Скрининг и оценка устойчивости микроорганизмов к различным концентрациям ионов свинца (Pb2+)

Og‘ir metallar bilan ifloslangan tuproqlardan ajratib olingan shtammlar hamda mikroorganizmlarning kolleksiya shtammlarining 48,0; 95,9 va 287,7 mg/l konsentratsiyadagi Pb²⁺ ionlariga chidamliligi o‘rganildi. Skrining olib borildi, 600 nm to‘lqin uzunligida kulturaning optik zichligi baholandi va hujayralardagi morfologik o‘zgarishlar tekshirildi. Aniqlanishicha, Rhodococcus ruber 318, Bacillus cereus 138, Bacillus paralicheniformis, Bacillus subtilis, Bacillus atrophaeus shtammlari Pb²⁺ ning yuqori konsentratsiyalarida ham o‘sishni davom ettirgan. Pb²⁺ konsentratsiyasi 287,7 mg/l bo‘lgan sharoitda B. cereus 138 va B. paralicheniformis shtammlarining OD₆₀₀ ko‘rsatkichlari nazorat darajasidan yuqori bo‘lgan. Aniqlangan chidamli shtammlar qo‘rg‘oshin ta‘siriga chidamlilik mexanizmlarini chuqurroq o‘rganish hamda ifloslangan muhitni bioremediatsiya qilishdagi salohiyatini baholash uchun istiqbolli nomzodlar hisoblanadi.

FUNDAMENTAL VA AMALIY MIKROBIOLOGIYANING BUGUNGI HOLATI VA RIVOJLANISH ISTIQBOLLARI: YOSH OLIMLAR NIGOHI Respublika ilmiy-amaliy anjumani · Toshkent, 2026-yil 30-oktabr

IV TUPROQ, SUV, EKOLOGIYA VA SANITARIYA MIKROBIOLOGIYASI DOI 10.66073/ReFocus-Conf/3010091

СКРИНИНГ И ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ МИКРООРГАНИЗМОВ К РАЗЛИЧНЫМ КОНЦЕНТРАЦИЯМ ИОНОВ СВИНЦА (Pb2+) Шонахунов Тулкин Эркинович, Кадырова Гулчехра Хакимовна Институт микробиологии АН РУз, kadirovagul@mail.ru Аннотация: Изучена устойчивость изолированных штаммов из загрязненных тяжелыми металлами почв и коллекционных штаммов микроорганизмов к воздействию ионов Pb²⁺ в концентрациях 48,0; 95,9 и 287,7 мг/л. Проведён скрининг, оценена оптическая плотность культур при 600 нм и исследованы морфологические изменения клеток. Установлено, что Rhodococcus ruber 318, Bacillus cereus 138, Bacillus paralicheniformis, Bacillus subtilis, Bacillus atrophaeus сохраняли рост при высоких концентрациях Pb²⁺. При 287,7 мг/л Pb²⁺ значения ОП₆₀₀ B. cereus 138 и B. paralicheniformis превышали контрольные показатели. Выявленные устойчивые штаммы перспективны для дальнейшего изучения механизмов устойчивости к свинцу и оценки их потенциала в биоремедиации загрязнённых сред. Ключевые слова: тяжёлые металлы, свинец, Pb²⁺, устойчивость микроорганизмов, Bacillus, Rhodococcus, биоремедиация. Annotatsiya: Og‘ir metallar bilan ifloslangan tuproqlardan ajratib olingan shtammlar hamda mikroorganizmlarning kolleksiya shtammlarining 48,0; 95,9 va 287,7 mg/l konsentratsiyadagi Pb²⁺ ionlariga chidamliligi o‘rganildi. Skrining olib borildi, 600 nm to‘lqin uzunligida kulturaning optik zichligi baholandi va hujayralardagi morfologik o‘zgarishlar tekshirildi. Aniqlanishicha, Rhodococcus ruber 318, Bacillus cereus 138, Bacillus paralicheniformis, Bacillus subtilis, Bacillus atrophaeus shtammlari Pb²⁺ ning yuqori konsentratsiyalarida ham o‘sishni davom ettirgan. Pb² ⁺ konsentratsiyasi 287,7 mg/l bo‘lgan sharoitda B. cereus 138 va B. paralicheniformis shtammlarining OD₆₀₀ ko‘rsatkichlari nazorat darajasidan yuqori bo‘lgan. Aniqlangan chidamli shtammlar qo‘rg‘oshin ta’siriga chidamlilik mexanizmlarini chuqurroq o‘rganish hamda ifloslangan muhitni bioremediatsiya qilishdagi salohiyatini baholash uchun istiqbolli nomzodlar hisoblanadi. Kalit so‘zlar: og‘ir metallar, qo‘rg‘oshin, Pb²⁺, mikrobial chidamlilik, Bacillus, Rhodococcus, bioremediatsiya. Abstract: The resistance of strains isolated from heavy-metal-contaminated soils and collection strains of microorganisms to Pb²⁺ ions at concentrations of 48.0, 95.9, and 287.7 mg/L was investigated. Screening was conducted, culture optical density at 600 nm was evaluated, and morphological changes in cells were examined. It was found that Rhodococcus ruber 318, Bacillus cereus 138, Bacillus paralicheniformis, Bacillus subtilis, Bacillus atrophaeus maintained growth at high Pb²⁺ concentrations. At a Pb²⁺ concentration of 287.7 mg/L, the OD₆₀₀ values for B. cereus 138 and B. paralicheniformis exceeded control levels. The identified resistant strains are promising candidates for further study of lead resistance mechanisms and for the assessment of their potential in the bioremediation of contaminated environments. Keywords: heavy metals, lead, Pb²⁺, microbial resistance, Bacillus, Rhodococcus, bioremediation.

ДЛЯ ЦИТИРОВАНИЯ Шонахунов Т.Э., Кадырова Г.Х. Скрининг и оценка устойчивости микроорганизмов к различным концентрациям ионов свинца (Pb2+) // Состояние и перспективы развития фундаментальной и прикладной микробиологии: точка зрения молодых учёных: материалы Республиканской научно-практической конференции. – Ташкент, 2026. – С. 330–333. DOI: https://doi.org/10.66073/ReFocus-Conf/3010091

Введение Загрязнение почв тяжёлыми металлами является одной из актуальных экологических проблем, поскольку такие элементы, как свинец (Pb), отличаются высокой токсичностью, устойчивостью и способностью длительно сохраняться в окружающей среде. В отличие от органических загрязнителей, тяжёлые металлы не подвергаются биологическому разложению, что способствует их накоплению в почве и поступлению в трофические цепи. Свинец оказывает неблагоприятное воздействие на живые организмы, поэтому поиск эффективных и экологически безопасных методов снижения его подвижности и биодоступности имеет важное значение [1,2].

Микроорганизмы, обитающие в загрязнённых почвах, способны адаптироваться к повышенным концентрациям тяжёлых металлов и формировать различные механизмы устойчивости к Pb²⁺, включая биосорбцию, внеклеточную секвестрацию, связывание металла клеточными компонентами, активный вынос и биоминерализацию [3,4]. Выделение устойчивых местных микроорганизмов непосредственно из загрязнённых почв представляет особый интерес, поскольку такие штаммы уже адаптированы к условиям техногенной нагрузки и могут рассматриваться как перспективные объекты для биоремедиационных исследований. Показано, что устойчивые к свинцу бактерии способны участвовать в иммобилизации и удалении Pb²⁺ из загрязнённых сред, что определяет перспективность их дальнейшего практического применения [3,4].

Цель исследования – провести сравнительную оценку устойчивости штаммов микроорганизмов, изолированных из загрязненных тяжелыми металлами почв, и коллекционных штаммов микроорганизмов к различным концентрациям ионов Pb² ⁺ с использованием чашечного метода и количественной оценки образования биомассы по показателям ОП₆₀₀. Методы В качестве объектов исследования использовали местные штаммы микроорганизмов, выделенные из почв, загрязнённых тяжёлыми металлами, Кашкадарьинской и Самаркандской областей: Bacillus paralicheniformis, Bacillus subtilis, Bacillus atrophaeus, Enterobacter cloacae и штаммы, которые хранятся в Коллекции промышленно важных культур Института микробиологии: Pseudomonas putida 133, Bacillus cereus 138, Pseudomonas fluorescens 206 и Rhodococcus ruber 318.

Первичный скрининг устойчивости штаммов к ионам Pb²⁺ проводили чашечным методом на питательной среде с добавлением свинца в концентрациях 48,0; 95,9 и 287,7 мг/л. Устойчивость оценивали по способности микроорганизмов сохранять рост в присутствии исследуемых концентраций Pb²⁺.

Для количественной оценки влияния свинца на рост микроорганизмов определяли образование биомассы по оптической плотности культуры при 600 нм (ОП₆₀₀). Значения ОП₆₀₀ исследуемых культур при различных концентрациях Pb²⁺ сравнивали с контролем без добавления свинца. По полученным значениям оценивали степень ингибирования роста и относительную устойчивость исследуемых штаммов к воздействию ионов свинца [5]. Результаты и обсуждение Для оценки устойчивости исследуемых микроорганизмов к воздействию ионов тяжёлых металлов культуры выращивали в присутствии Pb²⁺ в концентрациях 48,0; 95,9 и 287,7 мг/л. Первичный скрининг проводили чашечным методом, после чего влияние Pb² ⁺ на рост микроорганизмов оценивали по оптической плотности культуры при 600 нм (ОП₆₀₀). Согласно полученным результатам, среди исследованных коллекционных культур Rhodococcus ruber 318 и Bacillus cereus 138, а также среди изолированных резистентных культур Bacillus paralicheniformis и Bacillus atrophaeus сохраняли способность к росту при всех исследованных концентрациях Pb²⁺, включая 287,7 мг/л, что позволяет рассматривать данные штаммы как перспективные объекты для дальнейшего изучения механизмов устойчивости к свинцу (табл. 1).

Таблица 1. Титр клеток микроорганизмов при различных концентрациях ионов Pb2+ № Культуры Контроль Концентрации ионов Pb2+, мг/л 48,0 95,9 287,7 8 7 6 1 Rhodococcus ruber 318 4,9 x10 3,4x10 2,1x10 1,0x105 7 6 5 2 Pseudomonas putida 133 5,4 x10 3,2x10 1,3x10 0 7 6 5 3 Pseudomonas fluorescens 206 2,2 x10 1,8x10 3,1x10 0 8 7 7 4 Bacillus cereus 138 4,7 x10 2,1x10 1,6x10 1,3 x106 5 Bacillus paralicheniformis 5,4 x108 6,5 x107 5,4 x107 4,3 x107 6 Bacillus subtilis 5,2 x108 4,1 x107 3,4 x107 2,8 x107 8 7 7 7 Bacillus atrophaeus 5,1 x10 4,6 x10 3,8 x10 2,4 x107 8 Enterobacter cloacae 4,6 x107 4,2 x106 2,1 x106 1,8 x106 Микроскопическое исследование показало, что воздействие Pb²⁺ сопровождалось изменениями морфометрических характеристик отдельных штаммов. Известно, что содержание в среде ионов тяжелых металлов даже в низких концентрациях негативно влияет на жизнедеятельность организмов [6]. При концентрации Pb²⁺ 48,0 мг/л выраженных изменений морфологии клеток по сравнению с контролем не наблюдалось. При увеличении концентрации свинца до 95,9 мг/л у Pseudomonas putida 133 отмечалось изменение формы клеток, выражавшееся в их укорочении и увеличении ширины. Данные изменения могут отражать морфологическую адаптацию клеток к воздействию повышенной концентрации тяжёлого металла, однако для установления конкретного механизма необходимы дополнительные исследования. При высокой концентрации Pb²⁺ (287,7 мг/л) более выраженные морфометрические изменения наблюдались у Rhodococcus ruber 318 и Bacillus paralicheniformis (рис. 1). У R. ruber 318 отмечалось увеличение размеров клеток приблизительно в 1,5 раза по сравнению с контролем. Размеры клеток в контрольном варианте составляли около 1,5–2,0 мкм в длину и 0,6–0,9 мкм в ширину. Для B. paralicheniformis в контрольном варианте размеры клеток составляли 2,5–3,2 мкм в длину и 0,4–0,6 мкм в ширину, тогда как при концентрации Pb²⁺ 287,7 мг/л длина клеток увеличивалась до 3,8–4,5 мкм, а ширина – до 0,8–1,0 мкм (рис. 1). Таким образом, воздействие высокой концентрации Pb²⁺ сопровождалось увеличением размеров клеток у исследованных штаммов.

B. cereus 138 (контроль) 48 мг/л 95,9 мг/л

B. paralicheniformis 48 мг/л 95,9 мг/л (контроль) Рисунок 1. Микрофотографии микроорганизмов в присутствии различных концентраций ионов Pb2+ (Увеличение: Количественная оценка роста по показателю ОП₆₀₀ также продемонстрировала отсутствие выраженного подавления роста отдельных устойчивых штаммов при высокой концентрации свинца. На 7-е сутки культивирования ОП₆₀₀ B. cereus 138 в контрольном варианте составляла 0,724, тогда как в присутствии 287,7 мг/л Pb²⁺ достигала 0,896. Для B. paralicheniformis соответствующие значения составляли 0,886 и 1,174. Таким образом, при исследованной концентрации Pb²⁺ значения ОП₆₀₀ у обоих штаммов были выше, чем в контроле. Заключение Проведён скрининг устойчивости местных штаммов микроорганизмов, выделенных из почв, загрязнённых тяжёлыми металлами, и коллекционных штаммов микроорганизмов к воздействию ионов Pb²⁺ в концентрациях 48,0; 95,9 и 287,7 мг/л. Установлено, что исследуемые микроорганизмы характеризовались различной степенью устойчивости к свинцу. Коллекционные штаммы Rhodococcus ruber 318 и Bacillus cereus 138 сохраняли рост при всех исследованных концентрациях Pb²⁺. У ряда штаммов воздействие высокой концентрации свинца сопровождалось изменением морфометрических характеристик клеток. Значения ОП₆₀₀ B. cereus 138 и B. paralicheniformis при концентрации Pb²⁺ 287,7 мг/л превышали контрольные показатели, что свидетельствует о сохранении способности данных культур к образованию биомассы в присутствии высокой концентрации свинца. Полученные штаммы представляют интерес для дальнейшего изучения механизмов устойчивости к тяжёлым металлам и оценки их потенциального применения в биоремедиационных технологиях.