izvkgtuИзвестия КГТУKSTU News1997-3071Калининградский государственный технический университет10.46845/1997-3071-2024-73-24-35izvkgtu-103Research ArticleБИОЛОГИЯ, ЭКОЛОГИЯ И РЫБНОЕ ХОЗЯЙСТВОBIOLOGY, ECOLOGY AND FISHERIESВлияние синтетических поверхностно-активных веществ на микробный состав биопленки навозных стоковThe influence of synthetic surfactants on the microbial composition of manure biofilmhttps://orcid.org/0000-0001-9695-7146ПилипЛ. В.PilipL. V.

Лариса Валентиновна Пилип, кандидат ветеринарных наук, доцент кафедры зоогигиены, физиологии и биохимии

Киров

Larisa V. Pilip, PhD in Veterinary, Associate Professor of the Department of Zoological Hygiene, Physiology and Biochemistry

Kirov

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

Надежда Викторовна Сырчина, кандидат химических наук, доцент кафедры фундаментальной химии и методики обучения химии, старший научный сотрудник лаборатории биомониторинга ВятГУ и Коми научного центра Уральского отделения Российской академии наук

Киров

Nadezhda V. Syrchina, PhD in Chemistry, Associate Professor of the Department of Fundamental Chemistry and Chemistry Teaching Methods, Senior Researcher of the Laboratory of Biomonitoring of Vyatka State University and Komi of the research center of Ural division of the Russian Academy of Sciences

Kirov

nvms1956@mail.ruВятский государственный агротехнологический университетРоссияVyatka State UniversityRussian FederationВятский государственный университетРоссияVyatka State Agrotechnological UniversityRussian Federation2024200320250732435Copyright © Пилип Л.В., Сырчина Н.В., 20252025Пилип Л.В., Сырчина Н.В.Pilip L.V., Syrchina N.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://journal.klgtu.ru/jour/article/view/103

Изучение состава, структуры и коммуникации между различными микроорганизмами в биопленках является приоритетным направлением развития экологической микробиологии. В составе биопленок бактерии, грибы, простейшие и другие микроорганизмы становятся более устойчивыми к действию неблагоприятных факторов внешней среды. Микроорганизмы, формирующие биопленки, колонизируют различные поверхности, а также кожу и слизистые оболочки животных и человека, приобретают антибиотикорезистентность и устойчивость к дезинфицирующим веществам. Цель работы заключалась в оценке влияния различных типов синтетических поверхностно-активных веществ на состав биопленок, формирующихся на поверхности свиных навозных стоков. Синтетические поверхностно-активные вещества широко используются в различных отраслях, в том числе в промышленном животноводстве, преимущественно в виде моющих средств и фармакологических препаратов. Биопленки с поверхности навозных стоков извлекали с соблюдением правил асептики и антисептики через 14 суток после начала эксперимента. Микробиологические исследования показали, что внесение катионактивных, неионогенных и анионактивных синтетических поверхностно-активных веществ приводит к существенной трансформации микро- биоты биопленки – превалированию грибов Aspergillus ssp. и Candida sp. (44,5– 55,2 %) над грамположительными микрорганизмами, характерными для контрольного варианта (81,49%), и формированию более плотных биопленок, способных снижать процессы газовыделения и запаховую нагрузку от навозных стоков. Под влиянием синтетических поверхностно-активных веществ из состава биопленок исчезли Staphylococcus epidermidis, Lactobacillus ssp. и Bifidobacterium ssp., а в варианте с анионактивными веществами также Bacteroides sp. и Pseudomonas sрp. Наибольшую устойчивость к синтетическим поверхностно- активным веществам проявили Clostridium ssp.

The study of the composition, structure and communication between various microorganisms in biofilms is a priority direction of the development of environmental microbiology. Being a part of the biofilms bacteria, fungi, protozoa and other microorganisms become more resistant to the effects of adverse environmental factors. Microorganisms that form biofilms colonize various surfaces, as well as the skin and mucous membranes of animals and humans, acquire antibiotic resistance and resistance to disinfectants. The aim of the work was to assess the effect of various types of syn- thetic surfactants on the composition of biofilms formed on the surface of pig manure effluents. Surfactants are widely used in various industries, including industrial animal husbandry, mainly in the form of detergents and pharmacological preparations. Biofilms were removed from the surface of the manure effluents in compliance with the rules of asepsis and antiseptics 14 days after the start of the experiment. Microbiological studies have shown that the introduction of cationic surfactants, nonionic surfactants and anionactive surfactants leads to a significant transformation of the biofilms microbiota: the prevalence of fungi Aspergillus ssp. and Candida sp. (44.5–55.2%) over gram-positive microorganisms, characteristic of the control variant (81.49%), and the formation of denser biofilms, capable of reducing the processes of gas emission and odor load from manure effluents. Under the influence of surfactants from biofilms, Staphylococcus epidermidis, Lactobacillus ssp. disappeared from the composition of biofilms and Bifidobacterium ssp., and in the variant with anionactive surfactants also Bacteroides sp. and Pseudomonas spp. Clostridium ssp. showed the greatest resistance to surfactants.

поверхностные биопленкинавозные стокимикробиота навозных стоковповерхностно-активные веществаклостридиикатионактивные ПАВнеионогенные ПАВанионактивные ПАВsurface biofilmsmanure effluentsmicrobiota of manure effluentssurfactantsClostridiacationic surfactantsnonionic surfactantsanionic surfactantsReferencesFlemming H. C. Biofouling and me: my Stockholm syndrome with biofilms // Water Research. 2020. N 173. Р. 115576, https://doi.org/10.1016/j.watres.2020.115576.Flemming H. C. Biofouling and me: my Stockholm syndrome with biofilms Water Research, 2020, nо. 173, рр. 115576, https://doi.org/10.1016/j.watres.2020.115576.Влияние мутаций в синтезе липополисахаридов и полисахаридов, связывающих калькофлуор, на формирование биопленок Azospirillum brasilense / А. В. Шелудько, О. В. Кулибякина, А. А. Широков, Л. П. Петрова, Л. Ю. Матора, Е. И. Кацы // Микробиология. 2008. Т. 77. № 3. С. 358–363.Sheludko A. V., Kulibyakina O. V., Shirokov A. A., Petrova L. P., Matora L. Yu., Katsy E. I. Vliyanie mutatsiy v sinteze lipopolisakharidov i polisakharidov, svyazyvayushchikh kalkofluor, na formirovanie bioplenok Azospirillum brasilense [The effect of mutations affecting synthesis of lipopolysaccharides and calcofluor-binding polysaccharides on biofilm formation by Azospirillum brasilense]. Мicrobiology, 2008, vol. 77, nо. 3, рр. 358–363.Flemming H. C., Wingender J. The biofilm matrix // Nature reviews microbiology. 2010. V. 8. N 9. Р. 623–633.Flemming H. C., Wingender J. The biofilm matrix. Nature reviews microbiology, 2010, vol. 8, no. 9, рр. 623–633.Sun P., Gao M., Wu Y. Microflora of surface layers in aquatic environments and its usage // Clean water and sanitation. 2020. P. 1–9, https://doi.org/10.1007/978-3-319-70061-8_95-1.Sun P., Gao M., Wu Y. Microflora of surface layers in aquatic environments and its usage. Clean water and sanitation, 2020, рр. 1–9, https://doi.org/10.1007/978-3-319-70061-8_95-1.Трансформация микробиоты отходов животноводства под влиянием химических реагентов для устранения запаха / Е. П. Колеватых, Л. В. Пилип, Н. В. Сырчина, В. А. Козвонин, Т. Я. Ашихмина // Теоретическая и прикладная экология. 2022. № 4. С. 159–165, https://doi.org/10.25750/1995-4301-2022-4-159-165.Kolevatykh E. P., Pilip L. V., Syrchina N. V., Kozvonin V. A., Ashikhmina T. Ya. Transformatsiya mikrobioty otkhodov zhivotnovodstva pod vliyaniem khimicheskikh reagentov dlya ustraneniya zapakha [Transformation of the microbiota of animal husbandry waste under the influence of chemical reagents to eliminate odor]. Theoretical and Applied Ecology, 2022, nо. 4, рр. 159–165, https://doi.org/10.25750/1995-4301-2022-4-159-165.Vishwakarma V. Impact of environmental biofilms: industrial components and its remediation // Journal of Basic Microbiology. 2020. N 60. Р. 198– 206, https://doi.org/10.1002/jobm.201900569.Vishwakarma V. Impact of environmental biofilms: industrial components and its remediation. Journal of Basic Microbiology, 2020, nо. 60, рр. 198– 206, https://doi.org/10.1002/jobm.201900569.Positive biofilms to guide surface microbial ecology in livestock buildings / V. Guéneau, J. Plateau-Gonthier, L. Arnaud, J. C. Piard, M. Castex, & Briandet // Biofilm. 2022. V. 4. P. 100075, https://doi.org/10.1016/j.bioflm.2022.100075.Guéneau V., Plateau-Gonthier J., Arnaud L., Piard J. C., Castex M. Positive biofilms to guide surface microbial ecology in livestock buildings. Biofilm, 2022, vol. 4, рр. 100075, https://doi.org/10.1016/j.bioflm.2022.100075.Metagenomic insights into taxonomic, functional diversity and inhibitors of microbial biofilms / М. Imchen, V. T. Anju, S. Busi, S. M. Mohan, P. Subhaswaraj, M. Dyavaiah., R. Kumavath // Microbiological Research. 2022. V. 265. Р. 127207, https://doi.org/10.1016/j.micres.2022.127207.Imchen М., Anju V. T., Busi S., Mohan S. M., Subhaswaraj P., Dyavaiah M. ., Kumavath R. Metagenomic insights into taxonomic, functional diversity and inhibitors of microbial biofilms. Microbiological Research, 2022, vol. 265, рр. 127207, https://doi.org/10.1016/j.micres.2022.127207.Влияние различных типов поверхностно-активных веществ на эмиссию газов и микробиоту жидкой фракции навозных стоков / Л. В. Пилип, Н. В. Сырчина, Е. П. Колеватых, В. В. Рутман // Теоретическая и прикладная экология. 2023. № 3. С. 59–72, https://doi.org/10.25750/1995-4301-2023-3-059-072.Pilip L. V., Syrchina N. V., Kolevatykh E. P., Rutman V. V. Vliyanie razlichnykh tipov poverkhnostno-aktivnykh veshchestv na emissiyu gazov i mikrobiotu zhidkoy fraktsii navoznykh stokov [Influence of various types of surfactants on gas emissions and microbiota of the liquid fraction of manure effluents]. Theoretical and Applied Ecology, 2023, nо. 3, рр. 59–72, https://doi.org/10.25750/1995-4301-2023-3-059-072.Пилип Л. В., Сырчина Н. В. Роль аммонификаторов в эмиссии аммиака из свиных навозных стоков // Известия КГТУ. 2023. № 68. С. 46–54, https://doi.org/10.46845/1997-3071-2023-68-46-54.Pilip L. V., Syrchina N. V. Rol’ ammonifikatorov v emissii ammiaka iz svinykh navoznykh stokov [The importance of microorganisms-ammonifiers of manure effluents in the emission of ammonia]. Izvestiya KGTU, 2023, nо. 68, рр. 46–54, https://doi.org/10.46845/1997-3071-2023-68-46-54.Биологическое загрязнение пахотных земель отходами свиноводства / Л. В. Пилип, Н. В. Сырчина, В. А. Козвонин, Е. П. Колеватых, Т. Я. Ашихмина, А. В. Сазанов // Теоретическая и прикладная экология. 2022. № 3. С. 199–205, https://doi.org/10.25750/1995-4301-2022-3-199-205.Pilip L. V., Syrchina N. V., Kozvonin V. A., Kolevatykh E. P., Ashikhmina T. Ya., Sazanov A. V. Biologicheskoe zagryaznenie pakhotnykh zemel’ otkhodami svinovodstva [Biological contamination of arable land with pig waste]. Theoretical and Applied Ecology, 2022, nо. 3, рр. 199–205, https://doi.org/10.25750/1995-4301-2022-3-199-205.Goller C. C., Romeo T. Environmental influences on biofilm development // Bacterial Biofilms. 2008. V. 322. Р. 37–66, https://doi.org/10.1007/978-3-540-75418-3_3.Goller C. C., Romeo T. Environmental influences on biofilm development. Bacterial Biofilms, 2008, vol. 322, рр. 37–66, https://doi.org/10.1007/978-3-540-75418-3_3.Synthetic and biological surfactant effects on freshwater biofilm community composition and metabolic activity / S. P. Gill, W. R. Hunter, L. E. Coulson, I. M. Banat, & J. Schelker // Applied Microbiology and Biotechnology. 2022. V. 106. N 106. P. 6847–6859, https://doi.org/110.1007/s00253-022-12179-4.Gill S. P., Hunter W. R., Coulson L. E., Banat I. M., & Schelker J. Synthetic and biological surfactant effects on freshwater biofilm community composition and metabolic activity. Applied Microbiology and Biotechnology, 2022, vol. 106, nо. 106, рр. 6847–6859, https://doi.org/110.1007/s00253-022-12179-4.Рыбальченко О. В., Бондаренко В. М., Орлова О. Г. Ультраструктура микробных биопленок при межклеточных взаимоотношениях бактерий в сообществах // Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2014. № 4. С. 87–92.Rybal’chenko O. V., Bondarenko V. M., Orlova O. G. Ultrastructure of microbial biofilms during intercellular interactions of bacteria in communities [Ultrastruktura mikrobnykh bioplenok pri mezhkletochnykh vzaimootnosheniyakh bakteriy v soobshchestvakh]. Zhurnal mikrobiologii, epidemiologii i immunobiologii, 2014, nо. 4, рр. 87–92.Farm biosecurity measures and interventions with an impact on bacterial biofilms / E. Butucel, I. Balta, D. McCleery, F. Morariu, I. Pe, C. A. Popescu, L. Stef N. Corcionivoschi // Agriculture. 2022. V. 12. N 8. P. 1251, https://doi.org/10.3390/agriculture12081251.Butucel E., Balta I., McCleery D., Morariu F., Pe I., Popescu C. A., Stef L. Corcionivoschi N. Farm biosecurity measures and interventions with an impact on bacterial biofilms. Agriculture, 2022, vol. 12, nо. 8, рр. 1251, https://doi.org/10.3390/agriculture12081251.Худяков А. А. Эффективная дезинфекция и подбор дезинфектанта // Ветеринария Кубани. 2011. № 5. С. 26–28.Khudyakov A. A. Effektivnaya dezinfektsiya i podbor dezinfektanta [Effective disinfection and selection of disinfectant]. Veterinariya Kubani, 2011, nо. 5, рр. 26–28.Cationic and anionic antimicrobial agents co-templated mesostructured silica nanocomposites with a spiky nanotopology and enhanced biofilm inhibition performance / Y. Song, Q. Sun, J. Luo, Y. Kong, B. Pan, J. Zhao, Wang Yue & C. Yu // Nano-Micro Letters. 2022. V. 14. N 1. Р. 83.Song Y., Sun Q., Luo J., Kong Y., Pan B., Zhao J., Yue Wang & Yu C. Cationic and anionic antimicrobial agents co-templated mesostructured silica nanocomposites with a spiky nanotopology and enhanced biofilm inhibition performance. Nano-Micro Letters, 2022, vol. 14, nо. 1, рр. 83.Изучение адсорбционных и кинетических характеристик природных сорбентов по отношению к катионам свинца (II) / Е. О. Куличенко, Л. П. Мыкоц, Н. А. Туховская, Л. В. Лигай, О. А. Андреева, Э. Т. Оганесян // Химия растительного сырья. 2019. № 3. С. 335–344.Kulichenko E. O., Mykots L. P., Tukhovskaya N. A., Ligay L. V., Andreeva O. A., Oganesyan E. T. Izuchenie adsorbtsionnykh i kineticheskikh kharakteristik prirodnykh sorbentov po otnosheniyu k kationam svintsa (II) [Study of adsorption and kinetic characteristics of natural sorbents with respect to plumbum (II) ions]. Khimiya rastitel'nogo syr'ya, 2019, nо. 3, рр. 335–344.Никифорова Т. Е., Козлов В. А. Закономерности влияния природы полисахаридных материалов на распределение ионов тяжелых металлов в гетерофазной системе биосорбент–водный раствор // Физикохимия поверхности и защита материалов. 2016. Т. 52. № 3. С. 243-271, https://doi.org/10.7868/S0044185616030219.Nikiforova T. E., Kozlov V. A. Zakonomernosti vliyaniya prirody polisakharidnykh materialov na raspredelenie ionov tyazhelykh metallov v geterofaznoy sisteme biosorbent–vodnyy rastvor [Regularities of the effects of the nature of polysaccharide materials on distribution of heavy metal ions in a heterophase biosorbent-water solution system]. Protection of metals and physical chemistry of surfaces, 2016, vol. 52, nо. 3, рр. 243–271, https://doi.org/10.7868/S0044185616030219.Феофилова Е. П. Клеточная стенка грибов: современные представления о составе и биологической функции // Микробиология. 2010. Т. 79. № 6. С. 723–733.Feofilova E. P. The fungal cell wall: modern concepts of its composition and biological function. Microbiology, 2010, vol. 79, nо. 6, рр. 711–720.

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