разнообразие и биотехнологический потенциал // Научно-исследовательский отчет по государственному контракту № 11.519.11.2029. М., 2013. 92 с.
7. Борзенков И.А., Милехина Е.И., Готоева М.Т. и др. Свой-ства углеводородокисляющих бактерий, изолированных из нефтяных месторождений Татарстана, Западной Сибири, Вьетнама // Микробиология. 2006. Т. 75. № 1. С. 82–89.
8. Ветрова А.А. Биодеградация углеводородов нефти плазмидосодержащими микроорганизмами-деструкторами: дис. ... канд. биол. наук. М., 2010.
9. Ветрова А.А., Иванова А.А. Филонова А.Е. и др. Биодеструкция нефти отдельными штаммами и принципы составления микробных консорциумов для очистки окружающей среды от углеводородов нефти // Известия ТулГУ. Естеств. науки. 2013. № 2-1. С. 241–257.
10. Градова Н.Б., Горнова И.Б., Эддауди Р., Салина Р.Н. Использование бактерий рода Azotobacter при биоремедиации нефтезагрязненных почв // Прикл. биохим. микробиол. 2003. Т. 39. № 3. С. 318–321.
11. Гумеров В.М. Молекулярный анализ биоразнообразия микроорганизмов термальных источников Камчатки: дис…. канд. биол. наук. М., 2011.
12. Емельянова Е.К. Микроорганизмы природных биоценозов для биоремедиации почв и водных объектов Сибири, загрязненных нефтепродуктами: дис. ... канд. биол. наук, Кольцово, 2009.
13. Заварзин Г.А. Начальные этапы эволюции биосферы // Вестник Российской академии наук. 2010. Т. 80. № 12. С. 1085–1098.
14. Карпов Г.А., Бонч-Осмоловская E.A., Заварзин Г.А., Лупикина Е.Г. К характеристике термофильных микроорганизмов кальдеры Узон (Восточная Камчатка) // Сохранение биоразнообразия Камчатки и прилегающих морей. Петропавловск-Камчатский: Камчатпресс, 2008. № 280. С. 109–112.
15. Карпов Г.А., Мороз Ю.Ф., Николаева А.Г. Геохимия гидротерм и глубинное строение кальдеры Узон // Труды Кроноцкого государственного природного биосферного заповедника. Воронеж, 2013. С. 163.
16. Киреева H.A., Новоселова Е.И., Онегова Т.С. Активность каталазы и дегидрогеназы в почвах, загрязненных нефтью и нефтепродуктами // Агрохимия. 2002. № 8. С. 64–72.
17. Кодина Л.А. Геохимическая диагностика нефтянного загрязнения почвы // Восстановление нефтеза-грязненных почвенных экосистем. М.: Наука, 1988. С. 112–122.
18. Конторович А.Э., Бортникова С.Б., Карпов Г.А. и др. Кальдера вулкана Узон (Камчатка) – уникальная природная лаборатория современного нафтидогенеза // Геология и геофизика. 2011. Т. 52. № 8. С. 986–990.
19. Коршунова И.О., Егорова Д.О. bph-Гены галотолерантных бактерий рода Rhodococcus, контролирующие первый этап окисления бифенила // Биология будущего: традиции и инновации. Екатеринбург, 2010. С. 98.
20. Кошелева И.А., Балашова Н.В., Измалкова Т.Ю. и др. Деградация фенантрена мутантными штаммами – деструкция нафталина // Микробиология. 2000. № 6. С. 783–789.
21. Лобкова Л.Е., Лобков Е.Г. Роль биологических компонентов в экосистемах термальных полей Узона и Долины гейзеров и некоторые аспекты охраны термальных биогеоценозов. // Сохранение биоразнообразия Камчатки и прилегающих морей: Петропавловск-Камчатский: КамчатНИРО, 2003. С. 258–262.
22. Логинов О.Н., Нуртдинова Л.А., Бойко Т.Ф. и др. Оценка эффективности нового биопрепарата «Ленойл» для биоремедиации нефтезагрязненных почв // Биотехнология. 2004. № 1. С. 77–82.
23. Лукин А.Е., Пиковский Ю.И. Новые данные об изотопном составе гидротермальной нефти (кальдера Узон на Камчатке) // Докл. АН. 2004. Т. 398. № 1. С. 90–93.
24. Марданов А.В., Равин Н.В., Бонч-Осмоловская Е.А., Скрябин К.Г. Определение и анализ новых геномов термофильных архей // Генетика микроорганизмов и биотехнология. 2008. Т. 20. С. 62.
25. Марданов А.В., Равин Н.В. Роль геномики в исследовании разнообразия и эволюции архей // Биохимия. 2012. Т. 77. № 8. С. 965–980.
26. Нечаева И.А. Биодеградация углеводородов нефти психротрофными микроорганизмами-деструкторами: дис. ... канд. биол. наук, Пущино, 2009.
27. Нуртдинова Л.А. Исследование процессов ремедиации нефтезагрязненных природных объектов с использованием биопрепарата «Ленойл»: дис. ... канд. биол. наук, Уфа, 2005.
28. Павликова Т.А. Деградация нефти ассоциацией аэробных углеводородокисляющих микроорганизмов в различных типах почв: дис. ... канд. биол. наук. М., 2004.
29. Сафиева Р.З. Физикохимия нефти: физико-химические основы технологии переработки нефти: дис. ... д-ра тех. наук, М., 1998.
30. Слуцкая Э.С., Безсуднова Е.Ю., Марданов А.В. и др. Характеристика новой М42 аминопептидазы из кренархеи Desulfurococcus kamchatkensis // Доклады Академии наук. 2012. Т. 442. С. 551–554.
31. Стабникова Е.В., Селезнева М.В., Рева О.Н. и др. // Прикл. биохим. микробиол. 1995. Т. 31. № 5. С. 534 – 539.
32. Суржко Л.Ф. Очистка природных и сточных вод от нефтезагрязнений иммобилизованными углеводородокисляющими микроорганизмами: дис. ... канд. тех. наук. СПб., 1999.
33. Суржко Л.Ф., Финельштейн З.И. Баскунов Б.П. и др. Утилизация нефти в почве и воде микробными клетками // Микробиология. 1995. Т. 64. № 3. С. 393–398.
34. Таранова Л.В., Жданова Е.Б. Влияние бактерий и дрожжей на биохимическое окисление нефти. // Нефть и газ Западной Сибири: Тез. докл. междунар. научн.-техн. конф. Тюмень, 1996. T. 2. С. 126.
35. Тимергазина И.Ф., Переходова Л.С. К проблеме биологического окисления нефти и нефтепродуктов углеводородокисляющими микроорганизмами // Нефтегазовая геология. Теория и практика. 2012. Т. 7. № 1.
36. Чугунов В.А., Ермоленко З.М., Жиглецова С.К. и др. Разработка и испытания биосорбента «Экосорб» на основе ассоциации нефтеокисляющих бактерий для очистки нефтезагрязненных почв // Прикладная биохимия и микробиология. 2000. Т. 36. № 6. С. 666–671.
37. Baryshnikova L.M., Grishchenkov V.G., Arinbasarov M.U. et al. Biodegradation of oil products by individual degrading strains and their associations in liquid media // Applied Biochemistry Microbiology. 2001. V. 37. No. 5. P. 463–468.
38. Bonch-Osmolovskaya E.A., Kochetkova T.V., Rusanov I.I. et al. Anaerobic transformation of carbon monoxide by microbial communities of Kamchatka hot springs // Extremophiles. 2011. V. 15. Nо. 3. P. 319–325.
39. Cerniglia C.E. Biodegradation of polycyclic aromatic hydrocarbons // Biodegradation. 1992. V. 3. P. 351–368.
40. Connors M.A., Barnsley E.A. Naphthalene plasmid in Pseudomonas // J. Bacteriol. 1982. V. 149. P. 1096.
41. Cooper D.G., Goldenberg B.G. Surface-active agents from. two Bacillus species // Appl. Environ. Microbiol. 1987. V. 53. P. 224–229.
42. Dockyu K., Young-Soo K., Seong-Ki K. et al. Monocyclic aromatic hydrocarbon degradation by Rhodococcus sp. strain DK1 // Applied environmental Microbiology. 2002. No. 7. P. 3270–3278.
43. Dutta T. K., Harayama S. Biodegradation of n-alkylcycloalkanes and n-alkylbenzenes via new pathways in Alcanivorax sp. strain MBIC 4326 // Appl. Envir. Microbiol. 2001. V. 67. No. 4. P. 1970–1974.
44. Feist C.F., Hegeman G.D. Phenol and benszoate metabolism by Pseudomonas putida of tangential pathways // J. Bacteriology. 1969. V. 100. P. 869–877.
45. Hamme J., Ward O. Physical and metabolic interactions of Pseudomonas sp. strain JA5-B45 and Rhodococcus sp. strain F9-D79 during growth on crude oil and effect of a chemical surfactant on them // Appl. Environ. Microbiol. 2001. V. 69. P. 4874–4879.
46. Hanson K.G., Nigam A., Kapadia M., Desai A.J. Bioremediation of crude oil contamination using Acinetobacter sp. A3 // Curr. Microbiol. 1997. V. 35. No. 3. P. 191–193.
47. Kublanov I.V., Perevalova A.A., Slobodkina G.B. et al. Biodiversity of thermophilic prokaryotes with hydrolytic activities in hot springs of Uzon caldera, Kamchatka (Russia) // App. Env. Microbiology. 2009. V. 75. No. 1. P. 286–291.
48. Marchai R., Penet S., Solano-Screna F., Vandecasteele J.P. Gasoline and diesel oil biodegradation // Oil Gas Science Technology. 2003. V. 58. Nо. 4. P. 441–448.
49. Mardanov A.V., Ravin N.V., Svetlitchnyi V.A. et al. Metabolic versatility and indigenous origin of the archaeon Thermococcus sibiricus, isolated from a Siberian oil reservoir, as revealed by genome analysis // Appl. Environ. Microbiol. 2009. V. 75. P. 4580–4588.
50. Margesin R., Labbé D., Schinner F. et al. Characterization of hydrocarbon-degrading microbial populations in contaminated and pristine alpine soils // Appl. Environ. Microbiol. 2003. V. 69. P. 3085–3092.
51. Perevalova A.A., Svetlichny V.A., Kublanov I.V. et al. Desulfurococcus fermentans sp. nov., a novel hyperther-mophilic archaeon from a Kamchatka hot spring, and emended description of the genus Desulfurococcus // International journal systematic evolutionary microbiology. 2005. V. 55. No. 3. P. 995–999.
52. Rahman K.S., Rahman T., Lakshmanaperumalsamy P., Banat I.M. Occurrence of crude oil degrading bacteria in gasoline and diesel station soils // J. Basic Microbiol. 2002. V. 42. No. 4. P. 284–291.
53. Slepova T.V., Sokolova T.G., Lysenko A.M. et al. Carboxydocella sporoproducens sp. nov., a novel anaerobic COutilizing/ H2-producing thermophilic bacterium from a Kamchatka hot spring // Inter. J. Systematic Evolutionary Microbiology. 2006. V. 56. No. 4. P. 797–800.
54. Varfolomeev S.D., Karpov G.A., Synal H.-A. et al. The youngest natural oil on earth // Doklady Chemistry. MAIK Nauka/Interperiodica. 2011. V. 438. No. 1. P. 144–147.
Review
Views:
1132
Email this article 