vestnik-bio-msuВестник Московского университета. Серия 16. БиологияVestnik Moskovskogo universiteta. Seriya 16. Biologiya0137-0952Lomonosov Moscow State University, School of Biologyvestnik-bio-msu-628Research ArticleМикробиологияMicrobiologyВЛИЯНИЕ ОРГАНИЧЕСКИХ СУБСТРАТОВ НА АКТИВНОСТЬ АРХЕЙ СЕМЕЙСТВА FERROPLASMACEAEEFFECT OF ORGANIC NUTRIENTS ON THE ACTIVITY OF ARCHAEA OF THE FERROPLASMACEAE FAMILYБулаевА. Г.BulaevA. G.

канд. биол. наук, ст. науч. сотр. кафедры биоинженерии биологического факультета, 119234, г. Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 12;

119071, г. Москва, Ленинский пр., д. 33, стр. 2

 

Department of Bioengineering, School of Biology, Leninskiye gory 1–12, Moscow, 119234;

Leninsky Ave. 33–2, Moscow, 119071

bulaev.inmi@yandex.ruЕрофееваТ. В.ErofeevaT. V.

студент кафедры микробиологии биологического факультета,

119234, г. Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 12

Department of Bioengineering, School of Biology, 

Leninskiye gory 1–12, Moscow, 119234

taisiyap@yandex.ruВоробьеваК. С.VorobevaK. S.

студент кафедры защиты растений факультета агрономии и биотехнологии,

127550, г. Москва, ул. Тимирязевская, д. 49

Timiryazevskaya st. 49, Moscow, 127550

yev.evsevia@yandex.ruЧелидзеГ. Г.ChelidzeG. G.

студент кафедры защиты растений факультета агрономии и биотехнологии,

127550, г. Москва, ул. Тимирязевская, д. 49

Timiryazevskaya st. 49, Moscow, 127550

winnyduff@gmail.comРамоноваА. А.RamonovaA. A.

науч. сотр. кафедры биоинженерии биологического факультета,

119234, г. Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 12

Department of Bioengineering, School of Biology, 

Leninskiye gory 1–12, Moscow, 119234

a.ramonova@yandex.ruМосковский государственный университет имени М.В. Ломоносова; Институт микробиологии имени С.Н. Виноградского, Федеральный исследовательский центр “Фундаментальные основы биотехнологии” Российской академии наукРоссияLomonosov Moscow State University; Winogradsky Institute of Microbiology, Research Center of Biotechnology of the Russian Academy of SciencesRussian FederationМосковский государственный университет имени М.В. ЛомоносоваРоссияLomonosov Moscow State UniversityRussian FederationРоссийский государственный аграрный университет – МСХА имени К.А. ТимирязеваРоссияRussian State Agrarian University-Moscow Timiryazev Agricultural AcademyRussian Federation201822082018733178184Copyright © Булаев А.Г., Ерофеева Т.В., Воробьева К.С., Челидзе Г.Г., Рамонова А.А., 20182018Булаев А.Г., Ерофеева Т.В., Воробьева К.С., Челидзе Г.Г., Рамонова А.А.Bulaev A.G., Erofeeva T.V., Vorobeva K.S., Chelidze G.G., Ramonova A.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik-bio-msu.elpub.ru/jour/article/view/628

Исследовано влияние органических веществ (глюкозы, фруктозы, рибозы, глицина, аланина, пирувата, ацетата, цитрата и дрожжевого экстракта), а также отходов пищевых производств (мелассы, барды, молочной сыворотки) на рост железоокисляющих ацидофильных микроорганизмов и на биоокисление двухвалентного железа. Объектами исследования были представители групп микроорганизмов, доминирующих в биогидрометаллургических процессах: археи семейства Ferroplasmaceae (Acidiplasma aeolicum V1T, A. cupricumulans BH2T, Acidiplasma sp. MBA-1, Ferroplasma acidiphilum B-1) и бактерии рода Sulfobacillus (Sulfobacillus thermosulfidooxidans SH 10-1, S. thermotolerans Kr1T). Все исследованные штаммы наиболее активно росли и окисляли железо в средах с дрожжевым экстрактом, что, вероятно, объясняется наличием в его составе большого количества различных факторов роста, однако другие субстраты также обеспечивали как рост микроорганизмов, так и окисление железа.

The effect of different organic compounds (glucose, fructose, ribose, glycine, alanine, pyruvate, acetate, citrate and yeast extract) as well as of the wastes of food production (molasses, stillage, sweet whey) on the growth of iron-oxidizing acidophilic microorganisms and biooxidation of ferrous iron was studied. Representatives of the microorganisms predominating in biohydrometallurgical processes: archaea of the family Ferroplasmaceae (Acidiplasma aeolicum V1T, A. cupricumulans BH2T, Acidiplasma sp. MBA-1, Ferroplasma acidiphilum B-1) and bacteria of the genus Sulfobacillus (S. thermosulfidooxidans SH 10-1, S. thermotolerans Kr1T) were the subjects of the study. All studied strains most actively grew and oxidized ferrous iron in the presence of yeast extract, which is probably due to the presence of the large number of different growth factors in its composition, while others substrates provided growth of microorganisms and ferrous iron oxidation.

ацидофильные микроорганизмыбиогидрометаллургияSulfobacillusFerroplasmaceaeмиксотрофияжелезоокисляющие микроорганизмыacidophilic microorganismsbiohydrometallurgySulfobacillusFerroplasmaceaemixotrophyiron-oxidizing microorganismsReferencesJohnson D.B. Biomining — biotechnologies for extracting and recovering metals from ores and waste materials // Curr. Opin. Biotechnol. 2014. Vol. 30. P. 24–31.Johnson D.B. Biomining — biotechnologies for extracting and recovering metals from ores and waste materials // Curr. Opin. Biotechnol. 2014. Vol. 30. P. 24–31.Schippers A. Microorganisms involved in bioleaching and nucleic acid-based molecular methods for their identification and quantification // Microbial Processing of Metal Sulfides / Eds. E.R. Donati and W. Sand. N.Y.: Springer, 2007. P. 3–33.Schippers A. Microorganisms involved in bioleaching and nucleic acid-based molecular methods for their identification and quantification // Microbial Processing of Metal Sulfides / Eds. E.R. Donati and W. Sand. N.Y.: Springer, 2007. P. 3–33.Hawkes R.B., Franzmann P.D., O’Hara G., Plumb J.J. Ferroplasma cupricumulans sp. nov., a novel moderately thermophilic, acidophilic archaea isolated from an industrialscale chalcocite bioleach heap // Extremophiles. 2006. Vol. 10. N 6. P. 525–530.Hawkes R.B., Franzmann P.D., O’Hara G., Plumb J.J. Ferroplasma cupricumulans sp. nov., a novel moderately thermophilic, acidophilic archaea isolated from an industrialscale chalcocite bioleach heap // Extremophiles. 2006. Vol. 10. N 6. P. 525–530.Zhou H., Zhang R., Hu P., Zeng W., Xie Y., Wu C., Qiu G. Isolation and characterization of Ferroplasma thermophilum sp. nov., a novel extremely acidophilic, moderately thermophilic archaeon and its role in bioleaching of chalcopyrite // J. Appl. Microbiol. 2008. Vol. 105. N 2. P. 591–601.Zhou H., Zhang R., Hu P., Zeng W., Xie Y., Wu C., Qiu G. Isolation and characterization of Ferroplasma thermophilum sp. nov., a novel extremely acidophilic, moderately thermophilic archaeon and its role in bioleaching of chalcopyrite // J. Appl. Microbiol. 2008. Vol. 105. N 2. P. 591–601.Li Q., Tian Y., Fu X., Yin H., Zhou Z., Liang Y., Qiu G., Liu J., Liu H., Liang Y., Shen L., Cong J., Liu X. The community dynamics of major bioleaching microorganisms during chalcopyrite leaching under the effect of organics // Curr. Microbiol. 2011. Vol. 63. N 2. P. 164–172.Li Q., Tian Y., Fu X., Yin H., Zhou Z., Liang Y., Qiu G., Liu J., Liu H., Liang Y., Shen L., Cong J., Liu X. The community dynamics of major bioleaching microorganisms during chalcopyrite leaching under the effect of organics // Curr. Microbiol. 2011. Vol. 63. N 2. P. 164–172.van Hille R.P., van Wyk N., Froneman T., Harrison S.T.L. Dynamic evolution of the microbial community in BIOX leaching tanks // Adv. Mater. Res. 2013. Vol. 825. P. 331–334.van Hille R.P., van Wyk N., Froneman T., Harrison S.T.L. Dynamic evolution of the microbial community in BIOX leaching tanks // Adv. Mater. Res. 2013. Vol. 825. P. 331–334.Muravyov M.I., Bulaev A.G. Two-step oxidation of a refractory gold-bearing sulfidic concentrate and the effect of organic nutrients on its biooxidation // Miner. Eng. 2013. Vol. 45. P. 108–114.Muravyov M.I., Bulaev A.G. Two-step oxidation of a refractory gold-bearing sulfidic concentrate and the effect of organic nutrients on its biooxidation // Miner. Eng. 2013. Vol. 45. P. 108–114.Golyshina O.V., Timmis K.N. Ferroplasma and relatives, recently discovered cell wall-lacking archaea making a living in extremely acid, heavy metal-rich environments // Environ. Microbiol. 2005. Vol. 7. N 9. P. 1277–1288.Golyshina O.V., Timmis K.N. Ferroplasma and relatives, recently discovered cell wall-lacking archaea making a living in extremely acid, heavy metal-rich environments // Environ. Microbiol. 2005. Vol. 7. N 9. P. 1277–1288.Zakharchuk L.M., Egorova M.A., Krasil’nikova E.N., Tsaplina I.A., Bogdanova T.I., Melamud V.S., Karavaiko G.I. Activity of the enzymes of carbon metabolism in Sulfobacillus sibiricus under various conditions of cultivation // Microbiology. 2003. Vol. 72. N 5. P. 553–557.Zakharchuk L.M., Egorova M.A., Krasil’nikova E.N., Tsaplina I.A., Bogdanova T.I., Melamud V.S., Karavaiko G.I. Activity of the enzymes of carbon metabolism in Sulfobacillus sibiricus under various conditions of cultivation // Microbiology. 2003. Vol. 72. N 5. P. 553–557.Захарчук Л.М., Цаплина И.А., Красильникова Е.Н., Богданова Т.И., Каравайко Г.И. Метаболизм углерода у Sulfobacillus thermosulfidooxidans // Микробиол. 1994. Т. 63. № 4. С. 573–580.Захарчук Л.М., Цаплина И.А., Красильникова Е.Н., Богданова Т.И., Каравайко Г.И. Метаболизм углерода у Sulfobacillus thermosulfidooxidans // Микробиол. 1994. Т. 63. № 4. С. 573–580.Karavaiko G.I., Tsaplina I.A., Bogdanova T.I., Krasil’nikova E.N., Zakharchuk L.M. Growth and carbohydrate metabolism of sulfobacilli // Microbiology. 2001. Vol. 70. N 3. P. 245–250.Karavaiko G.I., Tsaplina I.A., Bogdanova T.I., Krasil’nikova E.N., Zakharchuk L.M. Growth and carbohydrate metabolism of sulfobacilli // Microbiology. 2001. Vol. 70. N 3. P. 245–250.Egorova M.A., Zakharchuk L.M., Krasil’nikova E.N., Tsaplina I.A., Bogdanova T.I. Effect of cultivation conditions on the growth and activities of sulfur metabolism enzymes and carboxylases of Sulfobacillus thermosulfidooxidans subsp. asporogenes strain 41 // Appl. Biochem. Microbiol. 2004. Vol. 40. N 4. P. 381–387.Egorova M.A., Zakharchuk L.M., Krasil’nikova E.N., Tsaplina I.A., Bogdanova T.I. Effect of cultivation conditions on the growth and activities of sulfur metabolism enzymes and carboxylases of Sulfobacillus thermosulfidooxidans subsp. asporogenes strain 41 // Appl. Biochem. Microbiol. 2004. Vol. 40. N 4. P. 381–387.Вартанян Н.С., Каравайко Г.И., Пивоварова Т.А. Влияние органических веществ на рост и окисление неорганических субстратов Sulfobacillus thermosulfidooxidans subsp. asporogenes // Микробиол. 1990. Т. 59. N 3. С. 411–417.Вартанян Н.С., Каравайко Г.И., Пивоварова Т.А. Влияние органических веществ на рост и окисление неорганических субстратов Sulfobacillus thermosulfidooxidans subsp. asporogenes // Микробиол. 1990. Т. 59. N 3. С. 411–417.Golyshina O.V., Pivovarova T.A., Karavaiko G.I., Kondrat’eva T.F., Moore E.R.B., Abraham W., Lünsdorf H., Timmis K.N., Yakimov M.M., Golyshin P.N. Ferroplasma acidiphilum gen. nov., sp. nov., anacidophilic, autotrophic, ferrous-iron-oxidizing, cell-wall-lacking, mesophilic member of the Ferroplasmaceae fam. nov., comprising a distinct lineage of the Archaea // Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 2000. Vol. 50. N 3. P. 997–1006.Golyshina O.V., Pivovarova T.A., Karavaiko G.I., Kondrat’eva T.F., Moore E.R.B., Abraham W., Lünsdorf H., Timmis K.N., Yakimov M.M., Golyshin P.N. Ferroplasma acidiphilum gen. nov., sp. nov., anacidophilic, autotrophic, ferrous-iron-oxidizing, cell-wall-lacking, mesophilic member of the Ferroplasmaceae fam. nov., comprising a distinct lineage of the Archaea // Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 2000. Vol. 50. N 3. P. 997–1006.Golyshina O.V., Yakimov M.M., L nsdorf H., Ferrer M., Nimtz M., Timmis K.N., Wray V., Tindall B.J., Golyshin P.N. Acidiplasma aeolicum gen. nov., sp. nov., a euryarchaeon of the family Ferroplasmaceae isolated from a hydrothermal pool, and transfer of Ferroplasma cupricumulans to Acidiplasma cupricumulans comb. nov. // Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 2009. Vol. 59. N 11. P. 2815–2824.Golyshina O.V., Yakimov M.M., L nsdorf H., Ferrer M., Nimtz M., Timmis K.N., Wray V., Tindall B.J., Golyshin P.N. Acidiplasma aeolicum gen. nov., sp. nov., a euryarchaeon of the family Ferroplasmaceae isolated from a hydrothermal pool, and transfer of Ferroplasma cupricumulans to Acidiplasma cupricumulans comb. nov. // Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 2009. Vol. 59. N 11. P. 2815–2824.Wolin E.A., Wolin M.J., Wolfe R.S. Formation of methane by bacterial extracts // J. Biol. Chem. 1963. Vol. 238. N 6. P. 2882–2886. 17. Schwarzenbach G., Flaschka H. Complexometric titrations. London: Methuen, 1969. 490 pp.Wolin E.A., Wolin M.J., Wolfe R.S. Formation of methane by bacterial extracts // J. Biol. Chem. 1963. Vol. 238. N 6. P. 2882–2886. 17. Schwarzenbach G., Flaschka H. Complexometric titrations. London: Methuen, 1969. 490 pp.Delaney R.A.M. Composition, properties and uses of whey protein concentrates // J. Soc. Dairy Technol. 1976. Vol. 29. N 2. P. 91–101.Delaney R.A.M. Composition, properties and uses of whey protein concentrates // J. Soc. Dairy Technol. 1976. Vol. 29. N 2. P. 91–101.Kristiansen B., Linden J., Mattey M. Citric acid biotechnology. London: Taylor & Francis, 2002. 189 pp.Kristiansen B., Linden J., Mattey M. Citric acid biotechnology. London: Taylor & Francis, 2002. 189 pp.Krzywonos M., Cibis E., Mi kiewicz T., Ryznar-Luty A. Utilization and biodegradation of starch stillage (distillery wastewater) // Electron. J. Biotechnol. 2009. Vol. 12. N 1. DOI: 10.2225/vol12-issue1-fulltext-5.Krzywonos M., Cibis E., Mi kiewicz T., Ryznar-Luty A. Utilization and biodegradation of starch stillage (distillery wastewater) // Electron. J. Biotechnol. 2009. Vol. 12. N 1. DOI: 10.2225/vol12-issue1-fulltext-5.Borischewski R.M. Keto acids as growth-limiting factors in autotrophic growth of Thiobacillus thiooxidans // J. Bacteriol. 1967. Vol. 93. N 2. P. 597–599.Borischewski R.M. Keto acids as growth-limiting factors in autotrophic growth of Thiobacillus thiooxidans // J. Bacteriol. 1967. Vol. 93. N 2. P. 597–599.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.