Studying of the hydrocarbon-oxidizing potential of the Caspian region bacteria associations for creation of preparations for bioremediation
DOI:
https://doi.org/10.26577/EB-2017-4-1308Keywords:
bioremediation, bacterial associationsAbstract
At the present stage of development of the oil-producing and oil-refining industries in Kazakhstan, it is not possible to completely exclude environmental pollution by oil and oil products, which makes it urgent to carry out works aimed to solving this environmental problem. As an effective means of the environment protecting, the biological method of purification has proved itself. Increasingly bioremediation uses aboriginal microorganisms from specific pollution sites, as these cultures are adapted to the prevailing climatic and ecological conditions, which gives a number of advantages to the consortia formed on their basis.
In this work the hydrocarbon-oxidizing potential of native bacteria from Caspian region in Kazakhstan and its associations was studied and the most effective consortia were selected to create preparations for bioremediation.
12 strains of bacteria isolated from water and soil samples collected in the Karazhanbas and Kalamkas fields were demonstrated stable and intensive growth on the medium with oil. In these cultures several characteristics such as oil degradation percentage, emulsification index, cell surface hydrophobicity and antagonistic activity were studied. On the basis of these strains bacterial associations were compiled. The growth potential and hydrocarbon-oxidizing activity under laboratory model experiments were investigated in these associations. The consortia with the greatest degradation capacity were selected: Achromobacter denitrificans skar13 + Rhodococcus fascians skar21, Roseomonas mucosa wkal24 + Stenotrophomonas chelatiphaga wkal49 and Ochrobactrum sp.wkal48 + Sphingobacterium kitahiroshimense wkar54. The association of Achromobacter denitrificans skar13 + Rhodococcus fascians skar21 degraded 73.1 ± 6.9% of oil hydrocarbons, 94.6 ± 8.6% of diesel fuel hydrocarbons, 79.7 ± 6.2% of gasoline hydrocarbons. Complex of Roseomonas mucosa wkal24 + Stenotrophomonas chelatiphaga wkal49 destroyed 96.8 ± 5.7% of oil fractions, 97.8 ± 7.9% of diesel fractions and 86.2 ± 7.3% of gasoline fractions. The consortium of Ochrobactrum sp.wkal48 + Sphingobacterium kitahiroshimense wkar54 reduced the content of petroleum hydrocarbons on 83.5 ± 7.2%, diesel on 88.7 ± 8 and gasoline on 74.3 ± 6.9%.
These bacterial associations are promising as bio destructors of hydrocarbons and can be used in bioremediation of environmental pollution.
References
Gupte A., Sonawdecar S. Study of oil degrading bacteria isolated from oil contaminated sites // International Journal for Research in Applied Science and Engineering Technology. - 2015. - Vol. 3, No. 2. - P. 345-349.
Karaseva E.V., Volchenko N.N., Khudokormov A.A., Samkov A.A., Karasev S.G., Batina E.V., Samkova S.M. Oil-degrading strain Rhodococcus erythropolis B2 as a base of biopreparation used for elimination of hydrocarbon contaminates and soil recultivation // KubNAU research journal. - 2012. - Vol. 83(09).- P. 1-14.
Law R. The use of fluorimetric and other techniques for the in-situ determination of hydrocarbons in the water column // Technical Guideline. - 2014. – No. 5. - P. 1-4.
Olivera N.L., Commendatore M.G., Moran A.C., Esteves J.L. Biosurfactant-enhanced degradation of residual hydrocarbons from ship bilge wastes // Journal of Industrial Microbiology and Biotechnology. - 2003. - No. 25. - P. 70-73.
Rosenberg M., Gutnick D., Rosenberg E. Adherence of bacteria to hydrocarbons: a simple method for measuring cell-surface hydrophobicity // FEMS Microbiology Letters. - 1980. - Vol. 9, No. 1. - P.29-33.
Tsitko I.V., Zaitsev G.M., Lobanok A.G., Salkinoja-Salonen M.S. Effect of aromatic compounds on cellular fatty acid compositing of Rhodococcus opacus // Applied and Environmental Microbiology. - 2003. - Vol.65.- No. 2. - Р. 853-855.
Айткельдиева С.А., Файзуллина Э.Р. Изучение углеводородокисляющей активности микроорганизмов, выделенных из нефтезагрязненных почв Атырауской области (Казахстан) // Материалы II международной научной конференции «Современные проблемы загрязнения почв». - Москва: Изд-во МГУ, 2007. - Т. 2. - С. 252-256.
Андреева И.С., Емельянова И.К., Загребельный С.Н. Психротолерантные штаммы-нефтедеструкторы для биоремедиации почв и водной среды // Биотехнология. – 2006. – № 1. – Р. 46-48.
Бектурова А.Ж., Масалимов Ж.К., Мархаметова Ж.Ж., Еркасов Р.Ш., Оразбаева Р.С., Дарибай А.О. Эмульгирующая активность некоторых углеводородокисляющих микроорганизмов // Вестник КазНУ. Серия биологическая. - 2013. - №3/1 (59). - С.56-58.
Бутаев А.М., Кабыш Н.Ф. О роли углеводородокисляющих микроорганизмов в процессах самоочищения прибрежных вод дагестанского побережья Каспийского моря от нефтяного загрязнения // Вестник Дагестанского научного центра РАН. - 2002. - №11. - С. 15- 19.
Ветрова А.А., Овчинникова А.А., Филонов А.Е., Пунтус И. Ф., Боронин А. М. Деструкция нефти бактериями рода Pseudomonas, содержащими различные плазмиды биодеградации // Известия Тульского государственного университета. Естественные науки. - 2008. - Вып. 2. - С. 186–193.
Волченко H.H., Карасев С.Г., Нимченко Д.В., Карасева Э.В. Гидрофобность клеток как критерий отбора бактерий-продуцентов биосурфактантов // Микробиология. - 2007. - Т. 76. - № 1. - С. 126-128.
Волченко Н.Н. Влияние условий культивирования на поверхностно-активные свойства углеводородокисляющих актинобактерий: автореф. … к. б. н.: 03.00.23. - Ставрополь: Кубанский государственный университет, 2006. – 21 с.
Гаджиев А.А., Шихшабеков М.М., Абдурахманов Г.М., Мунгиев А.А.. Анализ экологического состояния Каспия и проблем воспроизводства рыб. - М.: Наука, 2003. - 424 с.
Гоготов И.Н., Белоножкин С.В., Ходаков Р.С., Шкидченко А.Н. Биосурфактанты: продуценты, свойства и практическое использование // Материалы 3-й Международной конференции «Международное сотрудничество в биотехнологии: ожидания и реальность». – Пущино: Биоресурсы и экология, 2006. – С. 104–111.
Егоров Н.С. Практикум по микробиологии. – М.: Изд-во МГУ, 1976. - С. 56 – 124.
Ибатуллина И.З., Семенова Т.А., Яковлев А.С. Особенности биодеградации нефти в лугово- каштановых почвах Ставропольского края // Почвоведение. - 2012. - №3. - С. 376-384.
Иркитова А.Н., Каган Я.Р., Соколова Г.Г. Сравнительный анализ методов определения антагонистической активности молочнокислых бактерий // Известия Алтайского Государственного университета. – 2012. - № 3-1. – С. 41-44.
Кайырманова Г.К., Мустапаева Ж.О., Ерназарова А.К., Амангаликызы А. Эколого-функциональные свойства аборигенных микроорганизмов нефтепластов // East European Scientific journal. - 2016. - №7. - С. 145-149.
Киреева Н.А., Рафикова Г.Ф. Разнообразие спорообразующих микроорганизмов в условиях нефтяного загрязнения почвы // Тезисы международной конференции «Микроорганизмы и биосфера». – Москва, 2007. – С. 58-59.
Логинова О.О., Данг Т.Т., Белоусова Е.В., Шалимова С.С., Шевченко М.Ю., Грабович М.Ю. Биодеградация нефтепродуктов в почве штаммами микроорганизмов рода Acinetobacter // Организация и регуляция физиолого-биохимических процессов: межрегиональный сборник научных работ. - 2010. - Вып. 12. – С. 129–136.
Мухаматдьярова С.Р. Консорциум углеводородокисляющих микроорганизмов как основа биопрепарата для очистки отходов нефтеперерабатывающей промышленности: афтореф. …к. б. н.: 03.02.03. - Уфа: Уфимский государственный нефтяной технический университет, 2016. - 28 с.
Нетрусов А.И., Егорова М.А., Захарчук Л.М., Колотилова Н.Н. и др. Практикум по микробиологии: учебное пособие для студентов высших учебных заведений. - М.: Академия, 2005. - 608 с.
ПНД Ф 14.1:2:4.128-98. Методика выполнения измерений массовой концентрации нефтепродуктов в пробах природных, питьевых, сточных вод флуориметрическим методом на анализаторе жидкости «Флюорат-02». – Москва, 2007. - 23 с.
Поляк М., Сухаревич В., Сухаревич М. Питательные среды для медицинской и санитарной микробиологии. – СПб.: ЭЛБИ-СПб, 2008. – 352 с.
Файзуллина Э.Р., Ауэзова О.Н., Татаркина Л.Г., Свирко Е.А., Даулетова А.А., Айткельдиева С.А. Нефтеокисляющая активность и идентификация микроорганизмов, выделенных из Каспийского моря // Известия НАН РК. Серия биологическая и медицинская. – 2014. - №3. - С. 25-29.
Федоренко В.Н. Выделение и оценка биотехнологического потенциала микроорганизмов для утилизации нефтяных загрязнений Северных морей: афтореф. дисс….к. б. н.: 03.02.03, 03.01.06. – Москва: Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, 2016. – 27 с.
References
Desai J., Banat I. (1997) [Microbial production of surfactants and their commercial potential]. Microbiol and Molecular Biology Reviews, vol. 61. no. 1, p. 47-64.
Gupte A., Sonawdecar S. (2015) [Study of oil degrading bacteria isolated from oil contaminated sites]. International Journal for Research in Applied Science and Engineering Technology, vol. 3, no. 2, p. 345-349.
Karaseva E.V., Volchenko N.N., Khudokormov A.A., Samkov A.A., Karasev S.G., Batina E.V., Samkova S.M. (2012) [Oil-degrading strain Rhodococcus erythropolis B2 as a base of biopreparation used for elimination of hydrocarbon contaminates and soil recultivation]. KubNAU research journal, vol. 83 (09), p. 1-14.
Law R. (2014) [The use of fluorimetric and other techniques for the in-situ determination of hydrocarbons in the water column]. Technical Guideline, no. 5, p. 1-4.
Olivera N.L., Commendatore M.G., Moran A.C., Esteves J.L. (2003) [Biosurfactant-enhanced degradation of the hydrocarbons from the ship bilge wastes]. Journal of Industrial Microbiology and Biotechnology, no. 25, p. 70-73.
Rosenberg M., Gutnick D., Rosenberg E. (1980) [Adherence of bacteria to hydrocarbons: a simple method for measuring cell-surface hydrophobicity]. FEMS Microbiology Letters, vol. 9, no. 1, p.29-33.
Tsitko I.V., Zaitsev G.M., Lobanok A.G., Salkinoja-Salonen M.S. (2003) [Effect of aromatic compounds on cellular fatty acid composition of Rhodococcus opacus]. Applied and Environmental Microbiology, vol.65, no. 2, p. 853-855.
Aitkeldieva S.A., Faizullina E.R. (2007) Izuchenie uglevodorodokislyayushei aktivnosti mikroorganizmov, videlennikh iz neftezagryaznennikh pochv Atirauskoi oblasti (Kazakhstan) [Study of the hydrocarbon-oxidizing activity of microorganisms isolated from oil-contaminated soils of the Atyrau region (Kazakhstan)]. Proceedings of the II International Scientific Conference "Sovremennie problemi zagryazneniya pochv". Moskva: Izd-vo MGU, is. 2, p. 252-256.
Andreeva I.S., Emelyanova I.K., Zagrebelny S.N. (2006) Psikhrotolerantnye shtammy-neftedestruktory dlya bioremediatsii pochv i vodnoi sredy [Psychrotolerant strains-oil destructors for bioremediation of soils and aquatic environments]. Biotekhnologiya, no. 1, p. 46-48.
Bekturova A.Zh., Masalimov Zh.K., Markhametova Zh.Zh., Erkasov R.Sh., Orazbaeva R.S., Daribai A.O. (2013) Emulgiruyushaya aktivnost nekotorikh uglevodorodokislyayushikh mikroorganizmov [Emulsifying activity of some hydrocarbon-oxidizing microorganisms]. Vestnik KazNU. Biologicheskaya seriya, no. 3/1 (59), p.56-58.
Butaev A.M., Kabysh N.F. (2002) O roli uglevodorodokislyayushikh mikroorganizmov v protsesakh samoochisheniya pribrezhnikh vod dagestanskogo poberezhya Kaspiiskogo morya ot neftyanogo zagryazneniya [About role of hydrocarbon-oxidizing microorganisms in the self-purification processes of coastal waters of the Dagestan coast of the Caspian Sea from oil pollution]. Vestnik Dagestanskogo nauchnogo tsentra RAN, no. 11, p. 15-19.
Vetrova A.A., Ovchinnikova A.A., Filonov A.E., Puntus I.F., Boronin A.M. (2008) Destruktsiya nefti bakteriyami roda Pseudomonas, soderzhashimi razlichnye plazmidy biodegradatsii [Oil destruction with bacteria of the genus Pseudomonas containing various biodegradation plasmids]. Izvestiya Tulskogo gosudarstvennogo universiteta. Estestvennye nauki, is. 2, p. 186-193.
Volchenko N.H., Karasev S.G., Nimchenko D.V., Karaseva E.V. (2007) Gidrofobnost kletok kak kriterii otbora bakterii-produtsentov biosurfaktantov [Hydrophobicity of cells as a criterion for the selection of bacteria-producers of biosurfactants]. Mikrobiologiya, is. 76, no. 1, p. 126-128.
Volchenko N.N. (2006) Vliyanie uslovii kultivirovaniya na poverkhnostno-aktivnye svoistva uglevodorodokislyayushikh aktinobakterii [Influence of cultivation conditions on the surface-active properties of hydrocarbon-oxidizing actinobacteria]. Abstract of the diss. … c.b.s.: 03.00.23, Stavropol: Kubanskii gosudarstvennyi universitet, 21 p.
Gadzhiev A.A., Shikhshabekov M.M., Abdurakhmanov G.M., Mungiev A.A. (2003) Analiz ecologicheskogo sostoyaniya Kaspiya i problemi vosproizvodstva rib [Analysis of the Caspian Sea ecological state and problems of fish reproduction]. Moskva: Nauka, 424 p.
Gogotov I.N., Belonozhkin S.V., Khodakov R.S., Shkidchenko A.N. (2006) Biosurfaktanty: produtsenty, svoistva i prakticheskoe ispolzovanie [Biosurfactants: producers, properties and practical use]. Proceedings of the 3rd International Conference "Mezhdunarodnoe sotrudnichestvo v biotekhnologii: ozhidaniya i realnost", Pushino: Bioresursi i ekologiya, p. 104-111.
Egorov N.S. (1976) Praktikum po mikrobiologii [Workshop on microbiology]. Moskva: Izd-vo MGU, p. 56 - 124.
Ibatullina I.Z., Semenova T.A., Yakovlev A.S. (2012) Osobennosti biodegradatsii nefti v lugovo-kashtanovikh pochvakh Stavropolskogo kraya [Features of oil biodegradation in meadow chestnut soils of the Stavropol Territory]. Pochvovedenie, no. 3, p. 376-384.
Irkitova A.N., Kagan Ya.R., Sokolova G.G. (2012) Sravnitelnyi analiz metodov opredeleniya antagonisticheskoi aktivnosti molochnokislykh bakterii [Comparative analysis of methods for determining the antagonistic activity of lactic acid bacteria). Izvestiya Altaiskogo Gosudarstvennogo universiteta, no. 3-1, p. 41-44.
Kaiyrmanova G.K., Mustapaeva Zh.O., Ernazarova A.K., Amangalikyzy A. (2016) Ekologo-funktsionalnye svoistva aborigennikh mikroorganizmov nefteplastov [Ecological and functional properties of aboriginal microorganisms of oil-layers]. East European Scientific journal, no. 7, p. 145-149.
Kireeva N.A., Rafikova G.F. (2007) Raznoobrazie sporoobrazuyushikh mikroorganizmov v usloviyakh neftyanogo zagryazneniya pochvy [Variety of spore-forming microorganisms in conditions of oil contamination of soil]. Abstracts of the international conference "Mikroorganizmy i biosfera", Moskva, p. 58-59.
Loginova O.O., Dang T.T., Belousova E.V., Shalimova S.S., Shevchenko M.Yu., Grabovich M.Yu. (2010) Biodegradatsiya nefteproduktov v pochve shtammami mikroorganizmov roda Acinetobacter [Biodegradation of oil products in soil with strains of microorganisms of the genus Acinetobacter]. Organizatsiya i regulatsiya fiziologo-biokhimicheskikh protsessov: mezhregionalnyi sbornik nauchnikh rabot, is. 12, p. 129-136.
Mukhamatdyarova S.R. (2016) Konsortsium uglevodorodokislyayushikh mikroorganizmov kak osnova biopreparata dlya ochistki otkhodov neftepererabatyvayushei promyshlennosti [Consortium of hydrocarbon-oxidizing microorganisms as the basis of biological product for the purification of waste from the oil refining industry]. Abstract of the diss. … c.b.s.: 03.02.03, Ufa: Ufimskii gosudarstvennii tekhnicheskii universitet, 28 p.
Netrusov A.I., Egorova M.A., Zakharchuk L.M., Kolotilova N.N. and others. (2005) Praktikum po mikrobiologii: uchebnoe posobie dlya studentov vysshikh uchebnikh zavedenii [Workshop on microbiology: a textbook for students of higher educational institutions]. Moskva: Academiya, 608 p.
Environmental regulatory document of the federal level 14.1: 2: 4.128-98 (2007) Metodika vypolneniya izmerenii massovoi kontsentratsii nefteproduktov v probakh prirodnikh, pityevikh, stochnikh vod fluorimetricheskim metodom na analizatore zhidkosti Flyuorat-02 [Method for performing measurements of mass concentration of oil products in samples of natural, drinking, waste water by fluorimetric method on the Fluorat-02 liquid analyzer]. Moskva, 23 p.
Polyak M., Suharevich V., Suharevich M. (2008) Pitatelnye sredy dlya meditsinskoi i sanitarnoi mikrobiologii [Nutrient media for medical and sanitary microbiology]. - SPb.: ELBI-SPb, 352 p.
Faizullina E.R., Auezova O.N., Tatarkina L.G., Svirko E.A., Dauletova A.A., Aytkeldiyeva S.A. (2014) Nefteokislyayushaya aktivnost i identifikatsiya mikroorganizmov, vydelennykh iz Kaspiiskogo morya [Oil-oxidizing activity and identification of microorganisms isolated from the Caspian Sea]. Izvestiya NAN RK. Seriya biologicheskaya i meditsinskaya, no. 3, p. 25-29.
Fedorenko V.N. (2016) Videlenie i otsenka biotekhnologicheskogo potentsiala mikroorganizmov dlya utilizatsii neftyanikh zagryaznenii Severnikh morei [Isolation and assessment of the biotechnological potential of microorganisms for the utilization of oil pollution in the North Seas]. Abstract of the diss. … c.b.s.: 03.02.03, 03.01.06, Moskva: Moskovskii gosudarstvennii universitet imeni M.V. Lomonosova, 27 p.