2024 Трансформация экосистем 7 (2), 126-143
Биотрансформация соединений бутилолова и видовое разнообразие микробиомов в донных осадках Финского залива
Кузикова И.Л. , Жаковская З.А. , Медведева Н.Г.
DOI: https://doi.org/10.23859/estr-230109Том: 7
Номер: 2
Страницы: 126-143
Дата поступления в редакцию: 09.01.2023
Дата принятия к печати: 31.01.2023
Дата онлайн-публикации: 17.05.2024
Дата выхода номера: 15.06.2024
ISSN 2619-094X Print
ISSN 2619-0931 Online
Загрязнение морской среды оловоорганическими соединениями представляет серьезную экологическую проблему ввиду их чрезвычайной токсичности для широкого круга организмов. В донных осадках Копорской губы Финского залива выявлен высокий уровень загрязнения соединениями бутилолова. Концентрация трибутилолова и дибутилолова составила 35.7 нг(Sn)/г а.с.о. и 9.7 нг(Sn)/г а.с.о. соответственно. Установлено, что трансформация соединений бутилолова в донных осадках происходит за счет автохтонной микробиоты осадков. Скорость убыли трибутилолова и дибутилолова составила 0.014 сут-1 и 0.022 сут-1, а периоды их полураспада 49.5 и 31.5 суток соответственно. Метагеномный анализ выявил изменения в таксономическом составе и уменьшение видового разнообразия микробиомов донных осадков в процессе трансформации оловоорганических соединений. В ходе биодеградации соединений бутилолова в донных осадках возрастает численность бактерий родов Acidithiobacillus, Halothiobacillus, Alicyclobacillus, Sulfurospirillum, Denitrovibrio, а также метаногенные археи рода Methanolobus, что может свидетельствовать об их потенциальном участии в биодеградации оловоорганических соединений. Полученные результаты могут быть использованы для выявления видов-активных деструкторов трибутилолова с целью разработки научно-обоснованных методов деконтаминации донных осадков, загрязненных оловоорганическими соединениями.
И. Л. Кузикова
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Санкт-Петербургский Федеральный исследовательский центр Российской академии наук» (СПб ФИЦ РАН), Санкт-Петербургский научно-исследовательский центр экологической безопасности Российской академии наук
197110, Россия, г. Санкт-Петербург, ул. Корпусная, д. 18
lkuzikova@ya.ru
З. А. Жаковская
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Санкт-Петербургский Федеральный исследовательский центр Российской академии наук» (СПб ФИЦ РАН), Санкт-Петербургский научно-исследовательский центр экологической безопасности Российской академии наук
197110, Россия, г. Санкт-Петербург, ул. Корпусная, д. 18
Н. Г. Медведева
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Санкт-Петербургский Феде- ральный исследовательский центр Российской академии наук» (СПб ФИЦ РАН), Санкт-Петер- бургский научно-исследовательский центр экологической безопасности Российской академии наук
197110, Россия, г. Санкт-Петербург, ул. Корпусная, д. 18
Чирак, Е.Л., Першина, Е.В., Дольник, А.С., Кутовая, О.В., Василенко, Е.С. и др., 2013.
Таксономическая структура микробных сообществ в почвах различных типов по данным
высокопроизводительного секвенирования библиотек гена 16S-рРНК. Сельскохозяйственная
биология 3, 100–109.
Bakke, T., Kallqvist, T., Ruus, A., Breedveld, G.D., Hylland, K., 2010. Development of sediment quality
criteria in Norway. Journal of Soils and Sediments 10, 172–178.
Bates, S.T., Berg-Lyons, J.G., Caporaso, W.A., Walters, W.A., Knight, R., Fierer., N., 2010. Examining
the global distribution of dominant archaeal populations in soil. ISME Journal 5, 908–917.
Bernat, P., Szewczyk, R., Krupinski, M., Dlugonski, J., 2013. Butyltins degradation by Cunninghamella
elegans and Cochliobolus lunatus co-culture. Journal of Hazardous Materials 246–247, 277–282.
Caporaso, J.G., Kuczynski, J., Stombaugh, J. et al., 2010. QIIME allows analysis of high-throughput
community sequencing data. Nature Methods 5 (7), 335–336. https://doi.org/10.1038/nmeth.f.303
Chen, J., Liu, Y., Diep, P., Mahadevan, R., 2022a. Genetic engineering of extremely acidophilic
Acidithiobacillus species for biomining: Progress and perspectives. Journal of Hazardous Materials
438, 129456. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2022.129
Chen, Y., Wang, J., Zhao, Y., Maqbool, F., et al., 2022b. Sulfamethoxazole removal from mariculture
wastewater in moving bed biofilm reactor and insight into the changes of antibiotic and resistance
genes. Chemosphere 298, 134327. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2022.134327
Cruz, A., Caetano, T., Suzuki, S., Mendo, S., 2007. Aeromonas veronii, a tributyltin (TBT)-degrading
bacterium isolated from an estuarine environment, Ria de Aveiro in Portugal. Marine Environmental
Research 64 (5), 639–650. http://dx.doi.org/10.1016/j.marenvres.2007.06.006
Cruz, A., Henriques, I., Sousa, A.C.A., Baptista, I., Almeida, A. et al., 2014. A microcosm approach to
evaluate the degradation of tributyltin (TBT) by Aeromonas molluscorum Av27in estuarine sediments.
Environmental Research 132, 430–437. http://dx.doi.org/10.1016/j.envres.2014.04.031
Cruz, A., Anselmo, A.M., Suzuki, S., Mendo, S., 2015. Tributyltin (TBT): A review on microbial resistance
and degradation. Critical reviews in environmental science and technology 45(9), 970–1006. https://
doi.org/10.1080/10643389.2014.924181
Cybulska, K., Łońska, E., Fabisiak, J., 2020. Bacterial benthic community composition in the Baltic Sea
in selected chemical and conventional weapons dump sites affected by munition corrosion. Science
of the Total Environment 709, 136112. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.136112
Dowson, P.H., Bubb, J.M., Williams, T.P., Lester, J.N., 1993. Degradation of tributyltin in freshwater and
estuarine marina sediments. Water Science and Technology 28 (8–9), 133–137.
Du, J., Chadalavada, S., Chen, Z., Naidu, R., 2014. Environmental remediation techniques of tributyltin
contamination in soil and water: a review. Chemical Engineering Journal 235, 141–150. https://doi.
org/10.1016/j.cej.2013.09.044
Filipkowska, A., Kowalewska, G., 2019. Butyltins in sediments from the Southern Baltic coastal zone:
Is it still a matter of concern, 10 years after implementation of the total ban? Marine Pollution Bulletin
146, 343–348. https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2019.06.050
Filipkowska, A., Kowalewska, G., Pavoni, B., Łęczyński, L., 2011. Organotin compounds in surface
sediments from seaports on the Gulf of Gdańsk (southern Baltic coast). Environmental Monitoring
and Assessment 182, 455–466.
Filipkowska, A., Kowalewska, G., Pavoni, B., 2014. Organotin compounds in surface sediments of the
Southern Baltic coastal zone: a study on the main factors for their accumulation and degradation.
Environmental Science and Pollution Research 21, 2077–2087.
Finnegan, C., Ryan, D., Enright, A., Garcia-Cabellos, G., 2018. A review of strategies for the detection
and remediation of organotin pollution. Critical Reviews in Environmental Science and Technology 48
(1), 1–42. https://doi.org/10.1080/10643389.2018.1443669
Gupta, M., Dwivedi, U.N., Khandelwal, S., 2011. C-Phycocyanin: an effective protective agent
against thymic atrophy by tributyltin. Toxicology Letters 204 (1), 2–11. https://doi.org/10.1016/j.
toxlet.2011.03.029
Hallberg, K.B., Johnson, B.D., 2005. Microbiology of a wetland ecosystem constructed to remediate
mine drainage from a heavy metal mine. Science of the Total Environment 338, 53–66. https://dx.doi.
org/10.1016/j.scitotenv.2004.09.005
Hassan, H., 2018. Sug E belongs to the small multidrug resistance (SMR) protein familyinvolved in
tributyltin (TBT) biodegradation and bioremediation byalkaliphilic Stenotrophomonas chelatiphaga
HS2. International Journal of Biological Macromolecules 108, 1219–1226. https://doi.org/10.1016/j.
ijbiomac.2017.11.025
HELCOM, 2010. Hazardous substances in the Baltic Sea. An integrated thematic assessment of
hazardous substances in the Baltic Sea. Baltic Sea Environment Proceedings 120B, 1–116.
Ito, T., Adachi, Y., Yamanashi, Y., Shimada Y, 2016. Long-term natural remediation process in textile
dye-polluted river sediment driven by bacterial community changes. Water Research 100, 458–465.
https://dx.doi.org/10.1016/j.watres.2016.05.050
Ivanova, E.A., Pershina, E.V., Shapkin, V.M., Kichko, A.A. et al., 2020. Shifting prokaryotic communities
along a soil formation chronosequence and across soil horizons in a South Taiga ecosystem.
Pedobiologia – Journal of Soil Ecology 81–82, 150650. https://doi.org/10.1016/j.pedobi.2020.150650
Khanolkar, D., Dubey, S., Naik, M., 2015. Biotransformation of tributyltin chloride to less toxic
dibutyltin dichloride and monobutyltin trichloride by Klebsiella pneumoniae strain SD9. International
Biodeterioration and Biodegradation 104, 212–218. https://doi.org/10.1016/j.ibiod.2015.04.030
Kryshev, I.I., Sazykina, T.G., Pavlova, N.N., Kosykh, I.V., Buryakova, A.A., Kryshev, A.I., 2021.
Assessment of radiation state of marine environment in the Leningrad NPP area according to longterm
monitoring data (1973–2019). Marine Biological Journal 6 (1), 41–57. https://doi.org/10.21072/
Mbj.2021.06.1.04
Kuzikova, I., Zaytseva, T., Metelkova, L., Zhakovskaya, Z., Medvedeva, N., Andronov, E. A., 2022.
Microcosm approach for evaluating the microbial nonylphenol and butyltin biodegradation and
bacterial community shifts in co-contaminated bottom sediments from the Gulf of Finland, the Baltic
sea. Environmental Science and Pollution Research 29 (46), 69849–69860. https://doi.org/10.1007/
s11356-022-20751-8
Lagadic, L., Katsiadaki, I., Biever, R., Guiney, P.D., Karouna-Renier, N., Schwarz, T., Meador, J.P.,
2018. Tributyltin: Advancing the science on assessing endocrine disruption with an unconventional
endocrine-disrupting compound. Reviews of Environmental Contamination and Toxicology 245, 65–
127.https://doi.org/10.1007/398_2017_8
Lee, S., Chung, J., Won, H., Lee, D., Lee, Y., 2012. Removal of methylmercury and tributyltin (TBT)
using marine microorganisms. Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology 88, 239–244.
https://doi.org/10.1007/s00128-011-0501-y
McAdams, H., Srinivasan, B., Arkin, A., 2004. The evolution of genetic regulatory systems in bacteria.
Nature Reviews Genetics 5, 169–178. https://doi.org/10.1038/nrg1292
Medvedeva, N., Polyak, Y., Kankaanpää, H., Zaytseva, T., 2009. Microbial responses to mustard gas
dumped in the Baltic Sea. Marine Environmental Research 68, 71–81. https://doi.org/10.1016/j.
marenvres.2009.04.007
Nealson, K.H., 1997. Sediment bacteria: who’s there, what are they doing, and what’s new? Annual
review of earth and planetary sciences 25, 403–434.
Ng, K., Shi, X., Ng, H., 2015. Evaluation of system performance and microbial communities of
a bioaugmented anaerobic membrane bioreactor treating pharmaceutical wastewater. Water
Research 81, 311–324. https://doi.org/10.1016/j.watres.2015.05.033
Rajendran, R.K., Lin, C.C., Huang, S.L., Kirschner, R., 2017. Enrichment, isolation, and biodegradation
potential of long-branched chain alkylphenol degrading non-ligninolytic fungi from wastewater. Marine
pollution bulletin 125 (1–2), 416–425. http://dx.doi.org/10.1016/j.marpolbul.2017.09.04
Reader, S., Pelletier, E., 1992. Biosorption and degradation of butyltin compounds by the marine
diatom Skeletonema costatum and the associated bacterial community at low temperature. Bulletin
of Environmental Contamination and Toxicology 48, 599–607.
Rodríguez-Grimon, R., Campos, N.H., Castro, Í.B., 2020. Imposex incidence in gastropod species from
Santa Marta coastal zone, Colombian Caribbean Sea. Bulletin of Environmental Contamination and
Toxicology 105, 728–735. https://doi.org/10.1007/s00128-020-03020-7
Silva, P.V., Silva, A.R.R., Mendo, S., and Loureiro, S., 2014. Toxicity of tributyltin (TBT) to terrestrial
organisms and its species sensitivity distribution. Science of the Total Environment 466, 1037–1046.
https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2013.08.002
Sorokin, D.Y., Abbas, B., Zessen, E., Muyzer, G., 2014. Isolation and characterization of an
obligatelychemolithoautotrophic Halothiobacillus strain capable of growth on thiocyanate as an
energy source. FEMS Microbiology Letters 354, 69–74. https://dx.doi.org/10.1111/1574-6968.12432
Stolarek, P., Różalska, S., Bernat, P., 2019. Lipidomic adaptations of the Metarhizium robertsii strain
in response to the presence of butyltin compounds. Biochimica et Biophysica Acta – Biomembranes
1861 (1), 316–326. https://doi.org/10.1016/j.bbamem.2018.06.007
Suehiro, F., Kobayashi, T., Nonaka, L. et al., 2006. Degradation of tributyltin in microcosm using Mekong
river sediment. Microbial Ecology 52, 19–25. https://doi.org/10.1007/s00248-006-9079-z
Tam, N.F.Y., Chong, A., Wong, Y.S., 2003. Removal of tributyltin (TBT) from wastewater by microalgae.
Progress in Water Resources 9, 261–271.
Uc-Peraza, R.G., Delgado-Blas, V.H., Rendón-von Osten, J., Castro, Í.B., Proietti, M.C., Fillmann, G.,
2022. Mexican paradise under threat: The impact of antifouling biocides along the Yucatán Peninsula.
Journal of Hazardous Materials 427, 128162.
Viglino, L., Pelletier, E., St-Louis, R., 2004. Highly persistent butyltins in northern marine sediments: a
long-term threat for the Saguenay Fjord (Canada). Environmental Toxicology and Chemistry 23 (11),
2673–2681. https://doi.org/10.1897/03-674
Wang, Z., Yang, Y., He, T., Xie, S., 2015. Change of microbial community structure and functional
gene abundance in nonylphenol-degrading sediment. Applied Microbiology and Biotechnology 99,
3259–3268. https://doi.org/10.1007/s00253-014-6222-5
Willner, J., Fornalczyk, A., Saternus, M., Sedlakova-Kadukova, J., Gajda, B., 2022. LCD panels
bioleaching with pure and mixed culture of Acidithiobacillus. Physicochemical Problems of Mineral
Processing 58 (1), 15–23. https://doi.org/10.37190/ppmp/143580
Xie, Y., Su, R., Zhang, L., Wang, X., 2011. A study on biosorption and biodegradation of tributyltin by two
red tide microalgae. International Conference on Remote Sensing, Environment and Transportation
Engineering (RSETE). Nanjing, China, 7331–7334.
Yáñez, J., Riffo, P., Santander, P., Mansilla, H., Mondaca, M.A., Campos, V., Amarasiriwardena, D.,
2015. Biodegradation of tributyltin (TBT) by extremofile bacteria from Atacama Desert and speciation
of tin by-products. Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology 95, 126–130. https://doi.
org/10.1007/s00128-015-1561-1
Zhang, S., Yan, L., Xing, W., Chen, P., Zhang, Y., Wang, W., 2018. Acidithiobacillus ferrooxidans and its
potential application. Extremophiles 22, 563–579.
Ключевые слова: трибутилолово, дибутилолово, монобутилолово, микробное разнообразие
Для цитирования: Кузикова, И.Л. и др., 2024. Биотрансформация соединений бутилолова и видовое разнообразие микробиомов в донных осадках Финского залива. Трансформация экосистем 7 (2), 126–143. https://doi.org/10.23859/estr-230109