Топография поверхности и механические свойства биопленок родококков при совместном воздействии этоксилированного нонилфенола и наночастиц оксида меди
DOI:
https://doi.org/10.17072/1994-9952-2026-3-308-318Ключевые слова:
биопленки, Rhodococcus, Этоксилированный нонилфенол, наночастицы оксида меди, атомно-силовая микроскопия, силы адгезии, экзополимерный матриксАннотация
В последние годы повысился интерес исследователей к возможным синергическим эффектам, оказываемым наноразмерными материалами и токсичными органическими веществами на микробные биопленки, а также механизмам устойчивости биопленок к данному комбинированному стрессу. При этом большое внимание уделяется воздействию низких (сублетальных) концентраций наночастиц, способных как усиливать антимикробное действие органических токсикантов, так и индуцировать защитные реакции микроорганизмов, приводя к развитию резистентности. С использованием атомно-силовой микроскопии (АСМ) изучены топографические (поверхностный нанорельеф и шероховатость) и упруго-механические изменения клеток в биопленках Rhodococcus ruber ИЭГМ 1263 под воздействием гормоноподобного ксенобиотика – этоксилированного нонилфенола (ЭНФ) и наночастиц оксида меди (НЧ CuO). Установлено, что в присутствии ЭНФ показатель среднеквадратичной шероховатости клеток родококков практически не отличался от контроля, но увеличивался вдвое при совместном воздействии 1,0 г/л ЭНФ и 0,001 г/л НЧ CuO. В режиме силовой спектроскопии обнаружено более чем двукратное повышение силы адгезии между поверхностью биопленки и зондом кантилевера (от 5,3 ± 1,9 до 14,1 ± 5,2 нН) в присутствии ЭНФ и НЧ CuO, при этом адгезивные свойства биопленки определялись в большей степени наличием экзополимерного матрикса. При комплексном химическом стрессе выявлено статистически значимое (в 3,2 раза) увеличение модуля упругости Юнга клеток, свидетельствующее о повышении жесткости клеточной стенки. Полученные результаты свидетельствуют об адаптационных перестройках биопленок родококков как основы формирования биокаталитических систем, функционально стабильных в условиях комбинированного стресса, вызванного органическим и минеральным ксенобиотиками.
Библиографические ссылки
1. Баяндина Е.А и др. Устойчивость коллекционных штаммов родококков к воздействию экотоксиканта – этоксилированного нонилфенола // Вестник Пермского университета. Сер. Биология. 2023. Вып. 4. С. 337–348. DOI: 10.17072/1994-9952-2023-4-337-348. EDN: EGMVIP.
2. Ившина И.Б. и др. Актиномицеты Rhodococcus ruber – ключевые и универсальные биоокислители газообразных алканов С2-С4 // Микробиология. 2025. Т. 94, № 1. С. 3–32. DOI: 10.7868/S3034546425010019. EDN: HEPVUL.
3. Ившина И.Б., Криворучко А.В., Куюкина М.С. Биоразнообразие и систематика микроорганизмов: учеб. пособие. Пермь, 2019. 304 с.
4. Каталог штаммов Региональной профилированной коллекции алканотрофных микроорганизмов / под ред. И.Б. Ившиной. М.: Наука, 1994. 163 с.
5. Bayandina E.A. et al. Resistance of Rhodococcus ruber biofilms to CuO nanoparticles depending on exopolymer matrix composition // Acta Biomedica Scientifica. 2022. Vol. 7, № 5 1. P. 100–109. DOI: 10.29413/ABS.2022-7.5-1.11. EDN: OSIPVT.
6. Bendinger B. et al. Physicochemical cell surface and adhesive properties of coryneform bacteria related to the presence and chain length of mycolic acids // Applied and Environmental Microbiology. 1993. Vol. 59, № 11. P. 3973–3977. DOI: 10.1128/aem.59.11.3973-3977.1993.
7. Corvini P.F., Schäffer A., Schlosser D. Microbial degradation of nonylphenol and other alkylphenols – our evolving view // Applied Microbiology and Biotechnology. 2006. Vol. 72, № 2. P. 223–243. DOI: 10.1007/s00253-006-0476-5. EDN: GJQHVS.
8. Dorobantu L.S., Goss G.G., Burrell R E. Atomic force microscopy: a nanoscopic view of microbial cell surfaces // Micron. 2012. Vol. 43, № 12. P. 1312–1322. DOI: 10.1016/j.micron.2012.05.005. EDN: MIGXEQ.
9. Flemming H.-C., Wingender J. The biofilm matrix // Nature Reviews Microbiology. 2010. Vol. 8. P. 623–633. DOI: 10.1038/nrmicro2415.
10. Ikuma K., Decho A.W., Lau B.L.T. When nanoparticles meet biofilms – interactions guiding the environmental fate and accumulation of nanoparticles // Frontiers in Microbiology. 2015. Vol. 6. Art. 591. DOI: 10.3389/fmicb.2015.00591.
11. Krivoruchko A., Nurieva D., Ivshina I. Extracellular polymeric substances produced by actinomycetes of the genus Rhodococcus for biomedical and environmental applications // International Journal of Molecular Sciences. 2026. Vol. 25, № 1. Art. 498. DOI: 10.3390/ijms25010498. ЕDN: IAZEDR.
12. Kuyukina M.S., Bayandina E.A., Ivshina I.B. Interactions of microbial biofilms with metal nanoparticles in the context of bioremediation // Folia Microbiologica. 2026. DOI: 10.1007/s12223-026-01459-5. EDN: VSREKR.
13. Kuyukina M.S. et al. Adaptations of Rhodococcus rhodochrous biofilms to oxidative stress induced by copper(II) oxide nanoparticles // Langmuir. 2025. Vol. 41, № 2. P. 1356–1367. DOI: 10.1021/acs.langmuir.4c03987. EDN: TKAQSJ.
14. Kuyukina M.S., Glebov G.G., Ivshina, I.B. Effects of Nickel nanoparticles on Rhodococcus cell surface morphology and nanomechanical properties // Nanomaterials. 2022. Vol. 12. Art. 951. DOI: 10.3390/nano12060951. EDN: GJWADT.
15. Lu D. et al. Behavioral disorders caused by nonylphenol and strategies for protection // Chemosphere. 2021. Vol. 275. Art. 129973. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2021.129973. EDN: ZHJTSA.
16. Lu J. et al. Biodegradation of nonylphenol ethoxylates by Bacillus sp. LY capable of heterotrophic nitrification // FEMS Microbiology Letters. 2008. Vol. 280, № 1. P. 28–33. DOI: 10.1111/j.1574-6968.2007.01039x.
17. Miao L. et al. Low concentrations of copper oxide nanoparticles alter microbial community structure and function of sediment biofilms // Science of the Total Environment. 2019. Vol. 653. P. 705–713. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2018.10.354.
18. Mishra S. et al. Biofilm-mediated bioremediation is a powerful tool for the removal of environmental pollutants // Chemosphere. 2022. Vol. 294. Art. 133609. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2022.133609. EDN: RDXSCZ.
19. Pen Y. et al. Effect of extracellular polymeric substances on the mechanical properties of Rhodococcus // Biochimica et Biophysica Acta (BBA) – Biomembranes. 2015. Vol. 1848, iss. 2. P. 518–526. DOI: 10.1016/j.bbamem.2014.11.007. EDN: URKWKF.
20. Servos M.R. Review of the aquatic toxicity, estrogenic responses and bioaccumulation of alkylphenols and alkylphenol polyethoxylates // Water Quality Research Journal. 1999. Vol. 34, № 1. P. 123–178. DOI: 10.2166/wqrj.1999.005.
21. Xu W. et al. Unveiling the occurrence, ecotoxicity, risks, and removal of major nonylphenol ethoxylate alternatives in the aquatic environment // ACS ES&T Water. 2026. Vol. 6(4). P. 2033–2046. DOI: 10.1021/acsestwater.5c01293. EDN: HHSRWM.
22. Zhang J. et al. Biotransformation of nonylphenol ethoxylates during sewage treatment under anaerobic and aerobic conditions // Journal of Environmental Sciences (China). 2008. Vol. 20, № 2. P. 135–141. DOI: 10.1016/s1001-0742(08)60021-2.
23. Zhang W., Hughes J., Chen Y. Impacts of hematite nanoparticle exposure on biomechanical, adhesive, and surface electrical properties of Escherichia coli cells // Appl. Environ. Microbiol. 2012, Vol. 78, № 11. Р. 3905–3915. DOI: 10.1128/AEM.00193-12. EDN: RIZMDT.
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Лицензионный договор на право использования научного произведения в научных журналах, учредителем которых является Пермский государственный национальный исследовательский университет
Текст Договора размещен на сайте Пермского государственного национального исследовательского университета http://www.psu.ru/, а также его можно получить по электронной почте в «Отделе научных периодических и продолжающихся изданий ПГНИУ»: YakshnaN@psu.ru или в редакциях научных журналов ПГНИУ.
