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In questo articolo

  • Riepilogo
  • Abstract
  • Introduzione
  • Protocollo
  • Risultati
  • Discussione
  • Divulgazioni
  • Riconoscimenti
  • Materiali
  • Riferimenti
  • Ristampe e Autorizzazioni

Riepilogo

Qui, presentiamo un protocollo per lo screening della biodiversità del suolo per cercare ceppi fungini coinvolti nella degradazione di materiali recalcitranti. In primo luogo, i ceppi fungini in grado di crescere su acidi umici o lignocellulosa sono isolati. La loro attività viene poi testata sia in saggi enzimatici che su inquinanti come idrocarburi e plastiche.

Abstract

L'inquinamento ambientale è un problema crescente e l'identificazione dei funghi coinvolti nel processo di biorisanamento è un compito essenziale. Il suolo ospita un'incredibile diversità di vita microbica e può essere una buona fonte di questi funghi biorisanativi. Questo lavoro mira a cercare funghi del suolo con potenziale di biorisanamento utilizzando diversi test di screening. I terreni di coltura minerale integrati con sostanze recalcitranti come unica fonte di carbonio sono stati utilizzati come test di crescita. In primo luogo, le diluizioni del suolo sono state placcate su piastre di Petri con mezzo minerale modificato con acidi umici o lignocellulosa. Le colonie fungine in crescita sono state isolate e testate su diversi substrati, come miscele complesse di idrocarburi (petrolato e olio motore usato) e polveri di diversi polimeri plastici (PET, PP, PS, PUR, PVC). Test enzimatici qualitativi sono stati associati ai test di crescita per studiare la produzione di esterasi, laccasi, perossidasi e proteasi. Questi enzimi sono coinvolti nei principali processi di degradazione del materiale recalcitrante e la loro secrezione costitutiva da parte dei ceppi fungini esaminati potrebbe avere il potenziale per essere sfruttata per il biorisanamento. Più di 100 ceppi sono stati isolati e testati e sono stati trovati diversi isolati con un buon potenziale di biorisanamento. In conclusione, i test di screening descritti sono un metodo semplice e a basso costo per identificare ceppi fungini con potenziale di biorisanamento dal suolo. Inoltre, è possibile personalizzare i test di screening per diversi inquinanti, in base alle esigenze, aggiungendo altre sostanze recalcitranti a terreni di coltura minimi.

Introduzione

Il suolo è una componente fondamentale della vita sulla Terra ed è alla base di molti ecosistemi. I minerali, la materia organica e i microrganismi nel suolo possono essere considerati come un unico sistema, con strette associazioni e interazioni che si verificano tra di loro. Le interazioni di questi composti hanno un impatto importante sui processi terrestri, sulla qualità ambientale e sulla salute dell'ecosistema1. L'inquinamento del suolo pone seri problemi ambientali in tutto il mondo. L'applicazione indiscriminata, a lungo termine ed eccessiva di sostanze recalcitranti e tossiche, come pesticidi, prodotti petroliferi, plastica e altre sostanze chimiche, ha gravi effetti sull'ecologia del suolo e, di conseguenza, può alterare il microbiota del suolo. Le comunità microbiche nei suoli sono composte da una vasta gamma di organismi in diversi stati fisiologici, la maggior parte dei quali sono batteri e funghi. Molti dei contaminanti nei suoli hanno stabilità a medio-lungo termine e la loro persistenza può portare allo sviluppo di meccanismi adattivi che consentono ai microrganismi di utilizzare sostanze recalcitranti come nutrienti 2,3. Questi microrganismi possono, quindi, essere considerati per le tecniche di biorisanamento.

Il biorisanamento cerca di mitigare gli effetti dell'inquinamento utilizzando microrganismi e i loro enzimi per la degradazione o la trasformazione dei rifiuti in composti meno tossici o non tossici. Varie specie di archaea, batteri, alghe e funghi possiedono questa capacità di biorisanamento4. Come risultato delle loro particolari azioni biodegradative, i funghi sono organismi particolarmente promettenti per il biorisanamento. Possono attaccare diversi substrati usando la loro rete ifale, consentendo loro di penetrare nella matrice del suolo in modo più efficiente rispetto ad altri microrganismi. Inoltre, possono raggiungere interstizi inaccessibili in cui i contaminanti sono difficili da rimuovere5 e possono anche sopravvivere a bassi livelli di umidità6. Inoltre, i funghi sintetizzano diverse cassette di enzimi non specifici, di solito per degradare sostanze recalcitranti naturali come cellulosa, lignina e acidi umici. Quelli che mancano del substrato bersaglio possono essere coinvolti nella degradazione di una vasta gamma di inquinanti recalcitranti, come idrocarburi, plastica e pesticidi 7,8,9,10. Pertanto, sebbene molte specie fungine siano già state segnalate come agenti di biorisanamento, vi è un crescente interesse nell'esplorazione di specie che non sono ancora state studiate per selezionare candidati per il biorisanamento di sostanze contaminanti recalcitranti. Le specie già note per avere proprietà di biorisanamento appartengono ai phyla Ascomycota 11,12,13, Basidiomycota14,15 e Mucoromycota. Ad esempio, i generi Penicillium e Aspergillus sono ben noti per essere coinvolti nella degradazione degli idrocarburi alifatici13, diversi polimeri plastici 16,17,18, metalli pesanti 19 e coloranti20. Allo stesso modo, studi condotti su funghi basidiomiceti, come Phanerochaete chrysosporium e Trametes versicolor, hanno rivelato il loro coinvolgimento nell'ossidazione di materiali recalcitranti come gli idrocarburi aromatici13 e le plastiche21. Un altro esempio di funghi coinvolti nei processi di biodegradazione sono gli zigomiceti Rhizopus spp., Mucor spp. e Cunninghamella spp.22,23. In particolare, Cunninghamella è in grado di ossidare idrocarburi aromatici ed è considerata un organismo modello per lo studio della disintossicazione di prodotti da una vasta gamma di xenobiotici13.

Ci sono diversi enzimi fungini coinvolti nei principali processi degradativi dei materiali recalcitranti 24,25, come esterasi, laccasi, perossidasi e proteasi. Le laccasi sono ossidasi contenenti rame prodotte nella cellula e successivamente secrete, che permettono l'ossidazione di una varietà di composti fenolici e aromatici. Possono degradare orto e parafenoli, i fenoli contenenti gruppi amminici, la lignina e le diammine contenenti il gruppo arilico26. Le perossidasi utilizzano il perossido di idrogeno come mediatore per degradare la lignina e altri composti aromatici. Ci sono molte perossidasi diverse, ma quelle con il maggior potenziale di degradare le sostanze tossiche sono la lignina perossidasi e la perossidasi di manganese27.

Le esterasi e le proteasi appartengono al gruppo degli enzimi extra- o ecto-cellulari, che agiscono al di fuori delle loro cellule di origine ma sono ancora legati ad esse. Questi enzimi possono catalizzare l'idrolisi di grandi molecole recalcitranti in quelle più piccole. A causa della loro bassa specificità del substrato, questi enzimi possono svolgere un ruolo chiave nel biorisanamento di vari inquinanti, come coloranti tessili, effluenti rilasciati dalle industrie della cellulosa e della carta e concia della pelle, prodotti petroliferi, materie plastiche e pesticidi 28,29,30.

Sono già stati pubblicati numerosi metodi di screening per selezionare ceppi fungini biorisanativi. Ad esempio, il mezzo di agar a base di paglia è stato utilizzato per lo screening di funghi di marciume bianco ad alto potenziale nella degradazione degli idrocarburi policiclici aromatici (IPA)31; e piccoli pezzi di legno in decomposizione sono stati posti su agar estratto di malto (MEA) per isolare i funghi in decomposizionedel legno 32. Tuttavia, la maggior parte dei metodi che sono già stati proposti selezionano funghi molto specifici per la loro attività di interesse. Questa ricerca propone un approccio più ampio per la selezione dei funghi del suolo con un più ampio raggio d'azione. Il metodo si basa sulla placcatura iniziale di diluizioni seriali di campioni di terreno su un mezzo modificato con acidi umici o lignocellulosa mescolati con antibiotici per selezionare funghi con la capacità di degradare queste sostanze recalcitranti naturali. Gli acidi umici e la lignocellulosa, infatti, sono sostanze estremamente resistenti alla biodegradazione poiché hanno strutture molecolari molto complesse, e questo permette loro di essere ottimi indicatori della capacità degradativa dei funghi testati33,34. Successivamente, i funghi selezionati nei primi test vengono sottoposti a screening per identificare quelli con il potenziale di degradare inquinanti specifici come petrolato, olio motore usato e plastica. Infine, vengono eseguiti test enzimatici qualitativi per rilevare ceppi fungini in grado di produrre enzimi coinvolti nei processi di biodegradazione di sostanze recalcitranti. A tale scopo vengono condotti test di proteasi e esterasi, mentre l'acido gallico e il guaiacolo sono utilizzati come indicatori della produzione di laccasi e di altri enzimi ligninolitici35,36. Questi substrati sono utilizzati perché è stata trovata una forte correlazione tra la capacità dei funghi di ossidarli alla loro forma di colore marrone e il possesso di capacità ligninolitica 37,38,39.

Attraverso questi protocolli, è possibile isolare ceppi fungini ad alto potenziale degradativo e un ampio spettro di azione direttamente da campioni di suolo. L'isolamento di questi ceppi fungini potrebbe aiutare a trovare nuovi candidati per scopi di biorisanamento.

Protocollo

1. Selezione di ceppi fungini in grado di degradare materiali recalcitranti dal suolo

  1. Preparazione della soluzione antibiotica.
    1. Mettere penicillina (50 mg / L), streptomicina (40 mg / L), clorttraciclina (40 mg / L), neomicina (100 mg / L) e cloramfenicolo (100 mg / L) in 250 ml di acqua sterile deionizzata.
    2. Prima di aggiungere cloramfenicolo alla soluzione antibiotica, scioglierlo in 3 ml di etanolo ≥99%.
    3. Posizionare la soluzione antibiotica su un agitatore magnetico (senza calore) con una barra di agitazione magnetica all'interno della soluzione per 10 minuti. Conservare a 4 °C.
  2. Preparazione dei mezzi di crescita.
    1. Mettere 1 g di acido umico commerciale, 3,26 g di brodo Bushnell-Haas (BH) e 15 g di agar in 1 L di acqua deionizzata e autoclave per 20 minuti a 121 °C (agar acido umico).
    2. Placcare l'acido umico agar in piastre di Petri sotto un armadio a flusso laminare.
    3. Mettere 4 g di lignocellulosa, 3,26 g di BH e 15 g di agar in 1 L di acqua deionizzata e metterlo in autoclave per 20 minuti a 121 °C (lignocellulosa agar).
    4. Impiattare l'agar lignocellulosa in piastre di Petri sotto un armadio a flusso laminare.
    5. Sotto un armadio a flusso laminare, dopo che i fluidi si sono solidificati nelle piastre di Petri, trasferire 1 mL della soluzione antibiotica sulle piastre preparate utilizzando una siringa sterile con un filtro da 0,2 μm per sterilizzarla.
    6. Distribuire uniformemente la soluzione antibiotica sulle superfici della piastra utilizzando uno spandicellulare sterile monouso a forma di L e lasciarla asciugare all'aria sotto l'armadio a flusso laminare.
    7. Mettere 20 g di brodo di estratto di malto e 15 g di agar in 1 L di acqua deionizzata e autoclave per 20 minuti a 121 °C (estratto di malto agar - MEA).
    8. Placcare il MEA in piastre di Petri sotto un armadio a flusso laminare.
  3. Campionamento del suolo e diluizioni del suolo.
    1. Campionare il terreno di interesse a una profondità di 10 cm, rimuovendo eventuali piante, erba e foglie morte dallo strato superiore e metterlo in sacchetti di polietilene sterili.
    2. Dopo aver raggiunto il laboratorio, setacciare il terreno utilizzando una rete di 2 mm, rimuovendo eventuali radici e detriti vegetali.
    3. Se non è possibile procedere immediatamente con l'analisi a valle, conservare i campioni di terreno setacciati a 4 °C.
    4. Lavorando sotto un armadio a flusso laminare, mettere 1 g di terreno setacciato in un tubo sterile da 15 ml con 10 ml di acqua deionizzata sterile (1 x 10-1 diluizione). Agitare il tubo orizzontalmente per 30 minuti.
    5. Sotto un armadio a flusso laminare, prima che la sospensione si depositi, prendere 1 mL della diluizione 1 x 10-1 con una pipetta sterile e trasferirla in un bianco di acqua deionizzata da 9 ml (1 x 10-2 diluizione). Vortice a fondo.
    6. Prima che la sospensione si depositi, prendere 1 mL della diluizione 1 x 10-2 con una pipetta sterile e trasferirla in un bianco di 9 mL di acqua deionizzata (1 x 10-3 diluizione). Vortice a fondo.
  4. Diluizioni del terreno di placcatura su mezzi selettivi.
    1. Lavorando sotto un armadio a flusso laminare, raccogliere 100 μL della diluizione 1 x 10-3 usando una micropipetta con un punto sterile e trasferirla su una capsula di Petri di agar umico. Fallo per almeno 4 o 5 piastre di Petri.
    2. Distribuire uniformemente la diluizione sulla superficie della capsula di Petri utilizzando uno spandicellulare sterile monouso a forma di L.
    3. Lasciare asciugare all'aria per 10-15 minuti sotto l'armadio a flusso laminare.
    4. Ripetere i passaggi 1.4.1.-1.4.3. utilizzando piastre di Petri di lignocellulosa.
    5. Incubare a 25 °C al buio per un massimo di 15 giorni.
  5. Isolamento di colonie fungine cresciute da mezzi selettivi a mezzi di crescita.
    1. A partire da 3 giorni dopo la preparazione, controllare quotidianamente le piastre di Petri selettive preparate per qualsiasi crescita di colonie fungine per un massimo di 15 giorni.
    2. Controlla tutte le colonie fungine presenti per somiglianze. Se necessario, preparare un vetrino da osservare al microscopio ottico.
      NOTA: L'obiettivo è quello di isolare il maggior numero di colonie fungine, ma è necessario evitare di isolare sempre lo stesso ceppo fungino da piastre diverse, quindi questo controllo è molto importante. Cerca colonie con diverse macro e micromorfologiche.
    3. Sotto un armadio a flusso laminare o in un bruciatore Bunsen, isolare ogni ceppo fungino scelto rimuovendo delicatamente una piccola parte del micelio dalla colonia con un ago di inoculazione sterile e trasferendolo in una nuova capsula di Petri MEA.
      NOTA: In questa fase, è molto importante essere delicati e precisi perché c'è un alto rischio di contaminazione dalle altre colonie fungine presenti nella capsula di Petri originale. Se sulla piastra MEA inoculata cresce più di un ceppo fungino, ripetere il passaggio 1.5.3.
    4. Incubare a 25 °C al buio per 7 giorni. Questi sono i ceppi fungini da testare ulteriormente su specifiche sostanze recalcitranti.

2. Test di crescita su sostanze recalcitranti

  1. Test di crescita sul petrolato.
    1. Trasferire 20 mL di BH liquido (3,26 g/L di BH) in flaconcini da 50 mL e sterilizzarli in autoclave a 121 °C per 20 min.
    2. Trasferire 7 mL di acqua deionizzata in flaconcini di vetro da 15 mL e aggiungere alcuni pezzi di coperchi di vetro rotti in ogni flaconcino.
    3. Sterilizzarli in autoclave a 121 °C per 20 min.
    4. Sotto l'armadio a flusso laminare, aggiungere 1 mL di petrolato a ogni flaconcino da 50 mL bh utilizzando una pipetta sterile. Conservare alcuni flaconcini con solo BH come controllo negativo.
    5. Sotto l'armadio a flusso laminare, rimuovere il micelio sulla superficie del mezzo dalle piastre MEA con i ceppi fungini scelti (preparati al punto 1.5.3.) utilizzando un ago sterile e trasferirlo in flaconcini di vetro da 15 ml con le coperture rotte.
    6. Agitare ogni fiala su un miscelatore a vortice per 2 minuti, consentendo alle coperture rotte di tagliare il cubo della colonia fungina, creando una sospensione fungina.
    7. Inoculare ogni flaconcino di petrolato con 200 μL di sospensione fungina. Fai due repliche per ogni ceppo fungino.
    8. Per il controllo negativo, mettere 200 μL di sospensione fungina in flaconcini con solo BH liquido. Inoltre, tenere un paio di flaconcini con petrolato senza alcuna inoculazione fungina per verificare la contaminazione nel mezzo.
    9. Incubare i flaconcini a 25 °C al buio e controllarli dopo 15 giorni e 30 giorni dall'inoculo.
  2. Test di crescita su olio motore usato.
    1. Mettere 3,26 g di BH e 15 g di agar in 1 L di acqua deionizzata e autoclave per 20 minuti a 121 °C (BHA).
    2. Placcare il BHA in piastre di Petri sotto un armadio a flusso laminare.
    3. Una volta solidificato, trasferire 500 μL di olio motore usato sulle piastre di Bha Petri e distribuirlo uniformemente sulle superfici delle piastre utilizzando uno spandicellulare sterile monouso a forma di L.
    4. Inoculare ogni piastra BHA dell'olio motore usata con ogni ceppo fungino, raccogliendo il micelio dalle piastre preparate al punto 1.5.3. Lavora su un bruciatore Bunsen o sotto una cappa a flusso laminare per evitare contaminazioni. Fai due repliche per ogni ceppo fungino.
    5. Per il controllo negativo, inoculare le piastre di Petri solo con BHA. Inoltre, tenere un paio di piastre BHA Petri di olio motore usate senza alcuna inoculazione fungina per verificare la contaminazione nel mezzo.
    6. Incubare le piastre di Petri a 25 °C al buio e controllarle dopo 15 giorni e 30 giorni dall'inoculo.
  3. Test di crescita su materie plastiche.
    1. Trasferire 200 μL di sospensione fungina (fasi 2.1.5.-2.1.6.) in una piastra a 96 micro pozzetti. Fai tre repliche della combinazione ceppo-plastica fungina.
    2. A ciascun pozzetto con la sospensione fungina, aggiungere 10 mg di un diverso tipo di polvere plastica (polietilene tereftalato - PET, cloruro di polivinile - PVC, polietilene ad alta densità - HDPE, polistirene - PS, poliuretano - PUR).
    3. Per il controllo negativo, invece di aggiungere la polvere di plastica, aggiungere 200 μL di soluzione di BH sterilizzata al pozzo con la sospensione fungina. Inoltre, per ogni tipo di polvere plastica, riempire un pozzetto con 200 μL di soluzione di BH sterilizzata e 10 mg di ogni polvere di plastica per verificare la contaminazione del mezzo.
    4. Incubare le piastre del microwell a 25 °C al buio e controllarle dopo 15 giorni e 30 giorni dall'inoculo.

3. Test enzimatici qualitativi

  1. Test colorimetrico qualitativo degli enzimi ligninolitici.
    1. Mettere 27 g di brodo di destrosio di patate (PD) e 15 g di agar in 1 L di acqua deionizzata e autoclavelo per 20 minuti a 121 °C (PDA).
    2. Quando il mezzo si è raffreddato un po' ma è ancora liquido, aggiungere acido gallico (5 g/L) sotto una cappa a flusso laminare e placcare il mezzo in piastre di Petri.
    3. Inoculare le piastre di acido gallico PDA + con ogni ceppo fungino, raccogliendo il micelio dalle piastre preparate al punto 1.5.3. Lavora su un bruciatore Bunsen o sotto una cappa a flusso laminare per evitare contaminazioni.
    4. Come controlli negativi, preparare le piastre di Petri con solo PDA (senza acido gallico) e inocularle con i ceppi fungini (uno per ogni ceppo fungino), così come una capsula di Petri con PDA + acido gallico e nessuna inoculazione fungina.
    5. Incubare le piastre di Petri a 25 °C al buio e controllarle dopo 7 giorni dall'inoculo.
  2. Test colorimetrico qualitativo delle laccasi.
    1. Mettere 27 g di PD e 15 g di agar in 1 L di acqua deionizzata e autoclave per 20 minuti a 121 °C (PDA).
    2. Quando il mezzo si è raffreddato un po'ma è ancora liquido, aggiungere guaiacolo (400 μL/L) sotto una cappa a flusso laminare e inserirlo in piastre di Petri.
    3. Inoculare le piastre PDA + guaiacolo con ogni ceppo fungino, raccogliendo il micelio dalle piastre preparate al punto 1.5.3. Lavora in un bruciatore Bunsen o sotto una cappa a flusso laminare per evitare qualsiasi contaminazione.
    4. Come controlli negativi, preparare le piastre di Petri con solo PDA (senza guaiacolo) E inocularle con i ceppi fungini (uno per ogni ceppo fungino), così come una capsula di Petri con PDA + guaiacolo e nessuna inoculazione fungina.
    5. Incubare le piastre di Petri a 25 °C al buio e controllarle dopo 7 giorni dall'inoculo.
  3. Test qualitativo delle proteasi.
    1. Preparare il mezzo YES aggiungendo K2HPO4 (1 g/L) , KH2PO4 (0,5 g/L), MgSO4·7H2O (0,5 g/L), MnCl2·4H2O (0,001 g/L), CuCl2·2H2O (1,4 x 10-5 g/L), ZnCl2 (1,1 x 10-5 g/L), CoCl2·6H2O (2 x 10-5 g/L), Na2MoO4·2H2O (1,3 x 10-5 g/L), FeCl3·6H2O (7,5 x 10-5 g/L) e gelatina/peptone (0,02 g/L) in acqua deionizzata.
    2. Posizionare il mezzo YES su un agitatore magnetico (senza calore) con una barra di agitazione magnetica all'interno del mezzo per 10 minuti.
    3. Quando tutti i sali si sono sciolti nel mezzo, trasferire 5 mL della soluzione in flaconcini di vetro sterili da 20 mL e metterli in autoclave per 20 minuti a 121 °C.
    4. Per il controllo negativo, preparare circa 20 mL di flaconcini di vetro sterile con 5 mL di soluzione di BH e metterli in autoclave per 20 minuti a 121 °C.
    5. Sotto un armadio a flusso laminare, trasferire 200 μL di sospensione fungina (Fasi 2.1.5.-2.1.6.) per ciascun ceppo ai flaconcini sterilizzati del mezzo YES (effettuare almeno 2 repliche per ceppo fungino). Per ogni ceppo fungino, aggiungere 200 μL della stessa sospensione fungina ai flaconcini sterilizzati BH per avere un controllo negativo.
    6. Incubare i flaconcini a 25 °C al buio per 21 giorni e controllarli ogni 7 giorni.
  4. Test qualitativo delle esterasi.
    1. Preparare il mezzo Tween 80 aggiungendo peptone (10 g/L), NaCl (5 g/L), CaCl2 (0,1 g/L) e 10 ml di Tween 80 a 1 L di acqua deionizzata.
    2. Posizionare il mezzo Tween 80 su un agitatore magnetico (senza calore) con una barra di agitazione magnetica all'interno del mezzo per 10 minuti.
    3. Quando tutto è fuso all'interno del mezzo, trasferire 5 mL della soluzione in flaconcini di vetro sterili da 20 mL e metterli in autoclave per 20 minuti a 121 °C.
    4. Per il controllo negativo, preparare circa 20 mL di flaconcini di vetro sterile con 5 mL di soluzione di BH e metterli in autoclave per 20 minuti a 121 °C.
    5. Sotto un armadio a flusso laminare, trasferire 200 μL di sospensione fungina (Fasi 2.1.5.-2.1.6.) per ogni ceppo ai flaconcini sterilizzati medi Tween 80 (effettuare almeno 2 repliche per ceppo fungino). Per ogni ceppo fungino, aggiungere 200 μL della stessa sospensione fungina ai flaconcini sterilizzati BH per il controllo negativo.
    6. Incubare i flaconcini a 25 °C al buio per 21 giorni e controllarli ogni 7 giorni.

Risultati

I metodi di media selettivi (Sezione 1 del protocollo) hanno permesso di vagliare la ricca biodiversità del suolo e di selezionare i funghi con un elevato potenziale di biorisanamento. Con l'acido umico e la lignocellulosa, sono stati isolati più di 100 ceppi fungini. Questi funghi hanno prodotto enzimi coinvolti nella biodegradazione di materiali recalcitranti naturali, che hanno una struttura chimica simile a molti inquinanti. Tuttavia, i ceppi fungini isolati con i mezzi selettivi necessitavano di un ulteriore scree...

Discussione

La ricca biodiversità del suolo è una fonte abbondante di funghi che possiedono numerose capacità metaboliche, alcune delle quali potrebbero essere potenziali candidati per il biorisanamento. I test selettivi sui fluidi (Sezione 1 del protocollo) sono metodi facili da eseguire ed efficaci per isolare funghi in grado di crescere su polimeri complessi naturali come unica fonte di carbonio. I funghi possono produrre idrolasi extracellulari, non specifiche e ossidoreduttasi30 come gli enzimi lignin...

Divulgazioni

Gli autori non hanno nulla da rivelare.

Riconoscimenti

Riconosciamo la Scuola di Alta Formazione Dottorale (SAFD) dell'Università di Pavia e il professor Solveig Tosi per aver fornito l'opportunità di questo lavoro.

Materiali

NameCompanyCatalog NumberComments
96 microwell plateGreiner bio-one650185
AgarVWR84609.05
Bushnell-Haas BrothFlukaB5051
CaCl2Sigma-AldrichC5670
ChloroamphenicolEurobioGABCRL006Z
ChlortetracyclineSigma-AldrichY0001451
CoCl2·6H2OSigma-AldrichC8661
CuCl2·2H2OSigma-AldrichC3279
EthanolVWR Chemicals20821.296
FeCl3·6H2OSigma-Aldrich236489
Filter 0.2 µmWhatman10462200
gallic acidSigma-AldrichG7384
Glass cover slipsBiosigmaVBS634
Glass vials 15 mLSciLabwareP35467
guaiacolSigma-AldrichG5502
High-density polyethylene (HDPE)Sigma-Aldrich434272
Humic acidsAldrich Chemistry53680
K2HPO4Sigma-AldrichP8281
KH2PO4Sigma-AldrichP5655
Lignocellulose//Sterilized bioethanol production waste
L-shaped cell spreaderLaboindustria S.p.a21133
magnetic stirrerA.C.E.F8235
Malt Extract BrothSigma-Aldrich70146
MgSO4·7H2OSigma-AldrichM2643
Micropipette 1000 μLGilsonFA10006M
Micropipette 200  μLGilsonFA10005M
MnCl2·4H2OSigma-AldrichM5005
Na2MoO4·2H2OSigma-AldrichM1651
NaClSigma-AldrichS5886
NeomycinSigma-AldrichN0401000
PenicillinSigma-Aldrich1504489
peptoneSigma-Aldrich83059
Polyethylene terephthalate (PET)GoodfellowES306031
Petri dishesLaboindustria S.p.a21050
Petrolatum (Paraffin liquid)A.C.E.F009661
Potato Dextrose BrothSigma-AldrichP6685
Polystyrene (PS)Sigma-Aldrich331651
Polyurethane (PUR)Sigma-AldrichGF20677923
Polyvinyl chloride (PVC)Sigma-Aldrich81388
Sterile falcon tubeGreiner bio-one227 261
Sterile glass vials 20 mLSigma-AldrichSU860051
Sterile point 1000  μLGilsonF172511
Sterile point 200  μLGilsonF172311
Sterile polyethylene bagsWHIRL-PAKB01018
sterile syringeRays5523CM25
StreptomycinSigma-AldrichS-6501
Tween 80Sigma-AldrichP1754
Used engine oil//complex mixture of hydrocarbons, engine additives, and metals, provided by an Italian private company
Vials 50 mLSigma-Aldrich33108-U
ZnCl2Sigma-AldrichZ0152

Riferimenti

  1. Mohammadi, K., Heidari, G., Khalesro, S., Sohrabi, Y. Soil management, microorganisms and organic matter interactions: A review. African Journal of Biotechnology. 10 (86), 19840-19849 (2011).
  2. Daccò, C., Girometta, C., Asemoloye, M. D., Carpani, G., Picco, A. M., Tosi, S. Key fungal degradation patterns, enzymes and their applications for the removal of aliphatic hydrocarbons in polluted soils: A review. International Biodeterioration and Biodegradation. 147, (2020).
  3. Asemoloye, M. D., Ahmad, R., Jonathan, S. G. Synergistic action of rhizospheric fungi with Megathyrsus maximus root speeds up hydrocarbon degradation kinetics in oil polluted soil. Chemosphere. 187, 1-10 (2017).
  4. Abatenh, E., Gizaw, B., Tsegaye, Z., Wassie, M. The role of microorganisms in bioremediation - A review. Open Journal of Environmental Biology. 2, 038-046 (2017).
  5. Dix, N. J., Webster, J. . Fungal Ecology. , (1995).
  6. Magan, N., Esser, K., Lemke, P. A. Fungi in extreme environment. Environmental and Microbial Relationships. The Mycota. 4, 99-114 (2007).
  7. Aranda, E. Promising approaches towards biotransformation of polycyclic aromatic hydrocarbons with Ascomycota fungi. Current Opinion in Biotechnology. 38, 1-8 (2016).
  8. Hasan, I. F., AI-Jawhari, V., Kumar, M., Kumar, R., Prasad, Role of Filamentous Fungi to Remove Petroleum Hydrocarbons from the Environment. Microbial Action on Hydrocarbons. , (2018).
  9. Daccò, C., et al. Trichoderma: evaluation of its degrading abilities for the bioremediation of hydrocarbon complex mixtures. Applied Sciences. 10 (9), 3152 (2020).
  10. Alarcón, A., Davies, F. T., Autenrieth, R. L., Zuberer, D. A. Arbuscular mycorrhiza and petroleum-degrading microorganisms enhance phytoremediation of petroleum-contaminated soil. International Journal of Phytoremediation. 10, 251-263 (2008).
  11. Mancera-López, M. E., et al. Bioremediation of an aged hydro-carbon-contaminated soil by a combined system of biostimulation-bioaugmentation with filamentous fungi. International Biodeterioration and Biodegradation. 61, (2008).
  12. Hatami, E., Abbaspour, A., Dorostkar, V. Phytoremediation of a petroleum-polluted soil by native plant species in Lorestan Province, Iran. Environmental Science and Pollution Research. 26, 24323-24330 (2019).
  13. Prenafeta-Boldú, F. X., De Hoog, G. S., Summerbell, R. C. Fungal communities in hydrocarbon degradation. Microbial Communities Utilizing Hydrocarbons and Lipids: Members, Metagenomics and Ecophysiology. Handbook of Hydrocarbon and Lipid Microbiology. , 1-36 (2018).
  14. Gu, J., Ford, T., Mitton, D., Mitchell, R. Microbiological degradation of polymeric materials. Uhlig's Corrosion Handbook. , 421-438 (2011).
  15. Tuomela, M., Hatakka, A. Oxidative fungal enzymes for bioremediation. Comprehensive Biotechnology: Environmental and Related Biotechnologies. 6, 224-239 (2019).
  16. DSouza, G. C., et al. Fungal biodegradation of low-density polyethylene using consortium of Aspergillus species under controlled conditions. Heliyon. 7 (5), 07008 (2021).
  17. El-Sayed, M. T., Rabie, G. H., Hamed, E. A. Biodegradation of low-density polyethylene (LDPE) using the mixed culture of Aspergillus carbonarius and A. fumigates. Environment, Development, and Sustainability. 23 (10), 14556-14584 (2021).
  18. Sepperumal, U., Markandan, M., Palraja, I. Micromorphological and chemical changes during biodegradation of polyethylene terephthalate (PET) by Penicillium sp. Journal of Microbiology and Biotechnology Research. 3 (4), 47-53 (2013).
  19. Leitão, A. L. Potential of Penicillium species in the bioremediation field. International Journal of Environmental Research and Public Health. 6 (4), 1393-1417 (2009).
  20. Chen, S. H., Ting, A. S. Y. Biosorption and biodegradation potential of triphenylmethane dyes by newly discovered Penicillium simplicissimum isolated from indoor wastewater sample. International Biodeterioration & Biodegradation. 103, 1-7 (2015).
  21. Orhan, Y., Buyukgungor, H. Enhancement of biodegradability of disposable polyethylene in controlled biological soil. International Biodeterioration and Biodegradation. 45, 49-55 (2000).
  22. Deshmukh, R., Khardenavis, A. A., Purohit, H. J. Diverse metabolic capacities of fungi for bioremediation. Indian journal of microbiology. 56 (3), 247-264 (2016).
  23. Viswanath, B., Rajesh, B., Janardhan, A., Kumar, A. P., Narasimha, G. Fungal laccases and their applications in bioremediation. Enzyme research. 2014, 163242 (2014).
  24. Ali, M., Husain, Q., Ishqi, H. M. Fungal peroxidases mediated bioremediation of industrial pollutants. Fungal Bioremediation. , (2019).
  25. Nousiainen, P., Kontro, J., Manner, H., Hatakka, A., Sipilä, J. Phenolic mediators enhance the manganese peroxidase catalyzed oxidation of recalcitrant lignin model compounds and synthetic lignin. Fungal Genetics and Biology. 72, 137-149 (2014).
  26. Srivastava, S., Kumar, M. Biodegradation of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs): A sustainable approach. Sustainable Green Technologies for Environmental Management. , (2019).
  27. Wei, R., Zimmermann, W. Microbial enzymes for the recycling of recalcitrant petroleum-based plastics: how far are we. Microbial Biotechnology. 10 (6), 1308-1322 (2017).
  28. Matsubara, M., Lynch, J. M., De Leij, F. A. A. M. A simple screening procedure for selecting fungi with potential for use in the bioremediation of contaminated land. Enzyme and Microbial Technology. 39 (7), 1365-1372 (2006).
  29. Mann, J., et al. Screening and selection of fungi for bioremediation of olive mill wastewater. World Journal of Microbiology and Biotechnology. 26 (3), 567-571 (2010).
  30. Andlar, M., Rezić, T., Marđetko, N., Kracher, D., Ludwig, R., Šantek, B. Lignocellulose degradation: an overview of fungi and fungal enzymes involved in lignocellulose degradation. Engineering in Life Sciences. 18, 768-778 (2018).
  31. Goméz-Toribio, V., García-Martín, A. B., Martínez, M. J., Martínez, A. T., Guillén, F. Induction of extracellular hydroxyl radical production by white-rot fungi through quinone redox cycling. Applied and Environmental Microbiology. 75, 3944-3953 (2009).
  32. Belcarz, A., Ginalska, G., Kornillowicz-Kowalska, T. Extracellular enzyme activities of Bjerkandera adusta R59 soil strain, capable of daunomycin and humic acids degradation. Applied Microbiology and Biotechnology. 68 (5), 686-694 (2005).
  33. Stevenson, F. J. . Humus Chemistry: Genesis, Composition, Reactions. 2nd ed. , (1995).
  34. Andlar, M., et al. Lignocellulose degradation: An overview of fungi and fungal enzymes involved in lignocellulose degradation. Engineering in Life Sciences. 18 (11), 768-778 (2018).
  35. Lee, H., et al. Biotechnological procedures to select white rot fungi for the degradation of PAHs. Journal of Microbiological Methods. 97 (1), 56-62 (2014).
  36. Batista-García, R. A., et al. Simple screening protocol for identification of potential mycoremediation tools for the elimination of polycyclic aromatic hydrocarbons and phenols from hyperalkalophile industrial effluents. Journal of Environmental Management. 198, 1-11 (2017).
  37. Shleev, S. V., et al. Comparison of physico-chemical characteristics of four laccases from different basidiomycetes. Biochimie. 86 (9-10), (2004).
  38. Kiiskinen, L. L., Rättö, M., Kruus, K. Screening for novel laccase-producing microbes. Journal of Applied Microbiology. 97, (2004).
  39. Kumar, V. V., Rapheal, V. S. Induction and purification by three-phase partitioning of aryl alcohol oxidase (AAO) from Pleurotus ostreatus. Applied Biochemistry and Biotechnology. , 163 (2011).
  40. Loredo-Treviño, A., Gutiérrez-Sánchez, G., Rodríguez-Herrera, R., Aguilar, C. N. Microbial enzymes involved in polyurethane biodegradation: a review. Journal of Polymers and the Environment. 20 (1), 258-265 (2012).
  41. Garriga, M., et al. Technological and sensorial evaluation of Lactobacillus strains as starter cultures in fermented sausages. International Journal of Food Microbiology. 32 (1-2), 173-183 (1996).
  42. Zerdani, I., Faid, M., Malki, A. Feather wastes digestion by new isolated strains Bacillus sp. In microcco. African Journal of Biotechnology. 3 (1), 67-70 (2004).
  43. Nygren, C. M., Edqvist, J., Elfstrand, M., Heller, G., Taylor, A. F. Detection of extracellular protease activity in different species and genera of ectomycorrhizal fungi. Mycorrhiza. 17 (3), 241-248 (2007).
  44. Asemoloye, M. D., et al. Hydrocarbon degradation and enzyme activities of Aspergillus oryzae and Mucor irregularis isolated from Nigerian crude oil-polluted sites. Microorganisms. 8 (12), 1912 (2020).

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