Zastosowanie zmodyfikowanych bakterii glebowych do poprawy skuteczności fitoremediacji środowiska zanieczyszczonego jonami metali śladowych

• Autorzy: Dąbrowska G. , Hrynkiewicz K. , Janczak K. , Żurańska M.

Warianty tytułu

EN

Modified soil bacteria and their potential application to improving fitoremediation of trace metal-contaminated environment

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W przeprowadzonych badaniach wykorzystano osiem szczepów bakterii: Bacillus sp., Bacteroidetes bacterium, Flavobacterium sp., Luteibactor rhizovicina, Pseudomonas fluorescens, Pseudomonas sp., Serratia entomophila, Variovorax sp. wyizolowanych z terenów zanieczyszczonych jonami metali śladowych. Bakterie stransformowano plazmidem ekspresyjnym pET21a zawierającym fragment genu kodujący metalotioneinę typu 2 Brassica napus L. (BnMT2). Po uzyskaniu kolonii bakteryjnych (transformantów) sprawdzono ich wzrost na podłożu stałym zawierających jony metali śladowych (Cd i Pb). Stwierdzono, że większość analizowanych szczepów bakterii wykazuje oporność na ampicylinę, chociaż antybiotyk ogranicza ich wzrost. Wykazano, iż wzrost badanych szczepów na podłożu zawierającym jony ołowiu nie był hamowany, natomiast jony kadmu ograniczały lub hamowały wzrost niektórych szczepów bakterii. Nie stwierdzono znacznych różnic we wzroście pomiędzy bakteriami transformowanymi i nietransformowanymi danego szczepu na podłożu zawierającym jony ołowiu. Obecność transgenu BnMT2 niwelowała szkodliwe działanie jonów kadmu w przypadku Flavobacterium sp., Variovorax sp. i L. rhizovicina. Wykazano, że zmodyfikowane szczepy bakterii mogą znaleźć zastosowanie w procesie oczyszczania gleby zawierającej jony metali śladowych, a zwłaszcza kadmu.

EN

Eight bacterial strains from areas contaminated with trace metals were selected for the experiments: Bacillus sp., Bacteroidetes bacterium, Flavobacterium sp., Luteibactor rhizovicina, Pseudomonas fluorescens, Pseudomonas sp., Serratia entomophila and Variovorax sp. Bacteria were transformed with pET21a expression plasmid encoding Brassica napus L. metallothionein 2 (BnMT2). Transformant colonies were examined for growth on solid culture medium containing trace metal ions (Cd and Pb). It was found that most of the analyzed bacterial strains were resistant to ampicillin, though the antibiotic inhibited their growth. It was demonstrated that growth of bacterial strains on a medium containing Pb ions was not inhibited, while Cd ion content limited or inhibited growth of some bacterial strains. No significant differences were noted in growth between transformed and untransformed bacteria of a given strain on the medium containing Pb ions. The BnMT2 transgene presence abolished adverse effects of Cd ions on Flavobacterium sp., Variovorax sp. and L.rhizovicina. Modified bacterial strains were demonstrated for potential use in treatment of soil contaminated with trace metals, especially Cd ions.

Słowa kluczowe

PL

pierwiastki śladowe; metalotioneina; Brassica napus; transformacja

EN

trace elements; metallothionein; Brassica napus; transformation

• Wydawca: Polskie Zrzeszenie Inżynierów i Techników Sanitarnych, Oddział Dolnośląski
• Czasopismo: Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 36, nr 1
• Strony: 21--26
• Opis fizyczny: Bibliogr. 27 poz.

Twórcy

autor

Dąbrowska G.

• Uniwersytet Mikołaja Kopernika, Wydział Biologii i Ochrony Środowiska, ul. Lwowska 1, 87-100 Toruń

autor

Hrynkiewicz K.

• Uniwersytet Mikołaja Kopernika, Wydział Biologii i Ochrony Środowiska, ul. Lwowska 1, 87-100 Toruń

autor

Janczak K.

• Instytut Inżynierii Materiałów Polimerowych i Barwników, ul. Marii Skłodowskiej-Curie 55, 87-100 Toruń

autor

Żurańska M.

• Uniwersytet Mikołaja Kopernika, Wydział Biologii i Ochrony Środowiska, ul. Lwowska 1, 87-100 Toruń

Bibliografia

• 1. C.S. COBBETT, P. GOLDSBROUGH: Phytochelatins and metallothioneins: Roles in heavy metal detoxification and homeostasis. Annual Review of Plant Biology 2002, Vol. 53, pp. 159–182.
• 2. V.H. HASSINEN, A.I. TERVAHAUTA, H. SCHAT, S.O. KÄRENLAMPI: Plant metallothioneins – metal chelators with ROS scavenging activity? Plant Biology 2011, Vol. 13, pp. 225–232.
• 3. N.J. ROBINSON: A bacterial copper metallothionein. Nature Chemical Biology 2008, Vol. 4, pp. 582–583.
• 4. C.A. BLINDAUER: Bacterial metallothioneins: Past, present, and questions for the future. Journal of Biological Inorganic Chemistry 2011, Vol. 16, pp. 1011–1024.
• 5. K. HRYNKIEWICZ, G. DĄBROWSKA, C. BAUM, K. NIEDOJADŁO, P. LEINWEBER: Interactive and single effects of ectomycorrhiza formation and Bacillus cereus on metallothionein MT1 expression and phytoextraction of Cd and Zn by willows. Water, Air and Soil Pollution 2012, Vol. 223, No. 3, pp. 957–968.
• 6. G. DĄBROWSKA, K. HRYNKIEWICZ, A. TREJGELL: Wpływ PGPR (Plant Growth Promoting Rhizobacteria) na ekspresję metalotioneiny BnMT2 Brassica napus L. rosnącego w obecności metali ciężkich. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych 2011, vol. 567, ss. 83–92.
• 7. G. DĄBROWSKA, K. HRYNKIEWICZ, A. TREJGELL: Do arbuscular mycorrhizal fungi affect metallothionein MT2 expression Brassica napus L. roots? Acta Biologica Cracoviensia Series Botanica 2012, Vol. 54, No. 1, pp. 7–12.
• 8. G. DĄBROWSKA, A. MIEREK-ADAMSKA, A. GOC: Characteristics of Brassica napus L. metallothionein genes (BnMTs) expression in organs and during seed germination. Australian Journal of Crop Science 2013, Vol. 9, No. 7, pp. 1324–1332.
• 9. G. DĄBROWSKA, A. MIEREK-ADAMSKA, A. GOC: Plant metallothioneins: Putative functions arising from in silico promoter analysis. Acta Biologica Cracoviensia Series Botanica 2012, Vol. 54, No. 2, pp. 109–120.
• 10. S. JIN, Y. CHENG, Q. GUAN, D. LIU, T. TAKANO, S. LIU: A metallothionein-like protein of rice (rgMT) functions in E. coli and its gene expression is induced by abiotic stresses. Biotechnology Letters 2006, Vol. 28, pp. 1749–1753.
• 11. J. YANG, Y. WANG, G. LIU, C. YANG, C. LI: Tamarix hispida metallothionein-like ThMT3, a reactive oxygen species scavenger, increases tolerance against Cd2+, Zn2+, Cu2+ and NaCl in transgenic yeast. Molecular Biology Reports 2011, Vol. 38, pp. 1567–1574.
• 12. X. ZHUANG, J. CHEN, H. SHIM, Z. BAI: New advances in plant growth–promoting rhizobacteria for bioremediation. Environment International 2007, Vol. 33, pp. 406–413.
• 13. B. KOLWZAN: Ocena przydatności inokulantów do bioremediacji gleby zanieczyszczonej produktami naftowymi (Assessment and choice of inoculants for the bioremediation of soil contaminated with petroleum products). Ochrona Środowiska 2008, vol. 30, nr 4, ss. 3–14.
• 14. B. KOŁWZAN: Usuwanie zanieczyszczeń naftowych z gruntu metodą pryzmowania (Removal of petroleum products from soil by the prism method). Ochrona Środowiska 2009, vol. 31, nr 2, ss. 3–10.
• 15. X.F. SHENG, J.J. XIA, C.Y. JIANG, L.Y. HE, M. QIAN: Characterization of heavy metal-resistant endophytic bacteria from rape (Brassica napus) roots and their potential in promoting the growth and lead accumulation of rape. Environmental Pollution 2008, Vol. 156, pp. 1164–1170.
• 16. G. DĄBROWSKA, K. HRYNKIEWICZ, K. KŁOSOWSKA, A. GOC: Selekcja bakterii ryzosferowych usprawniających procesy fitoremediacji gleb zawierających związki metali ciężkich (Selection of rhizobacteria improving phytoremediation of soil contaminated with heavy metal compounds). Ochrona Środowiska 2011, vol. 33, nr 2, ss. 53–58.
• 17. K. HRYNKIEWICZ, C. BAUM, P. LEINWEBER: Density, metabolic activity and identity of cultivable rhizosphere bacteria on Salix viminalis in disturbed arable and landfill soils. Journal of Plant Nutrition and Soil Science 2010, Vol. 173, pp. 747–756.
• 18. J. SAMBROOK, E.F. FRITSCH, T. MANIATIS: Molecular Cloning – A Laboratory Manual, 2nd ed., Cold Spring Harbor Laboratory Press, New York 1989.
• 19. M. RAJKUMAR, N. AE, H. FREITAS: Endophytic bacteria and their potential to enhance heavy metal phytoextraction. Chemosphere 2009, Vol. 77, pp. 153–160.
• 20. P.K. PADMAVATHIAMMA, L.Y. LI: Phytoremediation technology: Hyper-accumulation metals in plants. Water, Air and Soil Pollution 2007, Vol. 184, pp. 105–126.
• 21. D.C. YEE, J.A. MAYNARD, T.K. WOOD: Rhizoremediation of trichloroethylene by a recombinant, root-colonizing Pseudomonas fluorescens strain expressing toluene ortho-monooxygenase constitutively. Applied and Environmental Microbiology 1998, Vol. 64, pp. 112–118.
• 22. J.L. MARTINEZ: Environmental pollution by antibiotics and by antibiotic resistance determinants. Environmental Pollution 2009, Vol. 157, pp. 2893–2902.
• 23. J.L. MARTINEZ: Antibiotics and antibiotic resistance genes in natural environments. Science 2008, Vol. 321, pp. 365–367.
• 24. I.V.N. RATHNAYAKE, M. MEGHARAJ, N. BOLAN, N. RAVI NAIDU: Tolerance of heavy metals by gram positive soil bacteria. World Academy of Science, Engineering and Technology 2009, Vol. 53, pp. 1185–1189.
• 25. A. ZHIGANG, L. CUIJIE, Z. YUANGANG, D. YEJIE, A. WACHTER, R. GROMES, T. RAUSCH: Expression of BjMT2, a metallothionein 2 from Brassica juncea, increases copper and cadmium tolerance in Escherichia coli and Arabidopsis thaliana, but inhibits root elongation in Arabidopsis thaliana seedlings. Journal of Experimental Botany 2006, Vol. 57, pp. 3575–3582.
• 26. R. SRIPRANG, M. HAYASHI, H. ONO, M. TAKAGI, K. HIRATA, Y. MUROOKA: Enhanced accumulation of Cd2+ by a Mesorhizobium sp. transformed with a gene from Arabidopsis thaliana coding for phytochelatin synthase. Applied and Environmental Microbiology 2003, Vol. 69, No. 3, pp. 1791–1796.
• 27. C.A. BLINDAUER: Bacterial metallothioneins. In: A. SIGEL, H. SIGEL, R.K.O. SIGEL [Eds.]: Metallothioneins and Related Chelators. Metal Ions in Life Science 2009, Vol. 5, pp. 51–82.