БІОСУРФАКТАНТИ МОРСЬКИХ МІКРООРГАНІЗМІВ: І. СТРУКТУРА ТА ФУНКЦІЇ
DOI:
https://doi.org/10.18524/2307-4663.2021.3(53).242877Ключові слова:
морські мікроорганізми, Біо-ПАР, гліколіпіди, фосфоліпіди, жирні кислоти, ліпопептиди, ліпопротеїди, гетерополіцукри, ліпополіцукридиАнотація
Морські мікроорганізми мають унікальні метаболічні та фізіологічні особливості і є важливим джерелом нових біомолекул, зокрема, таких як поверхнево-активні речовини (Біо-ПАР). Низькомолекулярні біосурфактанти представлені гліколіпідами, фосфоліпідами, жирними кислотами, ліпопептидами та ліпопротеїдами, а високомолекулярні – сумішами гетерополіцукридів, ліпополіцукридів, ліпопротеїдів та білків. Основні роди бактерій, які виробляють Біо-ПАР це Pseudomonas, Bacillus, Acinetobacter, Antarctobacter, Rhodococcus, Halomonas, Alcanivorax, Pseudoalteromonas та Marinobacter. У огляді розглядаються структура та функції Біо-ПАР, виділених з морських мікроорганізмів.
Посилання
Abraham WR, Meyer H, Yakimov M. Novel glycine containing glucolipids from the alkane using bacterium Alcanivorax borkumensis. Biochim Biophys Acta. 1998;1393(1):57–62.
Abraham W-R, Yakimov MM, Golyshin, PN et al. Alcanivorax borkurnensis gen. now, sp. nov., a new, hydrocarbon-degrading and surfactant-producing marine bacterium. Int J Syst Bacteriol. 1998;48(2):339–348.
Adamczak M, Bednarski W. Influence of medium composition and eration on the synthesis of biosurfactants produced by Candida Antarctica. Biotechnol Lett. 2000;22 (4):313–316.
Amjres H, Béjar V, Quesada E et al. Characterization of haloglycan, an exopolysaccharide produced by Halomonas stenophila HK30. Int J Biol Macromol. 2015;72 (1):117–124.
Banat IM, Makkar RS, Cameotra SS. Potential commercial applications of microbial surfactants. Appl Microbiol Biotechnol. 2000;53(5):495–508.
Banat IM. Biosurfactants production and possible uses in microbial enhanced oil recovery and oil pollution remediation: a review. Bioresour Technol. 1995; 51(1):1–12.
Banat IM. The isolation of a thermophilic biosurfactant producing Bacillus sp. Biotechnol Lett. 1993;15(4):591–594.
Bhatnagar I, Kim SK. Immense essence of excellence: Marine microbial bioactive compounds. Mar Drugs. 2010;8(10):2673–2701.
Bollinger A, Thies S, Katzke N, Jaeger KE. The biotechnological potential of marine bacteria in the novel lineage of Pseudomonas pertucinogena. Microb Biotechnol. 2020;13(1):19–31.
Cai Q, Zhang B, Chen B et al. Screening of biosurfactant producers from petroleum hydrocarbon contaminated sources in cold marine environments. Mar Pollut Bull. 2014;86(1-2):402– 410.
Campos JM, Montenegro Stamford TL, Sarubbo LA et al. Microbial biosurfactants as additives for food industries. Biotechnol Prog. 2013;29(5):1097–1108.
Caruso C, Rizzo C, Mangano S et al. Isolation, characterization and optimization of EPSs produced by a cold-adapted Marinobacter isolate from Antarctic seawater. Antarctic Sci. 2019;31(1):69–79.
Carvalho CC, Fernandes P. Production of metabolites as bacterial responses to the marine envi-ronment. Mar Drugs. 2010;8(3):705–727.
Chandankere R, Yao J, Cai M et al. Properties and characterization of biosurfactant in crude oil biodegradation by bacterium Bacillus methylotrophicus USTBa. Fuel. 2014;122(1):140–148.
Chen WC, Juang RS, Wei YH. Applications of a lipopeptide biosurfactant, surfactin, produced by microorganisms. Biochem Eng J. 2015;103(1):158–169.
Chikkanna A, Ghosh D, Kishore A. Expression and characterization of a potential exopolysaccharide from a newly isolated halophilic thermotolerant bacteria Halomonas nitroreducens strain WB1. Peer J. 2018;e4684.
Chong H, Li Q. Microbial production of rhamnolipids: opportunities, challenges and strategies. Microb Cell Fact. 2017;16.(1):137.
Coronel-León J, Marqués AM, Bastida J, Manresa A. Optimizing the production of the biosurfactant lichenysin and its application in biofilm control. J Appl Microbiol. 2016;120(1):99–111.
De Bruijn I, Raaijmakers JM. Diversity and functional analysis of LuxR-type transcriptional regulators of cyclic lipopeptide biosynthesis in Pseudomonas fluorescens. Appl Environ Microbiol. 2009;75(14):4753–4761.
Edwards KR, Lepo JE, Lewis MA. Toxicity comparison of biosurfactants and synthetic surfactants used in oil spill remediation to two estuarine species. Mar Pollut Bull. 2003;46(10):1309–1316.
Finnerty WR. The genus Rhodococcus identification and classification. Ann Rev Microbiol. 1992;46 (1):193–218.
Fracchia L, Cavallo M, Martinotti MG, Banat IM. Biosurfactants and bioemulsifiers biomedical and related applications: Present status and future potentials/ In Biomedical Science, Engineer-ing and Technology
Ghista, D.N., Eds InTech: Rijeka, Croatia, 2012:325–370.
Funston SJ, Tsaousi K, Rudden M et al. Сharacterising rhamnolipid production in Burkholderia thailandensis E264, a non-pathogenic producer. Appl Microbiol Biotechnol. 2016;100:7945–7956.
Gudiña EJ, Rangarajan V, Sen R, Rodrigues LR. Potential therapeutic applications of biosurfactants. Trends Pharmacol. Sci. 2013;34(12):667–675.
Gutiérrez T, Mulloy B, Black K, Green DH. Glycoprotein emulsifiers from two marine Halomonas species: Chemical and physical characterization. J Appl Microbiol. 2007;103(5):1716–1727.
Gutierrez T, Singleton DR, Berry D et al. Hydrocarbon-degrading bacteria enriched by the deepwater horizon oil spill identified by cultivation and DNA-SIP. ISME J. 2013;7(11):2091–2104.
Hamed SB, Smii L, Ghram A, Maaroufi A. Screening of potential biosurfactant-producing bacteria isolated from seawater biofilm. Afr J Biotechnol. 2012;11(77):14153–14158.
Harayama S, Kasai Y, Hara A. Microbial communities in oil-contaminated seawater. Curr Opin Biotechnol. 2004;15(3):205–214.
Hassanshahian M, Emtiazi G, Cappello S. Isolation and characterization of crude-oil-degrading bacteria from the Persian Gulf and the Caspian Sea. Mar Pollut Bull. 2012;64 (1):7–12.
Holmström C, Kjelleberg S. Marine Pseudoalteromonas species are associated with higher organisms and produce biologically active extracellular agents. FEMS Microbiol Ecol. 1999;30(4):285–293.
Ibacache-Quiroga C, Ojeda J, Espinoza-Vergara G. The hydrocarbon-degrading marine bacterium Cobetia sp. strain MM1IDA2H-1 produces a biosurfactant that interferes with quorum sensing of fish pathogens by signal hijacking. Microb Biotechnol. 2013;6(4):394–405.
Inès M, Dhouha G. Lipopeptide surfactants: production, recovery and pore forming capacity. Peptides..2015;71(1):100–112.
Jones DM, Head IM, Gray ND et al. Crude-oil biodegradation via methanogenesis in subsurface petroleum reservoirs. Nature. 2008;451(7175):176–180.
Kang Y, Li P, Zeng X et al. Biosynthesis, structure and antioxidant activities of xanthan gum from Xanthomonas campestris with additional furfural. Carbohydr Polym. 2019;216(4):369–375.
Kaplan N, Rosenberg E, Jann B, Jann K. Structural studies of the capsular polysaccharide of Acinetobacter calcoaceticus BD4. Europ J Biochem. 1985;152(2):453–458.
Labrenz M, Collins MD, Lawson PA et al. Antarctobacter heliothermus gen. nov., sp. nov., a budding bacterium from hypersaline and heliothermal Ekho Lak. Int J Syst Bacteriol. 1998;48(4):1363-1372.
Li H, Jiao X, Sun Y et al. The preparation and characterization of a novel sphingan WL from marine Sphingomonas sp. WG. Sci Rep. 2016;6(37899):1–9.
Makkar RS, Rockne KJ. Comparison of synthetic surfactants and biosurfactants in enhancing biodegradation of polycyclic aromatic hydrocarbons. Environ Toxicol Chem. 2003;22(10):2280–2292.
Marchant R, Banat IM. Microbial biosurfactants: Challenges and opportunities for future ex-ploitation. Trends Biotechnol. 2012;30(11):558–565.
Mulligan CN. Environmental applications for biosurfactants. Environ Pollut. 2005;133(2):183–198.
Mulligan CN. Recent advances in the environmental applicationsof biosurfactants. Curr Opin Colloid Interface Sci. 2009;14 (5):372–378.
Navon-Venezia S, Zosim Z, Gottlieb A et al. Alasan, a new bioemulsifier from Acinetobacter radioresistens. Appl Environ Microbiol. 1995;61(21):32403244.
Nichols CM, Lardière SG, Bowman JP et al. Chemical characterization of exopolysaccharides from Antarctic marine bacteria. Microb Ecol. 2005;49(4):578–589.
Nicolaus B, Kambourova M, Oner ET. Exopolysaccharides from extremophiles: from fundamentals to biotechnology Environ Technol. 2010;31(10):1145–1158.
Niu Y, Wu J, Wang W, Chen Q. Production and characterization of a new glycolipid, mannosylerythritol lipid, from waste cooking oil biotransformation by Pseudozyma aphidis ZJUDM34. Food Sci Nutrit. 2019;7(3):937–948.
Nuñez R, Garateix A, Laguna A et al. Caribbean marine biodiversity as a source of new compounds of biomedical interest and other
industrial applications. Pharmacology online. 2006;3(1):111–119.
Parthipan P, Preetham E, Machuca LL. et al. Biosurfactant and degradative enzymes mediated crude oil degradation by bacterium Bacillus subtilis A1. Front Microbiol. 2017;8(1):193.
Peng F, Liu Z, Wang L, Shao Z. An oil-degrading bacterium: Rhodococcus erythropolis strain 3C-9 and its biosurfactants. J Appl Microbiol. 2007;102(6):1603–1611.
Poli A, Moriello VS, Esposito E et al. Exopolysaccharide production by a new Halomonas strain CRSS isolated from saline lake Cape Russell in Antarctica growing on complex and de-fined media. Biotechnol Lett. 2004;26(21):16351638.
Poremba K, Gunkel W, Lang S, Wagner F. Marine biosurfactants, III. Toxicity testing with ma-rine microorganisms and comparison with synthetic detergents. Z Naturforsch. 1991;46:210–216.
Poremba K, Gunkel W, Lang S, Wagner F. Toxicity testing of synthetic and biogenic surfactants on marine microorganisms. Environ Toxicol Water Qual. 1991;6(2):157–163.
Qiao N, Shao Z. Isolation and characterization of a novel biosurfactant produced by hydrocarbon-degrading bacterium Alcanivorax dieselolei B-5. J Appl Microbiol. 2010;108(4):1207–1216.
Ramaprasad EVV, Mahidhara G, Sasikala Ch, Ramana ChV. Rhodococcus electrodiphilus sp. nov., a marine electro active actinobacterium isolated from coral reef. Int J Sys. Evol Microbiol. 2018;68(8):2644–2649.
Ramiah N. Facets and opportunities/ In: Marine Microbiology Eds National Institute of Oceanography: Goa, India, 2005:1–6.
Satpute SK, Banat IM, Dhakephalkar PK et al. Biosurfactants, bioemulsifiers and exopolysaccharides from marine microorganisms. Biotechnol Adv 2010; 28(4):436–450.
Satpute SK, Banpurkar AG, Dhakephalkar PK et al. Methods for investigating biosurfactants and bioemulsifiers: a review. Crit Rev Biotechnol. 2010;30(1): 127–144.
Schneiker S, Martins dos Santos V et al. Genome sequence of the ubiquitous hydrocarbondegrading marine bacterium Alcanivorax borkumensis. Nat Biotechnol. 2006;24(8):997–1004.
Shahaliyan F, Safahieh A, Abyar H. Evaluation of emulsification index in marine bacteria Pseudomonas sp. and Bacillus sp. Arab J Sci Eng. 2015;40 (7):1849–1854.
Shekhar S, Sundaramanickam A, Balasubramanian T. Biosurfactant producing microbes and their potential applications: A review. Crit Rev Environ Sci Technol. 2015;45(14):1522–1554.
Stein JL, Marsh TL, Wu KY. et al. Characterization of uncultivated prokaryotes. Isolation and analysis of a 40-kilobase-pair genome fragment from a planktonic marine archaeon. J Bacteriol. 1996;178(3):591–599.
Toren A, Navon-Venezia S, Ron EZ, Rosenberg E. Emulsifying activities of purified alasan proteins from Acinetobacter radioresistens KA53. Appl Environ Microbiol. 2001;67(3):1102–1106.
Tripathi L, Twigg MS, Zompra A et al. Biosynthesis of rhamnolipid by a Marinobacter species expands the paradigm of biosurfactant synthesis to a new genus of the marine microflora. Mi-crob Cell Fact. 2019;18(1):1–12.
Twigg MS, Tripathi L, Zompra A et al. Identification and characterisation of short chain rhamnolipid production in a previously uninvestigated, non-pathogenic marine pseudomonad. Appl Microbiol Biotechnol. 2018;102(19):8537–8549.
Uzoigwe C, Burgess JG, Ennis CJ, Rahman P. KSM. Bioemulsifiers are not biosurfactants and require different screening approaches. Front Microbiol. 2015;6:245.
Van Bogaert INA, Saerens K, De Muynck C et al. Microbial production and application of sophorolipids. Appl Microbiol Biotechnol. 2007;76(1):23–34.
VanFossen AL, Lewis DL, Nichols JD, Kelly RM. Polysaccharide degradation and synthesis by extremely thermophilic anaerobes. Ann NY Acad Sci. 2008;1125 (3):322–337.
Vanittanakom N, Loeffler W, Koch U, Jung G. Fengycin-a novel antifungal lipopeptide antibi-otic produced by Bacillus subtilis F-29-3. J Antibiot. 1986;39(3):888–901.
Xia WJ, Luo ZB, Dong HP, Yu L. Studies of biosurfactant for microbial enhanced oil recovery by using bacteria isolated from the formation water of a petroleum reservoir. Pet Sci Technol. 2013;31(21):2311–2317.
Yan X, Sims J, Wang B, Hamann MT. Marine actinomycete Streptomyces sp. ISP2–49E, a new source of rhamnolipid. Biochem Syst Ecol. 2014;55:292–295.
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2021 Б. М. Галкін, М. О. Фіногенова, А. С. Семенець, М. Б. Галкін, Т. О. Філіпова
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
Автор передає журналу (університету) на безоплатній основі невиключні права на використання статті (на весь строк дії авторського права починаючи з моменту публікації, розміщення статті на веб-сторінці журналу, в репозитарії відкритого доступу) без одержання прибутку; на відтворення статті чи її частин в електронній формі (включаючи цифрову); виготовлення ії електронних копій для постійного архівного зберігання; виготовлення електронних копій статті для некомерційного розповсюдження; внесення статті до бази даних репозитарію; надання електронних копій статті в доступі мережі інтернет.
Автор гарантує, що у статті не використовувалися статті або авторські права, які належать третім особам; гарантує, що на момент розміщення статті на веб-сторінці, в репозитарії ОНУ лише йому належать виключні майнові права на статтю, що розміщується; майнові права на статтю ні повністю, ні в частині нікому не передано (не відчуджено), майнові права на статтю ні повністю, ні в частині не є предметом застави, судового спору або претензій з боку третіх осіб.
Автор зберігає за собою право використовувати самостійно чи передавати права на використання статті третім особам.
Автор надає журналу право на використання статті такими способами:
переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати її за погодженням з автором; перекладати статтю у випадку, коли стаття викладена мовою іншою, ніж мова, якою передбачена публікація у виданні. Якщо журнал виявить бажання використовувати статтю іншими способами: перекладати, розміщувати повністю або частково у мережі інтернет, публікувати статтю в інших, в тому числі іноземних виданнях, включати статтю як складову частину до інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, умови оформлюються додатковою угодою.
Автор підтверджує, що він є автором (співавтором) цієї статті; авторські права на дану статтю не передані іншому видавцю; дана стаття не була раніше опублікована у будь-якому іншому виданні до публікації її журналом.
Публікація праць в Журналі здійснюється на некомерційній основі. Комісійна плата за оформлення статті не стягується.
