Применение высокоэффективной жидкостной хроматографии в сочетании с масс-спектрометрией высокого разрешения для изучения биодеградации и трансформации фенантрена плазмидосодержащими ризосферными бактериями Pseudomonas aureofaciens
Authors: Анатолий Маркович Зякун , Владимир Васильевич Кочетков , Владимир Николаевич Захарченко , Борис Петрович Баскунов , Валентина Петровна Пешенко , Кестутис Сергеяус Лауринавичюс , Татьяна Вячеславовна Сиунова , Татьяна Орестовна Анохина , Александр Михайлович Боронин 
Published: December 2024

Масс-спектрометрический анализ был применен для идентификации метаболитов и выяснения эффективности биодеградации и трансформации фенантрена ризосферными бактериями Pseudomonas aureofaciens. В работе использовали штаммы P. aureofaciens BS1393(pOV17) и P. aureofaciens BS1393(NPL-41), несущие различные плазмиды биодеградации нафталина. Штамм BS1393(pOV17) содержит природную плазмиду биодеградации нафталина pOV17, детерминирующую полное окисление нафталина до метаболитов цикла Кребса. Штамм BS1393(NPL-41) содержит мутантную плазмиду NPL-41, контролирующую только первичные этапы окисления нафталина до салициловой кислоты. При культивировании бактерий на фенантрене обнаружены метаболиты: (а) 2-гидрокси-2Н-бензо[h]хромен-2-карбоновая кислота и/или транс-4-(1-гидроксинафт-2-ил)-2-оксобут-3-ен-овая кислота (М=242 г моль-1); (б) 1-гидрокси-2-нафтойная кислота (М=188 г моль-1) и (в) салициловая кислота (М=138 г моль-1). Наличие метаболитов (а, б) при росте обеих культур свидетельствует об ограничении скорости процесса на этапе декарбоксилирования 1-гидрокси-2-нафтойной кислоты. В процессе роста штамма BS1393(NPL-41) образовывалась салициловая кислота как тупиковый метаболит. В то же время при росте штамма BS1393(pOV17) салициловая кислота полностью отсутствовала, что указывает на полное окисление фенантрена этим штаммом.

Mass spectrometry was applied to identify metabolites and estimate efficiency of phenanthrene biodegradation and transformation by rhizosphere bacteria Pseudomonas aureofaciens BS1393.The strains P. aureofaciens BS1393(pOV17) and P. aureofaciens BS1393(NPL-41) bearing various naphthalene biodegradation plasmids were used in the work. The strain BS1393(pOV17) contains the pOV17 wild type naphthalene biodegradation plasmid that determine oxidation of naphthalene to Krebs cycle metabolites. The strain BS1393(NPL-41) contains the mutant plasmid NPL-41 governing the initial stages of naphthalene oxidation into salicylic acid. The limiting stages of phenanthrene biodegradation in bacteria with various plasmids have been identified according to intermediates accumulation. When bacteria was grown on phenanthrene, the main metabolites were as follows: (a) 2-hydroxy-2H-benzo[h]chromene-2-carboxylic acid / trans-4-(1-hydroxynaph-2-yl)-2-oxobut-3-enoic acid, (b) 1-hydroxy-2-naphthoic acid and (c) salicylic acid. In strain BS1393(pOV17) metabolite (а) was observed during 1–14 days of cultivation. Unlike it, in strain BS1393(NPL-41) an insignificant amount of this metabolite was found after only 14 days. Availability of metabolite (b) during the growth of both strains is an evidence of limited rate of its further decarboxylation. Metabolite (c) as a final product was found during growth of strain BS1393(NPL-41). Contrastingly, in strain BS1393(pOV17) this metabolite was absent, which indicates the complete oxidation of phenanthrene.