СКРИНІНГ ЧОРНОМОРСЬКИХ СПОРОУТВОРЮВАЛЬНИХ БАКТЕРІЙ ЩОДО ЗДАТНОСТІ ДО БІОДЕГРАДАЦІЇ ПОЛІМЕРНИХ МАТЕРІАЛІВ
DOI:
https://doi.org/10.18524/2307-4663.2024.3(62).316747Ключові слова:
морські спороутворювальні бактерії, Чорне море, полімерні матеріали, біодеградаціяАнотація
Розвиток методів утилізації пластиків потребує пошуку нових мікроорганізмів, здатних до їх біодеградації. Метою роботи був скринінг спороутворювальних бактерій, виділених з донних осадів Чорного моря, щодо здатності до розкладання поліетилентерефталату та Імпранілу. Матеріали і методи. Культивування шістдесяти чорноморських спороутворювальних бактерій здійснювали на агаризованому живильному середовищі LB, у яке додатково вносили Імпраніл (3–4 мл/л) або біс(гідроксиетил)терефталат (БГЕТ) (5 мМ). Здатність культур до розкладання полімерних добавок оцінювали за утворенням навколо колоній прозорої зони після інкубації при 30 ºС та 37 ºС упродовж 14 діб. Результати. З 60 штамів 40 показали позитивний результат. 22 штами були активні щодо обох видів пластику, 13 – тільки щодо Імпранілу, 5 – виключно щодо БГЕТ. 35 штамів з 40 активних належали до семи видів мікроорганізмів. Найбільшу кількість активних штамів виявлено серед культур Bacillus subtilis. Найактивніша культура належала до виду Bacillus reuszeri. Імпраніл дещо активніше розкладався при 30 °С, ніж при 37 °С. Не знайдено чіткої залежності у розкладанні БГЕТ від температури. Висновки. Спороутворювальні бактерії, виділені з Чорного моря, здатні до деградації Імпранілу та БГЕТ. Найбільше ферменти, що викликають деградацію вказаних полімерів, поширені у представників видів Bacillus subtilis, Bacillus atrophaeus та Bacillus reuszeri. Найвищою активністю щодо Імпранілу характеризуються представники виду Bacillus subtilis, щодо БГЕТ– Priestia megaterium, Bacillus reuszeri та Bacillus licheniformis. Імпраніл ефективніше розкладається при 30 ºС, для БГЕТ чіткої залежності швидкості деградації від температури не знайдено.
Посилання
Ivanytsia VO, Shtenikov MD, Ostapchuk AM. Facultatively-anaerobic endosporeforming bacteria of deep water bottom sediments of Black Sea. Microbiology and biotechnology. 2017;4:94–103. https://doi.org/10.18524/2307-4663.2017.4(40).119560 [in Ukranian].
Arena M, Abbate C, Fukushima K, Gennari M. Degradation of poly(lactic acid) and nanocomposites by Bacillus licheniformis. Environ Sci Pollut Res Int. 2011;18(6): 865–870. https://doi.org/10.1007/s11356-011-0443-2
Auta HS, Emenike CU, Fauziah SH. Screening of Bacillus strains isolated from mangrove ecosystems in Peninsular Malaysia for microplastic degradation. Environmental Pollution. 2017;231(2):1552-1559. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2017.09.043
Barclay A, Acharya KR. Engineering Plastic Eating Enzymes Using Structural Biology. Biomolecules. 2023;13:1407. https://doi.org/10.3390/biom13091407
Biffinger JC, Barlow DE, Cockrell AL, Cusick KD, Hervey WJ, Fitzgerald LA, Nadeau LJ, Hung CS, Crookes-Goodson WJ, Russell JrJN. The applicability of Impranil® DLN for gauging the biodegradation of polyurethanes. Polymer Degradation and Stability. 2015;120:178–185. https://doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2015.06.020
Dhaka V, Singh S, An AmG, Naik TSSK, Garg Sh, Samuel J, Kumar M, Ramamurthy PC, Singh J. Occurrence, toxicity and remediation of polyethylene terephthalate plastics. A review. Environ Chem Lett. 2022;20(3):1777–1800. https://doi.org/10.1007/s10311-021-01384-8
Danso D, Chow J, Streit WR. Plastics: Environmental and Biotechnological Perspectives on Microbial Degradation. Applied and Environmental Microbiology. 2019;85(19):85:e01095-19. https://doi.org/10.1128/AEM.01095-19
Aytan Ü, Senturk Y, Esensoy FB. Microbial biofilm on plastics in the southeastern Black Sea. In: Marine Litter in the Black Sea. Turkish Marine Research Foundation (TUDAV): Istanbul, 2020. 268 p.
Jaime SBM, Alves RMV, Bocoli PFJ. Moisture and oxygen barrier properties of glass, PET and HDPE bottles for pharmaceutical products. Journal of Drug Delivery Science and Technology. 2022;71:103330. https://doi.org/10.1016/j.jddst.2022.103330
Kamli MR, Malik A, Sabir JSM, Rather IA, Chang-Bae K. Insights into the biodegradation and heavy metal resistance potential of the genus Brevibacillus through comparative genome analyses. Gene. 2022;846:146853. https://doi.org/10.1016/j.gene.2022.146853
Khairul A NFS, Huyop F, Ur-Rehman G, Abdullah F, Normi YM, Sabullah MK, Abdul Wahab R. An Overview into Polyethylene Terephthalate (PET) Hydrolases and Efforts in Tailoring Enzymes for Improved Plastic Degradation. International Journal of Molecular Sciences. 2022;23(20):12644. https://doi.org/10.3390/ijms232012644
Kim HT, Kim JK, Cha HG, Kang MJ, Lee HS, Khang TU. Biological Valorization of Poly(ethylene terephthalate) monomers for Upcycling Waste PET. ACS Sustainable Chemistry & Engineering. 2019;19396–19406. https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.9b03908
León-Zayas R, Roberts C, Vague M, Mellies JL. Draft Genome Sequences of Five Environmental Bacterial Isolates that Degrade Polyethylene Terephthalate Plastic. MicrobiolResourAnnounc. 2019;8(25):e00237-19. https://doi.org/10.1128/MRA.00237-19
Liu G, Wang J, Wand W, Yu D. A novel PET fabric with durable anti-fouling performance for reusable and efficient oil-water separation. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2019;583(20):123941. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2019.123941
Markandan M, Umamaheswari S, Anuradha S. Bacterial (Bacillus licheniformis) biodegradation of UV exposed PET (poly ethylene terephthalate). International Journal of Recent Scientific Research. 2019;10(8):34310–34315. https://doi.org/10.24327/ijrsr.2019.1008.3866
Meng TK, Mohd Kassim ASB, Bin A, Razak AH, Mohd Fauzi NA. Bacillus megaterium: a Potential and an Efficient Bio-Degrader of Polystyrene. Brazilian Archives of Biology and Technology. 2021;64. https://doi.org/10.1590/1678-4324-2021190321
Nistico R., Polyethylene terephthalate (PET) in the packaging industry. Polymer Testing. 2020;90:106707. https://doi.org/10.1016/j.polymertesting.2020.106707
Oliveira J, Belchior A, da Silva VD, Rotter A, Petrovski Ž, Almeida PL, Lourenço ND, Gaudêncio SP. Marine Environmental Plastic Pollution: Mitigation by Microorganism Degradation and Recycling Valorization. Frontiers in Marine Science. 2020;7(1):1–35. https://doi.org/10.3389/fmars.2020.567126
Qiu L, Yin X, Liu T, Zhang H, Chen G, Wu S. Biodegradation of bis(2-hydroxyethyl) terephthalate by a newly isolated Enterobacter sp. HY1 and characterization of its esterase properties. Journal of Basic Microbiology. 2020;60(8):699–711. https://doi.org/10.1002/jobm.202000053
Ribitsch D, Herrero Acero E, Greimel K, Eiteljoerg I, Trotscha E, Freddi G, Schwab H, Guebitz GM. Characterization of a new cutinase from Thermobifida alba for PET-surface hydrolysis. Biocatalysis and Biotransformation. 2011;30(1):2–9. https://doi.org/10.3109/10242422.2012.644435
Roberts C, Edwards S, Vague M, León-Zayas R, Scheffer H, Chan G, Swartz NA, Mellies JL. Environmental Consortium Containing Pseudomonas and Bacillus Species Synergistically Degrades Polyethylene Terephthalate Plastic. mSphere. 2020;5(6):01151-20. https://doi.org/10.1128/mSphere.01151-20
Sabee MMSM, Ahmad N, Thanh NTU, Hamid ZA. Plastics Packaging for Pharmaceutical Products. In: Reference Module in Materials Science and Materials, Nibong Tebal; Pulau Pinang, 2021;23.
Sadler CJ, Wallace St. Microbial synthesis of vanillin from waste poly(ethylene terephthalate). Green chemistry. 2021;3:4665–4672. https://doi.org/10.1039/d1gc00931
Taniguchi I, Yoshida S, Hiraga K, Miyamoto K, Kimura Y, Oda K. Biodegradation of PET: Current Status and Application Aspects. Catalysis. 2019;9(5):4089–4105. https://doi.org/10.1021/acscatal.8b05171
Weber G, Bornscheuer UT, Wei R. Enzymatic Plastic Degradation. Elsevier Science. 2021;7:145–151. https://doi.org/10.1016/S0076-6879(21)00076-8
Zeng C, Ding F, Zhou J, Dong W, Cui Z, Yan X. Biodegradation of Poly (ethylene terephthalate) by Bacillus safensis YX8. Int J Mol Sci. 2023;24(22):16434. https://doi.org/10.3390/ijms242216434
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2024 О. Ю. Зінченко, Н. С. Чебанов, М. Д. Штеніков
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.
