ecodagЮг России: экология, развитиеSouth of Russia: ecology, development1992-10982413-0958State Institute of Applied Ecology of the Republic of Dagestan10.18470/1992-1098-2023-3-118-125ecodag-2914Research ArticleЭКОЛОГИЯ МИКРООРГАНИЗМОВКолиформные бактерии как компоненты биопленок навозных стоковColiform bacteria as components in biofilm of manure effluentshttps://orcid.org/0000-0001-9695-7146ПилипЛ. В.PilipL. V.

Лариса В. Пилип, кандидат ветеринарных наук, доцент, кафедра зоогигиены, физиологии и биохимии

610000, г. Киров, Октябрьский проспект, 133

Тел. +79991008078

Larisa V. Pilip, Candidate of Veterinary Sciences, Professor, Chair, Zoohygiene, Physiology and Biochemistry

133 Oktyabrsky Ave, Kirov, 610000

Tel. +79991008078

pilip_larisa@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8049-6760СырчинаН. В.SyrchinaN. V.

Надежда В. Сырчина

Киров

Nadezhda V. Syrchina

Kirov

https://orcid.org/0000-0003-4919-0047АшихминаТ. Я.AshikhminaT. Ya.

Тамара Я. Ашихмина

Киров

Tamara Ya. Ashikhmina

Syktyvkar

https://orcid.org/0000-0001-6147-3555КолеватыхЕ. П.KolevatykhE. P.

Екатерина П. Колеватых

Киров

Ekaterina P. Kolevatykh

Kirov

Вятский государственный агротехнологический университетVyatka State Agrotechnological UniversityВятский государственный университетVyatka State UniversityВятский государственный университет; Институт биологии Коми научного центра Уральского отделения РАНVyatka State University; Institute of Biology, Komi Science Centre, Ural Branch, Russian Academy of SciencesКировский государственный медицинский университетKirov State Medical University202302112023183118125Copyright © Пилип Л.В., Сырчина Н.В., Ашихмина Т.Я., Колеватых Е.П., 20232023Пилип Л.В., Сырчина Н.В., Ашихмина Т.Я., Колеватых Е.П.Pilip L.V., Syrchina N.V., Ashikhmina T.Y., Kolevatykh E.P.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ecodag.elpub.ru/ugro/article/view/2914

Цель. Изучить внутривидовое разнообразие колиформных бактерий, представленных в микробных сообществах биопленок свиных навозных стоков (НС) и оценить влияние химических реагентов на состав микробных консорциумов и некоторые свойства бактерий рода Escherichia.Материал и методы. Биопленки НС получали в лабораторных условиях, изучали их качественный и количественный микробный состав. Для обработки НС применяли растворы H2SO4 и NaOCl. Состав микробиоты определяли методом посева на питательные среды.Результаты. Преобладающими группами микроорганизмов в биопленках НС были облигатно-и факультативно-анаэробные бактерии родов Clostridium, Bacteroides и Escherichia. Род Escherichia представлен E. coli, E. fergusonii, E. hermannii (Atlantibacter hermannii), E. blattae (Shimwellia blattae), E. coli inactive, E. vulneris с различной биохимической активностью. Повышенным колонизационным потенциалом, способствующим выживаемости популяций бактерий в микробном консорциуме, обладают Escherichia fergusonii, Escherichia coli inactive, Escherichia vulneris. Бактерии рода Escherichia способны образовывать ассоциации с факультативным анаэробом Proteus vulgaris и дрожжами Rhodotorula glutinis. Выявлена значительная устойчивость E. сoli к воздействию химических реагентов, используемых для обезврежи- вания и устранения запаха НС (H2SO4 до рН 5,5±0,1; внесение 12,5 мг/л активного хлора в составе NaOCl). Обработка НС не привела к полной гибели E. сoli, однако снизило концентрацию на 2 порядка. Использование указанных химических препаратов позволяет снизить общий объем выделяющихся газов на 30–40% и уменьшить интенсивность неприятного запаха.Заключение. Полученные результаты могут найти практическое применение при разработке составов биопрепаратов для снижения запаха и повышения эффективности рациональной утилизации побочных продуктов животноводства.

Aim. To study the intraspecific diversity of coliform bacteria represented in microbial communities in biofilms of manure effluents (ME), as well as to evaluate the effect of chemical reagents on the composition of microbial consortia and some properties of bacteria of the genus Escherichia.Material and Methods. Biofilms of ME were obtained under laboratory conditions and their qualitative and quantitative microbial composition studied. H2SO4 and NaOCl solutions were used for entry into ME. The composition of the microbiota was determined by the method of inoculation on nutrient media.Results. The dominant groups of microorganisms in biofilms of ME were obligate and facultative anaerobic bacteria of the genera Clostridium, Bacteroides and Escherichia. The genus Escherichia is represented by E. coli, E. fergusonii, E. hermannii (Atlantibacter hermannii), E. blattae (Shimwellia blattae), E. coli inactive and E. vulneris with varying biochemical activity. Escherichia fergusonii, Escherichia coli inactive and Escherichia vulneris have increased colonization potential, which contributes to the survival of bacterial populations in the bacterial consortium. Bacteria of the genus Escherichia are able to form associations with the facultative anaerobe Proteus vulgaris and the yeast Rhodotorula glutinis. The significant resistance of E. coli to the effects of chemical reagents used to neutralize and eliminate the smell of ME (H2SO4 to pH 5.5±0.1; introduction of 12.5 mg/l of active chlorine in NaOCl) was revealed. ME treatment did not lead to the complete death of E. coli. However, it reduced the concentration by 2 orders of magnitude. The use of these chemicals can reduce the total volume of gases released by 30–40% and reduce the intensity of unpleasant u.Conclusions. The results obtained can find practical application in the development of formulations of biological products to reduce odour and improve the efficiency of rational disposal of animal by-products.

Побочные продукты животноводствабиопленкиколиформные бактерииEscherichiaконсортивные связи микроорганизмовBy-products of animal husbandrybiofilmscoliform bacteriaEscherichiaconsort bonds of microorganismsРабота выполнена в рамках государственного задания ИБ ФИЦ Коми НЦ УрО РАН по теме: «Структура и состояние компонентов техногенных экосистем подзоны южной тайги», номер государственной регистрации в ЕГИСУ № 1220401000325.The study was supported by the framework of the state task of the Institute of Biology, Federal Research Centre, Komi Scientific Centre, Ural Branch, Russian Academy of Sciences on the topic: «Structure and State of the Components of Technogenic Ecosystems in the Southern Taiga Subzone», state registration number EGISU N 1220401000325.ReferencesДанилова Н.В., Галицкая П.Ю., Селивановская С.Ю. Мультирезистентность бактерий к ветеринарным антибиотикам в образцах навоза и помета сельскохозяйственных животных // Ученые записки Казанского университета. 2016. N 4. С. 507–516.Danilova N.V., Galitskaya P.Yu., Selivanovskaya S.Yu. Multiresistance of bacteria to veterinary antibiotics in samples of manure and droppings of agricultural animals. Uchenye zapiski Kazanskogo universiteta [Scientific notes of Kazan State University]. 2016, no. 4. pp. 507–516. (In Russian)Трифонова Т.А., Космачева А.Г., Чеснокова С.М. Влияние антибиотиков на целлюлозолитическую и нитрифицирующую активности серой лесной почвы // Юг России: экология, развитие. 2020. N 15(4). С. 52–62. https://doi.org/10.18470/1992-1098-2020-4-52-62Trifonova T.A., Kosmacheva A.G., Chesnokova S.M. Effect of antibiotics on the cellulolytic and nitrification activity of gray forest soil. South of Russia: ecology, development, 2020, no. 15(4), pp. 52–62. (In Russian) https://doi.org/10.18470/1992-1098-2020-4-52-62Kaper J.B., Nataro J.P., Mobley H.L.T. Pathogenic Escherichia coli // Nature reviews microbiology. 2004. Т. 2. N 2. C. 123–140. https://doi.org/10.1016/j.ijmm.2005.06.008Kaper J.B., Nataro J.P., Mobley H.L.T. Pathogenic Escherichia coli. Nature reviews microbiology, 2004, vol. 2, no. 2, pp. 123–140. https://doi.org/10.1016/j.ijmm.2005.06.008Литусов Н.В. Эшерихии. Екатеринбург: УГМА, 2016. 36 с.Litusov N.V. Esherikhii [Escherichia]. Ekaterinburg, USMA, 2016, 36 р. (In Russian)Zhu J. A review of microbiology in swine manure odor control // Agriculture, Ecosystems and Environment. 2000. T. 78. pp. 93–106. https://doi.org/10.1016/S0167-8809(99)00116-4Zhu J. A review of microbiology in swine manure odor control. Agriculture, Ecosystems and Environment, 2000, vol. 78, pp. 93–106. https://doi.org/10.1016/S0167-8809(99)00116-4Сырчина Н.В., Пилип Л.В., Ашихмина Т.Я. Контроль запахового загрязнения атмосферного воздуха (обзор) // Теоретическая и прикладная экология. 2022. N 2. С. 26–34. https://doi.org/10.25750/1995-4301-2022-2-026-034Syrchina N.V., Pilip L.V., Ashikhmina T.Ya. Control of odor pollution of atmospheric air (review). Theoretical and applied ecology, 2022, no. 2. рр. 26–34. (In Russian) https://doi.org/10.25750/1995-4301-2022-2-026-034Mackie R.I., Stroot P.G., Varel V.H. Biochemical identification and biological origin of key odor components in livestock waste // Journal of Animal Science. 1998. Т. 76. С. 1331–1342. https://doi.org/10.2527/1998.7651331xMackie R.I., Stroot P. G., Varel V. H. Biochemical identification and biological origin of key odor components in livestock waste. Journal of Animal Science, 1998, vol. 76, pp. 1331–1342. https://doi.org/10.2527/1998.7651331xПилип Л.В., Сырчина Н.В. Роль аммонификаторов в эмиссии аммиака из свиных навозных стоков // Известия КГТУ. 2023. N 68. С. 46–54. https://doi.org/10.46845/1997-3071-2023-68-46-54Pilip L.V., Syrchina N.V. The importance of microorganisms-ammonifiers of manure effluents in the emission of ammonia. KSTU News, 2023, no. 68. рр. 46–54. (In Russian) https://doi.org/10.46845/1997-3071-2023-68-46-54Popescu G.A., Daha I., Popescu C., Mitache E. Staphylococcus aureus and Escherichia hermanii in diabetes patient // Emerging Infectious Diseases. 2004. N 10(7). С. 1335–1337. https://doi.org/10.3201/eid1007.030567Popescu G.A., Daha I., Popescu C., Mitache E. Staphylococcus aureus and Escherichia hermanii in diabetes patient. Emerging Infectious Diseases, 2004, no. 10(7), pp. 1335–1337. https://doi.org/10.3201/eid1007.030567Savini V., Catavitello C., Talia M., Manna A. et al. Multidrug-resistant Escherichia fergusonii: a case of acute cystitis // Clinical Microbiology. 2008. N 46(4). С. 1551–1552. https://doi.org/10.1128/JCM.01210-07Savini V., Catavitello C., Talia M., Manna A. et al. Multidrug-resistant Escherichia fergusonii: a case of acute cystitis. Clinical Microbiology, 2008, no. 46(4), pp. 1551–1552. https://doi.org/10.1128/JCM.01210-07Leung J.M., Gallant C.V. Infections due to Escherichia and Shigella // Reference Module in Biomedical Sciences: Reference Module in Biomedical Sciences. 2014. N 6. С. 1–10. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-801238-3.05090-XLeung J.M., Gallant C.V. Infections due to Escherichia and Shigella. Reference Module in Biomedical Sciences: Reference Module in Biomedical Sciences, 2014, no. 6, pp. 1–10 https://doi.org/10.1016/B978-0-12-801238-3.05090-XЧастоедова Е.В., Колеватых Е.П. Вегетация редких видов бактерий рода Escherichia на слизистых оболочках влагалища женщин репродуктивного возраста // Вятский медицинский вестник. 2017. N 1(53). С. 52–56.Сhastodoeva E.V., Kolevatykh E.P. Vegetation rare species of bacteria of the genus Escherichia in the vaginal mucous membranes of reproductive age women. Vyatskii meditsinskii vestnik [Vyatka Medical Bulletin]. 2017, no. 1(53). рр. 52–56. (In Russian)Brenner K., Karig D.K., Weiss R., Arnold F.H. Engineered bidirectional communication mediates a consensus in a microbial biofilm consortium // Proceedings of the National Academy of Sciences. 2007. Т. 104. N 44. С. 17300-17304. https://doi.org/10.1073/pnas.0704256104Brenner K., Karig D.K., Weiss R., Arnold F.H. Engineered bidirectional communication mediates a consensus in a microbial biofilm consortium. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2007, vol. 104, no. 44, рр. 17300–17304. https://doi.org/10.1073/pnas.0704256104Qingxin M., Yang W., Men M., Bello A., Xu X., Xu B., Deng L., Jiang X., Sheng S., Wu X., Han Y., Zhu H. Microbial community succession and response to environmental variables during cow manure and corn straw composting // Frontiers in microbiology. 2019. T. 10. C. 93–106. https://doi.org/10.3389/fmicb.2019.00529Qingxin M., Yang W., Men M., Bello A., Xu X., Xu B., Deng L., Jiang X., Sheng S., Wu X., Han Y., Zhu H. Microbial community succession and response to environmental variables during cow manure and corn straw composting. Frontiers in microbiology, 2019, vol. 10, pp. 93–106. https://doi.org/10.3389/fmicb.2019.00529Wan J., Wang X., Yang T., Wei Z., Banerjee S., Friman V., Mei X., Xu Y., Shen Q. Livestock manure type affects microbial community composition and assembly during composting // Frontiers in Microbiology. 2021. T. 12. C. 93–106. https:///10.3389/fmicb.2021.621126Wan J., Wang X., Yang T., Wei Z., Banerjee S., Friman V., Mei X., Xu Y., Shen Q. Livestock manure type affects microbial community composition and assembly during composting. Frontiers in Microbiology, 2021, vol. 12, pp. 93–106. https:///10.3389/fmicb.2021.621126Zhou K., Qiao, K., Edgar S., Stephanopoulos G. Distributing a metabolic pathway among a microbial consortium enhances production of natural products // Nature biotechnology. 2015. T. 33. N 4. C. 377–383. https://doi.org/10.1038/nbt.3095Zhou K., Qiao, K., Edgar S., Stephanopoulos G. Distributing a metabolic pathway among a microbial consortium enhances production of natural products. Nature biotechnology, 2015, vol. 33, no. 4, pp. 377–383. https://doi.org/10.1038/nbt.3095Wang C., Liwei M., Park J.B., Jeong S.H., Wei G., Wang Y., Kim S.W. Microbial platform for terpenoid production: Escherichia coli and yeast // Frontiers in microbiology. 2018. T. 9. C. 2460–2472. https://doi.org/10.3389/fmicb.2018.02460Wang C., Liwei M., Park J.B., Jeong S.H., Wei G., Wang Y., Kim S.W. Microbial platform for terpenoid production: Escherichia coli and yeast. Frontiers in microbiology, 2018, vol. 9, pp. 2460–2472. https://doi.org/10.3389/fmicb.2018.02460Shong J., Diaz M.R.J., Collins C.H. Towards synthetic microbial consortia for bioprocessing // Current Opinion in Biotechnology. 2012. T. 23. N 5. C. 798–802. https://doi.org/10.1016/j.copbio.2012.02.001Shong J., Diaz M.R.J., Collins C.H. Towards synthetic microbial consortia for bioprocessing. Current Opinion in Biotechnology, 2012, vol. 23, no. 5, pp. 798–802. https://doi.org/10.1016/j.copbio.2012.02.001Kim B.N., Ahn J.Y., Song M.S., Kim H., Yu К., Kim S., Wee J., Kim Y., Min, J. Development of odorous gases reduction agents using recombinant yeast-derived extract // Toxicology and Environmental Health Sciences. 2019. T. 11. C. 271–277. https://doi.org/10.1007/s13530-019-0420-6Kim B.N., Ahn J.Y., Song M.S., Kim H., Yu К., Kim S., Wee J., Kim Y., Min, J. Development of odorous gases reduction agents using recombinant yeast-derived extract. Toxicology and Environmental Health Sciences, 2019, vol. 11, pp. 271–277. https://doi.org/10.1007/s13530-019-0420-6Терехов В.И., Сердюченко И.В. Бактерии рода Escherichia (Аналитический обзор) // Вестник ветеринарии. 2016. N 2(77). С. 35–42.Terekhov V.I., Serdyuchenko I.V. Bacteria of the genus Escherichia (analytical review). Vestnik veterinarii [Veterinary Bulletin]. 2016, no. 2(77), рр. 35–42. (In Russian)Сырчина Н.В., Пилип Л.В., Колеватых Е.П., Ашихмина Т.Я., Кузнецов Д.А. Влияние гипохлорита натрия на микробиоту и запах навозных стоков // Поволжский экологический журнал. 2023. N 1. С. 107–116. https://doi.org/10.35885/1684-7318-2023-1-107-116Syrchina N.V., Pilip L.V., Kolevatykh E.P., Ashikhmina T.Ya., Kuznetsov D.A. Effect of sodium hypochlorite on the microbiota and odor of manure effluents. Povolzhskiy journal of Ekology, 2023, no. 1, рр. 107–116. (In Russian) https://doi.org/10.35885/1684-7318-2023-1-107-116Пилип Л.В., Козвонин В.А., Сырчина Н.В., Колеватых Е.П., Ашихмина Т.Я. Влияние подкисления навозных стоков на их микробиологические характеристики // Теоретическая и прикладная экология. 2020. N 3. С. 161–167. https://doi.org/10.25750/1995-4301-2020-3-161-167Pilip L.V., Kozvonin V.A., Syrchina N.V., Kolevatykh E.P., Ashikhmina T.Ya. Effects of acidifying manure effluent on its microbiological characteristics. Theoretical and applied ecology, 2020, no. 3, рр. 161–167. (In Russian) https://doi.org/10.25750/1995-4301-2020-3-161-167

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