Теоретическая и прикладная экология1995-43012618-840610.25750/1995-4301-2026-3-164-172OtherАэробная деградация углеводородов в холодных кислых почвах: геномное профилирование бактерий-деструкторовAerobic hydrocarbon degradation in cold acidic soils: genomic profiling of hydrocarbon-degrading bacteriaМошкинА. Д.MoshkinA. D.alex.moshkin727@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-1182-8247ОхлопковаО. В.OhlopkovaO. V.https://orcid.org/0000-0002-8214-7828АдаменкоЛ. С.AdamenkoL. S.https://orcid.org/0000-0001-6412-3622ГлушковА. В.GlushkovA. V.https://orcid.org/0009-0004-5234-7329АлексеевА. Ю.AlekseevA. Y.ayalekseev@frcftm.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0015-9305АбдиновР.AbdinovR.https://orcid.org/0000-0001-9136-3269ГаджиевА. А.GadzhievA. A.https://orcid.org/0000-0002-7359-1951ШестопаловА. М.ShestopalovA. M.https://orcid.org/0000-0002-9734-0620Research Institute of Virology, Federal Research Center of Fundamental and Translational MedicineNovosibirskRussiaНИИ вирусологии, Федеральный исследовательский центр фундаментальной и трансляционной медициныНовосибирскРоссияDagestan State UniversityMakhachkalaRussiaДагестанский государственный университетМахачкалаРоссияNPJSC Kazakh Scientific Research Institute of the Caspian SeaAktauKazakhstanНАО Казахский научно-исследовательский институт Каспийского моряАктауКазахстан290920263164172http://www.envjournal.ru/arhvr.php?q=1040

Целью данной работы является комплексное изучение микробиоты северных почв в районах вечной мерзлоты, отбор психрофильных и ацидофильных штаммов-деструкторов нефтепродуктов, а также полногеномное секвенирование выделенных бактерий для выявления ключевых генетических детерминант их биодеградационной активности. Проанализированы полногеномные последовательности шести штаммов (Glutamicibacter creatinolyticus GAV-1, Lysinibacillus capsici 5a-1, Serratia fonticola 16a-1/24-1/DEST-2, Sporosarcina psychrophila 5b-1), выделенных из нефтезагрязнённых почв (6 образцов). Филогенетическое позиционирование по 16S рРНК подтвердило отнесение изолятов к известным видам и отсутствие выраженной таксономической новизны. Сопоставление протеомов с базой HADEG с использованием Proteinortho/DIAMOND выявило резкое расслоение нефтеокисляющего потенциала: у трёх S. fonticola обнаружено по 19 HADEG-генов на геном (алкановые, ароматические и биосурфактантные модули), у G. creatinolyticus GAV-1 - 17 генов, отнесённых только к ароматическому катаболизму; у S. psychrophila 5b-1 - 4 ароматических гена; у L. capsici 5a-1 - 1 ароматический ген. В ароматическом профиле GAV-1 доминировал протокатехуатный орто-путь (7 генов) при наличии дополнительных подпутей (фенилуксусная кислота, гомопротокатехуат, катехол, толуол). Даже внутри филогенетически "обычных" таксонов формируется существенно различный нефтеокисляющий функционал; S. fonticola выступают кандидатами на роль "универсальных" деструкторов, тогда как G. creatinolyticus, вероятно, специализирован на переработке ароматических промежуточных метаболитов, а S. psychrophila и L. capsici могут выполнить вспомогательные функции в консорциумах холодных кислых почв.

The objective of this work is to conduct a comprehensive study of the microflora of northern soils in permafrost regions, select psychrophilic and acidophilic strains that degrade petroleum products, and perform whole-genome sequencing of the isolated bacteria to identify the key genetic determinants of their biodegradation activity. The whole-genome sequences of six strains (Glutamicobacter creatinolyticus GAV-1, Lysinibacillus capsici 5a-1, Serratia fonticola 16a-1/24-1/DEST-2, Sporosarcina psychrophila 5b-1) isolated from oil-contaminated soils (6 samples). Phylogenetic positioning based on 16S rRNA confirmed the classification of the isolates into known species and the absence of significant taxonomic novelty. Comparison of proteomes with the HADEG database using Proteinortho/DIAMOND revealed a sharp stratification of oil-oxidizing potential: three S. fonticola strains were found to have 19 HADEG genes per genome (alkane, aromatic, and biosurfactant modules), while G. creatinolyticus GAV-1 had 17 genes related only to aromatic catabolism; S. psychrophila 5b-1 had 4 aromatic genes; L. capsici 5a-1 had 1 aromatic gene. The ortho pathway (7 genes) dominated the aromatic profile of GAV-1, with additional subpathways (phenylectic acid, homoprotocatechute, catechol, toluene). Even within phylogenetically "normal" taxa, significantly different oil-oxidizing functions are formed; S. fonticola are candidates for the role of "universal" destructors, while G. creatinolyticus is likely specialized in the processing of aromatic intermediate metabolites, and S. psychrophila and L. capsici may perform auxiliary functions in cold acidic soil consortia.

биоремедиациянефтезагрязнённые почвыполногеномное секвенированиеS рРНКаэробная деградация углеводородовбаза данных по аэробной деградации углеводородов (HADEG)bioremediationoil-contaminated soilswhole-genome sequencingS rRNAaerobic degradation of hydrocarbonsHydrocarbon Aerobic Degradation Database (HADEG)Работы выполнены в рамках государственного задания НИИ вирусологии ФИЦ ФТМ №125031903984-1.Алексеев А.Ю., Забелин В.А., Куц С.А., Пушкарев Н.С. Практика биологической рекультивации // Нефтяное хозяйство. 2006. № 12. С. 98–99.Емельянова Е.К., Алексеев А.Ю., Мокеева А.В., Тарасова М.В., Шестопалов М.А., Карпова Е.В., Забелин В.А., Шестопалов А.М., Ильичева Т.Н. Биорекультивация загрязненных нефтью объектов в Тюменской области // Вестник Новосибирского государственного университета. Серия: Биология, клиническая медицина. 2010. Т. 8. Вып. 4. С. 155–161.Васильев А.В. Использование биосорбентов для очистки почв и водных объектов от нефтяных загрязнений // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2024. № 26 (122). С. 164–174. doi: 10.37313/1990-5378-2024-26-6-164-174Адаменко Л.С., Алексеев А.Ю., Забелин В.А., Филатов Д.А., Шаршов К.А., Шестопалов А.М. Метод утилизации нефтяных разливов с водной поверхности с применением сорбента на основе мультиграфена и микробного препарата в приближенных к естественным условиях // Экологический вестник России. 2014. № 3. С. 32–34.Chapman P., Wade T.L., Knap A.H. Environmental effects and management of oil spills on marine ecosystems // Environmental Management of Marine Ecosystems / Eds. M.N. Islam, S.E. Jorgensen. Boca Raton: CRC Press, 2018. P. 119–146. doi: 10.1201/9781315153933-5Алексеев А.Ю., Адаменко Л.С., Забелин В.А., Макарчук А.Л., Шестопалов А.М. Биоремедиация загрязнённых нефтепродуктами территорий как основа системы мероприятий для улучшения среды обитания человека на севере Сибири // Якутский медицинский журнал. 2016. № 2 (54). С. 44–46.Ветрова А.А., Забелин В.А., Иванова А.А., Адаменко Л.А., Делеган Я.А., Петриков К.В. Биодеградация нефти консорциумом штаммов-нефтедеструкторов в лабораторных модельных системах // Юг России: экология, развитие. 2018. № 13 (1). С. 184–198. doi: 10.18470/1992-1098-2018-1-184-198Fan M.-Y., Xie R.-J., Qin G. Bioremediation of petroleum-contaminated soil by a combined system of biostimulation-bioaugmentation with yeast // Environmental Technology. 2014. V. 35. No. 1–4. P. 391–399. doi: 10.1080/09593330.2013.829504Мокеева А.В., Алексеев А.Ю. Емельянова Е.К., Забелин В.А., Заушинцева А.В., Тараканова А.С., Ше-В.А., Заушинцева А.В., Тараканова А.С., Шестопалов А.М., Ильичева Т.Н. Ассоциация штаммов бактерий-нефтедеструкторов для ремедиации нефтезагрязнённых территорий // Вестник НГУ. Серия: Биология, клиническая медицина. 2011. Т. 9. № 3. С. 27–34.Сидоренко М.Л., Русакова Д.А. Разнообразие психрофильных бактерий и их биотехнологический потенциал (обзор) // Вестник Томского государственного университета. Биология. 2022. № 58. С. 28–54. doi: 10.17223/19988591/58/2Drewes J.L., White J.R., Dejea C.M., Fathi P., Iyadorai T., Vadivelu J., Roslani A.C., Wick E.C., Mongodin E.F., Loke M.F., Thulasi K., Gan H.M., Goh K.L., Chong H.Y., Kumar S., Wanyiri J.W., Sears C.L. Highresolution bacterial 16S rRNA gene profile meta-analysis and biofilm status reveal common colorectal cancer consortia // Biofilms Microbiomes. 2017. V. 3. Article No. 34. doi: 10.1038/s41522-017-0040-3Schwengers O., Jelonek L., Dieckmann M.A., Beyvers S., Blom J., Goesmann A. Bakta: rapid and standardized annotation of bacterial genomes via alignment-free sequence identification // Microbial Genomics. 2021. V. 7. No. 11. Article No. 000685. doi: 10.1099/mgen.0.000685Rojas-Vargas J., Castelán-Sánchez H.G., PardoLópez L. HADEG: A curated hydrocarbon aerobic degradation enzymes and genes database // Computational Biology and Chemistry. 2023. V. 107. Article No. 107966. doi: 10.1016/j.compbiolchem.2023.107966Lechner M., Findeiss S., Steiner L., Marz M., Stadler P.F., Prohaska S.J. Proteinortho: detection of (Co-) orthologs in large-scale analysis // BMC Bioinformatics. 2011. V. 12. Article No. 124. doi: 10.1186/1471-2105-12-124Buchfink B., Reuter K., Drost H.-G. Sensitive protein alignments at tree-of-life scale using DIAMOND // Nature Methods. 2021. V. 18. No. 4. P. 366–368. doi: 10.1038/ s41592-021-01101-xAlekseev A.Yu., Zabelin V.A., Kuts S.A., Pushkarev N.S. Practice of biological reclamation // Oil Industry. 2006. No. 12. P. 98–99 (in Russian).Emel′yanova E.K., Alekseev A.Yu., Mokeeva A.V., Tarasova M.V., Shestopalov M.A., Karpova E.V., Zabelin V.A., Shestopalov A.M., Il′icheva T.N. Bioremediation of oil-contaminated sites in the Tyumen Region // Vestnik of Novosibirsk State University. Series: Biology, Clinical Medicine. 2010. V. 8. No. 4. P. 155–161 (in Russian).Vasil′ev A.V. Use of biosorbents for purification of soils and water bodies from oil pollution // Proceedings of the Samara Scientific Center of the Russian Academy of Sciences. 2024. No. 6 (122). P. 164–174 (in Russian). doi: 10.37313/1990-5378-2024-26-6-164-174Adamenko L.S., Alekseev A.Yu., Zabelin V.A., Filatov D.A., Sharshov K.A., Shestopalov A.M. Method for the disposal of oil spills from the water surface using a multigraphene-based sorbent and a microbial preparation under conditions close to natural // Ecological Bulletin of Russia. 2014. No. 3. P. 28–30 (in Russian).Chapman P., Wade T.L., Knap A.H. Environmental effects and management of oil spills on marine ecosystems // Environmental Management of Marine Ecosystems / Eds. M.N. Islam, S.E. Jorgensen. Boca Raton: CRC Press, 2018. P. 119–146. doi: 10.1201/9781315153933-5Alekseev A.Yu., Adamenko L.S., Zabelin V.A., Makarchuk A.L., Shestopalov A.M. Bioremediation of oil contaminated areas as a basis for a system of measures to improve the human environment in Northern Siberia // Yakut Medical Journal. 2016. No. 2 (54). P. 44–46 (in Russian).Vetrova A.A., Zabelin V.A., Ivanova A.A., Adamenko L.A., Delegan Ya.A., Petrikov K.V. Oil biodegradation by consortium of oil degrading microorganisms in laboratory model systems // South of Russia: Ecology, Development. 2018. No. 13(1). P. 184–198 (in Russian) doi: 10.18470/1992-1098-2018-1-184-198Fan M.-Y., Xie R.-J., Qin G. Bioremediation of petroleum-contaminated soil by a combined system of biostimulation-bioaugmentation with yeast // Environmental Technology. 2014. V. 35. No. 1–4. P. 391–399. doi: 10.1080/09593330.2013.829504Mokeeva A.V., Alekseev A.Yu., Emelyanova E.K., Zabelin V.A., Zaushintsena A.V., Tarakanova A.S., Shestopalov A.M., Ilyicheva T.N. Association of oil destructor microorganism strains for remediation of petropolluted territories // Vestnik of Novosibirsk State University. Series: Biology, Clinical Medicine. 2011. V. 9. No. 3. P. 27–34 (in Russian).Sidorenko M.L., Rusakova D.A. Diversity of psychrophilic bacteria and their biotechnological potential (review) // Tomsk State University Journal of Biology. 2022. No. 58. P. 28–54 (in Russian). doi: 10.17223/ 19988591/58/2Drewes J.L., White J.R., Dejea C.M., Fathi P., Iyadorai T., Vadivelu J., Roslani A.C., Wick E.C., Mongodin E.F., Loke M.F., Thulasi K., Gan H.M., Goh K.L., Chong H.Y., Kumar S., Wanyiri J.W., Sears C.L. Highresolution bacterial 16S rRNA gene profile meta-analysis and biofilm status reveal common colorectal cancer consortia // Biofilms Microbiomes. 2017. V. 3. Article No. 34. doi: 10.1038/s41522-017-0040-3Schwengers O., Jelonek L., Dieckmann M.A., Beyvers S., Blom J., Goesmann A. Bakta: rapid and standardized annotation of bacterial genomes via alignmentfree sequence identification // Microbial Genomics. 2021. V. 7. No. 11. Article No. 000685. doi: 10.1099/ mgen.0.000685Rojas-Vargas J., Castelán-Sánchez H.G., PardoLópez L. HADEG: A curated hydrocarbon aerobic degradation enzymes and genes database // Computational Biology and Chemistry. 2023. V. 107. Article No. 107966. doi: 10.1016/j.compbiolchem.2023.107966Lechner M., Findeiss S., Steiner L., Marz M., Stadler P.F., Prohaska S.J. Proteinortho: detection of (Co-) orthologs in large-scale analysis // BMC Bioinformatics. 2011. V. 12. Article No. 124. doi: 10.1186/1471-2105-12-124Buchfink B., Reuter K., Drost H.-G. Sensitive protein alignments at tree-of-life scale using DIAMOND // Nature Methods. 2021. V. 18. No. 4. P. 366–368. doi: 10.1038/ s41592-021-01101-x