Распределение и характеристика микроорганизмов, участвующих в деструкции углеводородов в донных отложениях (обзор литературы)

Еськова А.И., Пономарева А.Л., Легкодимов А.А., Шакиров Р.Б., Обжиров А.И.


DOI: 10.31431/1816-5524-2021-1-49-58-65

Аннотация

Обзор посвящен биоразнообразию микроорганизмов, способных к деструкции углеводородов нефти в морских донных отложениях, и их взаимосвязи с сопутствующей микробиотой, которая включает в себя сульфатредуцирующих и денитрифицирующих прокариот. Особое внимание уделено биоразнообразию углеводородоокисляющих бактерий, в частности термо- и гипертермофильных, в районах нефтяных месторождений. В них же широко распространены сульфатредуцирующие микроорганизмы. Некоторые из них способны не только к восстановлению сульфата, но и к окислению углеводородов. Такие микроорганизмы в основном относят к классу Deltaproteobacterium. Взаимосвязь численности нефтеокисляющих и денитрифицирующих микроорганизмов чаще всего представлена на территориях с высокой антропогенной нагрузкой и в прибрежной зоне. Кратко рассмотрены возможные механизмы анаэробного окисления углеводородов и сосуществование аэробных и анаэробных микроорганизмов в едином сообществе.

Ключевые слова

донные отложения; биодеградация углеводородов; сульфатредуцирующие микроорганизмы

Полный текст:

PDF

Литература

Алекперова И.А. О роли нефтеокисляющих бактерий в самоочищении загрязненного нефтью Самур-Апшеронского шельфа Каспийского моря // Вестник Московского государственного областного университета. Серия: Естественные науки. 2009. № 2. С. 6–9 [Alekperova I.A. About a role of petrooxidizing bacteria in autopurification of the Samur-Absheron shelf of Caspian sea polluted by oil // Bulletin of the MSRU. Series: Natural Sciences. 2009. № 2. P. 6–9 (in Russian)].

Баранов Д.В., Петрова А.Н., Ибрагимов Р.К. и др. Микробиологические методы увеличения добычи нефти: обзор // Вестник Казанского технологического университета. 2016. № 24. С. 35–39 [Baranov D.V., Petrova A.N., Ibragimov R.K. et al. Mikrobiologicheskie metody uvelicheniya dobychi nefti: obzor // Vestnik Kazanskogo tekhnologicheskogo universiteta. 2016. № 24. P. 35–39 (in Russian)].

Бузолева Л.С., Смирнова М.А., Безвербная И.П. Биологические свойства морских нефтеуглеводородокисляющих бактерий из прибрежных акваторий дальневосточных морей с разным характером загрязнения // Известия ТИНРО. 2008. Т 155. С. 210–218 [Buzoleva L.S., Smirnova M.A., Bezverbnaya I.P. Biological features of oil degrading bacteria in coastal water areas with different types of pollution // Izvestiya TINRO. 2008. V. 154. P. 210–218 (in Russian)].

Валитов М.Г., Шакиров Р.Б., Яцук А.В. и др. Комплексные геолого-геофизические, газогеохимические и океанографические исследования в Японском море и Татарском проливе в 81-ом рейсе НИС «Академик М.А. Лаврентьев» // Тихоокеанская геология. 2019. Т. 38. № 4. С. 97–105. https://doi.org/10.30911/0207-4028-2019-38-4-97–105 [Valitov M.G., Shakirov R.B., Yazuk A.B. et al. Integrated geological-geophysical, gasgeochemical and oceanographic researches in the sea of Japan and the Tatar strait in the 81 cruise of the R/V «Akademik M.A. Lavrentyev» // Russia Journal of Pacific Geology. 2019. V. 38. № 4. P. 97–105 (in Russian)].

Галанин А.В. Литобиосфера Земли. 2012. Электронный ресурс. Режим доступа: http://ukhtoma.ru/litobiosphere.htm [Galanin A.V. Litobiosfera Zemli. 2012].

Журавель Е.В., Безвербная И.П., Бузолева Л.С. Микробная индикация загрязнения прибрежных вод Охотского моря и Авачинской бухты // Биология моря. 2004. Т. 30. № 2. С. 138–142 [Zhuravel E.V., Bezverbnaya I.P., Buzoleva L.S. Microbian indication of pollution of the coastal zone of the Sea of Okhotsk and Avacha Bay // Russian Journal of Marine Biology. 2004. V. 30. P. 121–126].

Каюкова Г.П., Петров С.М., Успенский Б.В. Свойства тяжелых нефтей и битумов пермских отложений Татарстана в природных и техногенных процессах// М.: ГЕОС, 2015. 343 с. [Kayukova G.P., Petrov S.M., Uspensky B.V. Properties of Permian Heavy Oils and Bitumens of Tatarstan in Natural and Anthropogenic Processes // Moscow: GEOS Publishers, 2015. 343 p. (in Russian)].

Леин А.Ю., Иванов М.В. Биогеохимический цикл метана в океане. Москва: Наука. 2009. 576 с. [Lein A.Yu., Ivanov M.V. Biogeochemical cycle of methane in the ocean. Moscow: Nauka. 2009. 576 p.(in Russian)]

Миронов О.Г. Бактериальная трансформация нефтяных углеводородов в прибрежной зоне моря // Морской экологический журнал. 2002. Т. 1. № 1. С. 56–66 [Mironov O.G. Bakterial'naya transformatsiya neftyanykh uglevodorodov v pribrezhnoi zone morya // Morskoy ekologichesky zhurnal. 2002. V. 1. № 1. P. 56–66 (in Russian)].

Нечай Н. Л., Какижманова А.А., Ермеккалиев Т.С. Микромицеты-деструкторы углеводородов // Биотехнология: состояние и перспективы развития. 2015. С. 370–372 [Nechai N.L., Kakizhmanova A.A., Ermekkaliev T.S. Mikromitsety-destruktory uglevodorodov // Biotekhnologiya: sostoyanie i perspektivy razvitiya. 2015. P. 370–372 (in Russian)].

Пономарева А.Л., Стом Д.И., Толстой М.Ю. Интенсификация очистки сточной воды от нефтепродуктов с помощью катализаторов типа «Катан» и штаммов биодеструкторов нефти // В мире научных открытий. 2015. № 8–1 (68). С. 327–333 [Ponomareva A.L., Stom D.I., Tolstoy M.Yu. Intensification treatment of wastewater of oil pollution using the catalysts «Katan» and strains of biodegraders oil // In the World of scientific Discoveries. 2015. 8–1 (68). P. 327–333 (in Russian)].

Розанова Е.П., Борзенков И.А., Тарасов А.Л. и др. Микробиологические процессы в высокотемпературном нефтяном месторождении // Микробиология. 2001. Т. 70. № 1. С. 118–127 [Rozanova E.P., Borzenkov I.A., Tarasov A.L. et al. Microbiological processes in a high-temperature oil field // Microbiology (Russia). 2001. V. 70. № 1. P. 102–110. https://doi.org/10.1023/A:1004809308305].

Рябцева Н.Д., Никитина В.С., Абдуллин М.И. и др. Изучение каталитических процессов микробного окисления нефтяных углеводородов // Вестник Башкирского ун-та. 2016. № 2. С. 308–313 [Ryabtseva N.D., Nikitina V.S., Abdullin M.I. et al. The activity of extracellular catalases of yeast culture Candida lipolytica // Bulletin of Bashkir University. 2016. № 2. P. 308–313 (in Russian)].

Семенова Е.М., Ершов А.П., Соколова Д.Ш. и др. Разнообразие и биотехнологический потенциал нитратредуцирующих бактерий из месторождений тяжелой нефти (Россия) // Микробиология. 2020. Т. 89. №6. С. 675–687 [Semenova E.M., Ershov A.P., Sokolova D.Sh. et al. Diversity and biotechnological potential of nitrate-reducing bacteria from heavy-oil reservoirs (Russia) // Microbiology. 2020. V. 89. № 6. P. 675–687].

Тимергазина И.Ф., Переходова Л.С. К проблеме биологического окисления нефти и нефтепродуктов углеводородокисляющими микроорганизмами // Нефтегазовая геология. Теория и практика. 2012. Т. 7. № 1. http://www.ngtp.ru/rub/7/16_2012.pdf [Timergazina I.F., Perekhodova L.S. K probleme biologicheskogo okisleniya nefti i nefteproduktov uglevodorodokislyayushchimi mikroorganizmami // Neftegazovaya geologiya. Teoriya i praktika. 2012. V. 7. № 1. (in Russian)].

Феоктистова Е.В., Осипенко М.А., Куюкина М.С. и др. Математическая модель формирования кластеров бактерий в системе вода-бактерии-углеводород // Сборник трудов конференции «Математическое моделирование в естественных науках». Пермь: ПГНИУ, 2015. С. 415–417 [Feoktistova E.V., Osipenko M.A., Kuyukina M.S. et al. Matematicheskaya model' formirovaniya klasterov bakterii v sisteme voda-bakterii-uglevodorod // Sbornik trudov konferentsii «Matematicheskoe modelirovanie v estestvennykh naukakh». Perm': PGNIU, 2015. P. 415–417 (in Russian)].

Цыбульский И.Е., Корпакова И.Г., Белова Л.В. и др. Характеристика процессов самоочищения морской среды с участием нефтеокисляющих микроорганизмов в районе аварии танкера в Керченском проливе // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Серия: Естественные науки. 2010. № 1. С. 78–82 [Tsybulsky I.E., Korpakova I.G., Belova L.V. et al. Kharakteristika protsessov samoochishcheniya morskoi sredy s uchastiem nefteokislyayushchikh mikroorganizmov v raione avarii tankera v Kerchenskom prolive // Izvestiya vuzov. Severo-Kavkazskii region. Seriya: Estestvennye nauki. 2010. № 1. P. 78–82 (in Russian)].

Шакиров Р.Б., Обжиров А.И., Шакирова М.В. и др. О газогидратах окраинных морей Восточной Азии: закономерности генезиса и распространения (обзор) // Геосистемы переходных зон. 2019. Т.3. №1. С. 65–106 [Shakirov R.B., Obzhirov A.I., Shakirova M.V. et al. About gas hydrates of East Asian marginal seas: patterns of genesis and distribution (review) // Geosistemy perehodnykh zon. 2019. V. 3. № 1. P. 65–106].

Bian X.-Y., Mbadinga S.M., Liu Y.-F. et al. Insights into the anaerobic biodegradation pathway of n-alkanes in oil reservoirs by detection of signature metabolites // Scientific Reports. 2015. V. 5. P. 1–12. https://doi.org/10.1038/srep09801

Chanton J., Zhao T., Rosenheim B.E. et al. Using natural abundance radiocarbon to trace the flux of petrocarbon to the seafloor following the Deepwater Horizon oil spill // Environmental Science and Technology. 2015. V. 49. Iss. 2. P. 847–854. https://doi.org/10.1021/es5046524

Cochrane W.J., Jones P.S., Sanders P.F. et al. Studies on the thermophilic sulfatereducing bacteria from a souring North Sea oil field // SPE Pap 18368. 1988. P. 301–316. https://doi.org/10.2118/18368-MS

Da Cruz G.F., Vasconcellos S.P., Angolini C. F. et al. Could petroleum biodegradation be a joint achievement of aerobic and anaerobic microorganisms in deep sea reservoirs? // AMB Express. 2011. V. 1. № 47. P. 1–10. https://doi.org/10.1186/2191-0855-1-47

Dasgupta D., Ghosh R., Sengupta T.K. Biofilm-mediated enhanced crude oil degradation by newly isolated Pseudomonas species // ISRN biotechnology. 2013. V. 2013. P. 1–13. https://doi.org/10.5402/2013/250749

D’Hondt S., Jørgensen B.B., Miller D.J. et al. Distributions of microbial activities in deep subseafloor sediments // Science. 2004. V. 306. Iss. 5705. P. 2216–2221. https://doi.org/10.1126/science.1101155

Ehrlich H.L., Newman D.K., Kappler A. Ehrlich’s Geomicrobiology // Boca Raton: CRC Press. 2015. 649 p.

Golyshin P.N., Chernikova T.N., Abraham W.R. et al. Oleiphilaceae fam. nov., to include Oleiphilus messinensis gen. nov., sp. nov., a novel marine bacterium that obligately utilizes hydrocarbons // International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. 2002. V. 52. Iss. 3. P. 901–911. https://doi.org/10.1099/00207713-52-3-901

Grassia G.S., Mclean K.M., Glenat P. et al. A systematic survey for thermophilic fermentative bacteria and archaea in high-temperature petroleum reservoirs // FEMS Microbiology Ecology. 1996. V. 21. Iss. 1. P. 47–58. https://doi.org/10.1111/j.1574-6941.1996.tb00332.x

Hao R., Lu A., Wang G. Crude-oil-degrading thermophilic bacterium isolated from an oil field // Canadian Journal of Microbiology. 2004. V. 50. № 3. P. 175–182. https://doi.org/10.1139/w03-116

Hubert C.R.J., Oldenburg T.B.P., Fustic M. et al. Massive dominance of Epsilonproteobacteria in formation waters from a Canadian oil sands reservoir containing severely biodegraded oil // Environmental Microbiology. 2012. V. 14. Iss. 2. P. 387–404. https://doi.org/10.1111/j.1462-2920.2011.02521.x

Illias R.M.D, Wei O.S., Idris A.K., Rahman W.A. Isolation and characterization of halotolerant aerobic bacteria from oil reservoir // Journal Teknologi. 2001. V. 35. P. 1–10. https://doi.org/10.11113/jt.v35.599

Jofgensen B.B., Fidlay A. J., Pellerin A. The biogeochemical sulfur cycle of marine sediments // Frontiers in Microbiology. 2019. V. 10. P. 1–27. https://doi.org/10.3389/fmicb.2019.00849

Kallmeyer J., Pockalny R., Adhikari R.R. et al. Global distribution of microbial abundance and biomass in subseafloor sediment // Proceedings of the National Academy of Sciences. 2012. V. 109. № 40. P. 16213–16216. https://doi.org/10.1073/pnas.1203849109

Kirkpatrick J.B., Walsh E.A., D’Hondt S. Microbial selection and survival in subseafloor sediment // Frontiers in Microbiology. 2019. V. 10. Iss. 10. P. 1–15. https://doi.org/10.3389/fmicb.2019.00956

Kniemeyer O., Musat F., Sievert S.M. et al. Anaerobic oxidation of short-chain hydrocarbons by marine sulphate — reducing bacteria // Nature. 2007. V. 449. P. 898–901. https://doi.org/10.1038/nature06200

Kotlar H.K., Lewin A., Johansen J. et al. High coverage sequencing of DNA from microorganisms living in an oil reservoir 2.5 kilometres subsurface // Environmental Microbiology Reports. 2011. V. 3. Iss. 6. P. 674–681. https://doi.org/10.1111/j.1758-2229.2011.00279.x

Köster M., Meyer-Reil L. Characterization of carbon and microbial biomasspools in shallow water coastal sediments of the southern Baltic Sea (Nordrügensche Bodden) // Marine Ecology Progress Series. 2001. V. 214. P. 25–41. https://doi.org/10.3354/meps214025

Kumar A.G., Nivedha Rajan N., Kirubagaran R., Dharani G. Biodegradation of crude oil using self-immobilized hydrocarbonoclastic deep sea bacterial consortium // Marine Pollution Bulletin. 2019. V. 146. P. 741–750. https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2019.07.006

Li D., Midgley D.J., Ross J.P. et al. Microbial biodiversity in a Malaysian oil field and a systematic comparison with oil reservoirs worldwide // Archives of Microbiology. 2012. V. 194. Iss. 6. P. 513–523. https://doi.org/10.1007/s00203-012-0788-z

Li H. Yang S.Z., Mu B.Z. Phylogenetic diversity of the archaeal community in a continental high temperature, water-flooded petroleum reservoir // Current Microbiology. 2007. V. 55. Iss. 5. P. 382–388. https://doi.org/10.1007/s00284-007-9002-y

Leu J.Y., McGovern-Traa C.P., Porter A.J. et al. The same species of sulphate-reducing Desulfomicrobium occur in different oil field environments in the North Sea // Letters in Applied Microbiology. 1999. V. 29. Iss. 4. P. 246–252. https://doi.org/10.1046/j.1365-2672.1999.00628.x

Magot M., Ollivier B., Patel B.K. Microbiology of petroleum reservoirs // Antonie Van Leeuwenhoek. 2000. № 77. P. 103–116. https://doi.org/10.1023/A:1002434330514

Oliver B., Magot M. Petroleum Microbiology // ASM Press New York. 2005. 365 p.

Orphan V.J. Boles J.R., Goffredi S.K., et al. Geochemical influence on community structure and microbial processes in high temperature oil reservoirs // Geomicrobiology Journal. 2010. V. 20. Iss.4. P. 295–311. https://doi.org/10.1080/01490450303898

Pannekens M., Kroll L., Müller H. et al. Oil reservoirs, an exceptional habitat for microorganisms // New Biotechnology. 2019. V. 49. P. 1–9. https://doi.org/10.1016/j.nbt.2018.11.006

Parkes R.J., Cragg B., Roussel E. et al. A review of prokaryotic populations and processes in sub-seafloor sediments, including biosphere: geosphere interactions // Marine Geology. 2014. V. 352. P. 409–425. https://doi.org/10.1016/j.margeo.2014.02.009

Pineda-Flores G., Lira-Galeana C., Mesta-Howard A.M. A microbial consortium isolated from a crude oil sample that uses asphaltenes as a carbon and energy source // Biodegradation. 2004. V. 15 (3). P.145–151. https://doi.org/10.1023/b:biod.0000026476.03744.bb

Salinas M.B., Fardeau M.L., Thomas P. et al. Mahella australiensis gen. nov., sp. nov., a moderately thermophilic anaerobic bacterium isolated from an Australian oil well // International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. 2004. V. 54. Iss. 6. P. 2169–2173. https://doi.org/10.1099/ijs.0.02926-0.

Tang Y.Q., Li Y., Zhao J.Y. et al. Microbial communities in long-term, water- flooded petroleum reservoirs with different in situ temperatures in the Huabei Oilfield, China // PLoS One. 2012. V. 7. e33535. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0033535

Vigneron A., Alsop E., Lomans B. et al. Succession in the petroleum reservoir microbiome through an oil field production lifecycle // Multidisciplinary Journal of Microbial Ecology. 2017. № 11. P. 2141–2154. https://doi.org/10.1038/ismej.2017.78

Walsh E. A., Kirkpatrick B., Pockalny R. et al. Relationship of bacterial richness to organic degradation rate and sediment age in subseafloor sediment // Applied and Environmental Microbiology. 2016. V. 82. № 16. P. 4994–4999. https://doi.org/10.1128/AEM.00809-16

Wang L., Tang Y., Wang S. et al. Isolation and characterization of a novel thermophilic Bacillus strain degrading long-chain n-alkanes // Extremophiles. 2006. V. 10. P. 347–356. https://doi.org/10.1007/s00792-006-0505-4


Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


(c) 2021 Еськова А.И., Пономарева А.Л., Легкодимов А.А., Шакиров Р.Б., Обжиров А.И.

Лицензия Creative Commons
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.