toxreviewТоксикологический вестникToxicological Review0869-79223034-4611Federal Scientific Center of Hygiene named after F.F. Erismantoxreview-525Research ArticleЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ТОКСИКОЛОГИЯECOLOGICAL TOXICOLOGYИЗУЧЕНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ТОКСИЧНЫХ МЕТАЛЛОВ С БИОМАССОЙ ОДНОКЛЕТОЧНЫХ ВОДОРОСЛЕЙ МЕТОДОМ ICP-MSSTUDY OF INTERACTIONS OF TOXIC METALS WITH BIOMASS OF UNICELLULAR ALGAE USING THE METHOD OF ICP-MSЛубковаТатьяна НиколаевнаLubkovaTat’yana Nikolayevna

Ст.н.с. МГУ им. М.В. Ломоносова, 119991, г. Москва, Российская Федерация

e-mail: ar55@yandex.ru

noemail@neicon.ruПуховВалерий ВикторовичPukhovValeriy Viktorovich

Зав отделом МГУ им. М.В.Ломоносова, 119991, г. Москва, Российская Федерация

e-mail: ar55@yandex.ru

noemail@neicon.ruШестаковаТатьяна ВладимировнаShestakovaTat’yana Vladimirovna

Кандидат химических наук, старший научный сотрудник МГУ им. М.В. Ломоносова, 119991, г. Москва, Российская Федерация

e-mail: ar55@yandex.ru

noemail@neicon.ruТропинИван ВладимировичTropinIvan Vladimirovich

Кандидат биологических наук, старший научный сотрудник МГУ им. М.В. Ломоносова, 119991, г. Москва, Российская Федерация

e-mail: ar55@yandex.ru

noemail@neicon.ruКотелевцевСергей ВасильевичKotelevtsevSergey Vasil’yevich

Доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник МГУ им. М.В. Ломоносова, 119991, г. Москва, Российская Федерация

e-mail: ar55@yandex.ru

noemail@neicon.ruОстроумовСергей АндреевичOstroumovSergey Andreyevich

Доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник МГУ им. М.В. Ломоносова, 119991, г. Москва, Российская Федерация

e-mail: ar55@yandex.ru 

noemail@neicon.ruФедеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова»РоссияM.V. Lomonosov Moscow State UniversityRussian FederationФедеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова»РоссияM.V. Lomonosov Moscow State UniversityRussian Federation201504102021064145Copyright © Лубкова Т.Н., Пухов В.В., Шестакова Т.В., Тропин И.В., Котелевцев С.В., Остроумов С.А., 20212021Лубкова Т.Н., Пухов В.В., Шестакова Т.В., Тропин И.В., Котелевцев С.В., Остроумов С.А.Lubkova T.N., Pukhov V.V., Shestakova T.V., Tropin I.V., Kotelevtsev S.V., Ostroumov S.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.toxreview.ru/jour/article/view/525

Токсичные металлы входят в число загрязняющих веществ, наиболее опасных для водных экосистем. Взаимодействия меди и других тяжелых металлов с биомассой водорослей, представляют интерес для экологии и биотехнологии. В этой статье сообщается об изучении взаимодействия уникальной одноклеточной экстремофильной (термофильной, ацидофильной) водоросли Galdieria sulphuraria с металлами в водной среде. Этот одноклеточный эукариотный организм обнаружен в горячих (геотермальных) источниках. В настоящей работе изложены результаты экспериментов с биомассой этого организма. Для измерения концентрации тяжелых металлов использовали метод ICP- MS (масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой). Этим методом была обнаружена биосорбция некоторых токсичных металлов биомассой этого организма после инкубации в водной среде с добавленными металлами. Биосорбции свинца и никеля из водной среды не обнаружено. При изучении витрифицированной мортмассы (высушенной биомассы) этого организма было показано, что эта мортмасса не сорбирует медь, свинец или никель. Результаты представляют интерес для разработки новых биотехнологий очищения среды от токсичных металлов.

Toxic metals are among the most important chemical pollutants of aquatic environments. Interaction of copper and other toxic metals with biomass of algae is of interest to modern ecology and biotechnology. In this paper, interactions of the biomass of a unique extremophilic (acidophilic, thermophilic) algae Galdieria sulphuraria with copper and other metals in the aquatic environment were studied. This unicellular extremophilic, acidophilic eukaryotic organism is found in hot springs and geothermal habitats. In this paper, results of experiments with the biomass and mortmass of this organism are reported. Measurements were made using the method of inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP- MS). Biosorption of copper and some other metals by the biomass of this organism was discovered after incubation in an aquatic medium mingled with these metals. Biosorption (immobilization) of lead and nickel from the aquatic environment was not found out. In experiments with the mortmass of Galdieria sulphuraria no sorption of copper and lead was revealed. The results obtained are useful to develop a new biotechnology for removal of toxic metals from water.

биосорбцияводорослиGaldieria sulphurariaметаллыкобальтцинкникелькадмиймедьсвинецбиомассаICP-MSbiosorptionalgaeGaldieria sulphurariametalscobaltzincnickelcadmiumcopperleadbiomassICP-MSReferencesКурляндский Б. А., Филов В. А. Общая токсикология. – М.: Медицина. 2002. – 307 с.Kurlyandskiy B. A., Filov V.A. General toxicology [Obshchaya toksikologiya]. -Moscow: Meditsina. 2002. - 307 s. (in Russian).Трахтенберг И. М., Тычинин В. А., Галакин Ю. Н. Экспериментальные данные к анализу воздействий на организм тяжелых металлов. // Токсикологический вестник. – 1994.- №4. – С. 27-31.Trakhtenberg I. M., Tychinin V. A., Galakin Yu. N. Experimental data for the analysis of effects heavy metals on the organism [ Eksperimental’nye dannye k analizu vozdeystviy na organizm tyazhelykh metallov]. // Toksikologicheskiy vestnik. -1994.- №4. - S. 27-31. (in Russian).Моисеенко Т. И. Водная экотоксикология. – М.: Наука. 2009. – 400 с.Moiseenko T.I. Aquatic Ecotoxicology [Vodnaya ekotoksikologiya]. - Moscow: Nauka. 2009. - 400 pages. (in Russian).He J., Chen J. P. A comprehensive review on biosorption of heavy metals by algal biomass: Materials, performances, chemistry, and modeling simulation tools. // Bioresource Technology. – 2014. – V.160. – P. 67-78.He J., Chen J. P. A comprehensive review on biosorption of heavy metals by algal biomass: Materials, performances, chemistry, and modeling simulation tools. // Bioresource Technology. - 2014. -V.160. - P. 67-78.Schönknecht G., Chen W. H., Ternes C. M., Barbier G. G., Shrestha R. P., Stanke M., Bräutigam A., Baker B.J., Banfield J.F., Garavito R.M., Carr K., Wilkerson C., Rensing S.A., Gagneul D., Dickenson N.E., Oesterhelt C., Lercher M.J., Weber A. P. Gene transfer from bacteria and archaea facilitated evolution of an extremophilic eukaryote. // Science. – 2013. – V. 339 (6124). – P. 1207-1210.Schönknecht G., Chen W. H., Ternes C. M., Barbier G. G., Shrestha R. P., Stanke M., Bräutigam A., Baker B.J., Banfield J.F., Garavito R.M., Carr K., Wilkerson C., Rensing S.A., Gagneul D., Dickenson N.E., Oesterhelt C., Lercher M.J., Weber A. P. Gene transfer from bacteria and archaea facilitated evolution of an extremophilic eukaryote. // Science. - 2013. - V. 339 (6124). - P. 1207-1210.Minoda A., Sawada H., Suzuki S., Miyashita S. I., Inagaki K., Yamamoto T., Tsuzuki M. Recovery of rare earth elements from the sulfothermophilic red alga Galdieria sulphuraria using aqueous acid. // Appl. Microbiol. Biotechnol. -2015. – V.99(3) . – P. 1513-15Minoda A., Sawada H., Suzuki S., Miyashita S. I., Inagaki K., Yamamoto T., Tsuzuki M. Recovery of rare earth elements from the sulfothermophilic red alga Galdieria sulphuraria using aqueous acid. // Appl. Microbiol. Biotechnol. -2015. -V.99(3) . - P. 1513-15Selvaratnam T., Pegallapati A. K., Reddy H., Kanapathipillai N., Nirmalakhandan N., Deng S., Lammers P. J. Algal biofuels from urban wastewaters: Maximizing biomass yield using nutrients recycled from hydrothermal processing of biomass. // Bioresource Technology. – 2015. – V.182. – P. 232-238.Selvaratnam T., Pegallapati A. K., Reddy H., Kanapathipillai N., Nirmalakhandan N., Deng S., Lammers P. J. Algal biofuels from urban wastewaters: Maximizing biomass yield using nutrients recycled from hydrothermal processing of biomass. // Bioresource Technology. - 2015. -V.182. - P. 232-238.Selvaratnam T., Pegallapati A. K., Montelya F., Rodriguez G., Nirmalakhandan N., Van Voorhies W., Lammers P. J. Evaluation of a thermotolerant acidophilic alga, Galdieria sulphuraria, for nutrient removal from urban wastewaters. // Bioresource Technology. – 2014. – V. 156. – P. 395-399.Selvaratnam T., Pegallapati A. K., Montelya F., Rodriguez G., Nirmalakhandan N., Van Voorhies W., Lammers P. J. Evaluation of a thermotolerant acidophilic alga, Galdieria sulphuraria, for nutrient removal from urban wastewaters. // Bioresource Technology. - 2014. - V. 156. - P. 395399.Allen M. B. Studies with Cyanidium caldarium, an anomalously pigmented chlorophyte. // Arch. Mikrobiol. -1959. – V.32. – P. 270-277.Allen M. B. Studies with Cyanidium caldarium, an anomalously pigmented chlorophyte. // Arch. Mikrobiol. -1959. -V.32. - P. 270-277.Ostroumov S. A, Kolesov G. M. The aquatic macrophyte Ceratophyllum demersum immobilizes Au nanoparticles after their addition to water. // Doklady Biological Sciences. – 2010. – V.431. – P. 124–127.Ostroumov S. A, Kolesov G. M. The aquatic macrophyte Ceratophyllum demersum immobilizes Au nanoparticles after their addition to water. // Doklady Biological Sciences. - 2010. - V.431. - P. 124-127.Johnson M.E., Ostroumov S.A., Tyson J.F., Xing B. Study of the interactions between Elodea canadensis and CuO nanoparticles. // Russian Journal of General Chemistry. – 2011. – V.№ 13. – P. 2688-26Johnson M.E., Ostroumov S.A., Tyson J.F., Xing B. Study of the interactions between Elodea canadensis and CuO nanoparticles. // Russian Journal of General Chemistry. - 2011. - V.№ 13. - P. 2688-26Лубкова Т. Н., Яблонская Д. А., Шестакова Т. В., Пухов В. В. Геохимические особенности состава поверхностных вод Находкинского медно-порфирового рудного поля, Чукотка // Вода: химия и экология. – 2013.- № 12. – С. 29-34.Lubkova T.N., Yablonskaya D.A., Shestakova T.V., Pukhov V.V. Geochemical characteristics of surface waters of the Nakhodka copper-porphyry ore field, Chukotka Peninsula [ Geokhimicheskie osobennosti sostava poverkhnostnykh vod Nakhodkinskogo medno-porfirovogo rudnogo polya, Chukotka] // Voda: khimiya i ekologiya. - 2013.- № 12. - S. 29-34. (in Russian).Ostroumov S.A., Shestakova T.V. Decreasing the measurable concentrations of Cu, Zn, Cd, and Pb in the water of the experimental systems containing Ceratophyllum demersum: The phytoremediation potential. // Doklady Biological Sciences. – 2009. – V.428. – P. 444-4Ostroumov S.A., Shestakova T.V. Decreasing the measurable concentrations of Cu, Zn, Cd, and Pb in the water of the experimental systems containing Ceratophyllum demersum: The phytoremediation potential. // Doklady Biological Sciences. - 2009. - V.428. - P. 444-4Ostroumov S.A. Studying the fate of pollutants in the environment: binding and immobilization of nanoparticles and chemical elements. // Ecologica. – 2011. – V.18, No. 62. – P. 129-1Ostroumov S.A. Studying the fate of pollutants in the environment: binding and immobilization of nanoparticles and chemical elements. // Ecologica. -2011. - V.18, No. 62. - P. 129-1Остроумов С. А., Колесов Г. М., Котелевцев С. В., Моисеева Ю. А., Казаков Г. Ю. К изучению тяжелых металлов (включая хром и кобальт) в модельной водной экосистеме с использованием нейтронно-активационного анализа // Токсикологический вестник. – 2010. – № 6. – С. 53-56.Ostroumov S.A., Kolesov G.M., Kotelevtsev S.V., Moiseeva Yu.A., Kazakov G.Yu. On studying heavy metals (including chromium and cobalt) in a model aquatic ecosystem using neutron activation analysis [K izucheniyu tyazhelykh metallov (vklyuchaya khrom i kobal’t) v model’noy vodnoy ekosisteme s ispol’zovaniem neytronno-aktivatsionnogo analiza] // Toksikologicheskiy vestnik. -2010. - № 6. - S. 53-56. (in Russian).Остроумов С. A. Обезвреживание токсичных элементов в биосфере и совершенствование экологического мониторинга. // Экология промышленного производства. – 2012. – № 1. – С. 26–32.Ostroumov S. A. Detoxification of toxic elements in the biosphere and improving environmental monitoring. [Obezvrezhivanie toksichnykh elementov v biosfere i sovershenstvovanie ekologicheskogo monitoring]. // Ekologiya promyshlennogo proizvodstva. - 2012. -№ 1. - S. 26-32. (in Russian).Ostroumov S.A. On the Biotic Self-purification of Aquatic Ecosystems: Elements of the Theory. // Doklady Biological Sciences. – 2004. – V.396. – P. 206-2Ostroumov S.A. On the Biotic Self-purification of Aquatic Ecosystems: Elements of the Theory. // Doklady Biological Sciences. - 2004. - V.396. - P. 206-2Sheng P.X., Ting Y.-P., Chen J.P., Hong L. Sorption of lead, copper, cadmium, zinc, and nickel by marine algal biomass: characterization of biosorptive capacity and investigation of mechanisms. // J. Colloid Interface Sci. – 2004. – V.275. – P. 131–141.Sheng P.X., Ting Y.-P., Chen J.P., Hong L. Sorption of lead, copper, cadmium, zinc, and nickel by marine algal biomass: characterization of biosorptive capacity and investigation of mechanisms. // J. Colloid Interface Sci. - 2004. - V.275. - P. 131-141.Sheng P.X., Ting Y.-P., Chen J.P. Biosorption of heavy metal ions (Pb, Cu, and Cd) from aqueous solutions by the marine alga Sargassum sp. in singleand multiple-metal systems // Ind. Eng. Chem. Res. – 2007. – V.46. – P. 2438–2444.Sheng P.X., Ting Y.-P., Chen J.P. Biosorption of heavy metal ions (Pb, Cu, and Cd) from aqueous solutions by the marine alga Sargassum sp. in single- and multiple-metal systems // Ind. Eng. Chem. Res. - 2007. - V.46. - P. 2438-2444.Romera E., González F., Ballester A., Blázquez M.L., Muñoz J.A. Comparative study of biosorption of heavy metals using different types of algae // Bioresour. Technol.- 2007. – V.98. – P. 3344–3353.Romera E., González F., Ballester A., Blázquez M.L., Muñoz J.A. Comparative study of biosorption of heavy metals using different types of algae // Bioresour. Technol.- 2007. - V.98. - P. 3344-3353.Kleinübing S.J., da Silva E.A., da Silva M.G.C., Guibal E. Equilibrium of Cu(II) and Ni(II) biosorption by marine alga Sargassum filipendula in a dynamic system: competitiveness and selectivity // Bioresour. Technol. – 2011. – V.102. – P. 4610–4617.Kleinübing S.J., da Silva E.A., da Silva M.G.C., Guibal E. Equilibrium of Cu(II) and Ni(II) biosorption by marine alga Sargassum filipendula in a dynamic system: competitiveness and selectivity // Bioresour. Technol. - 2011. - V.102. - P. 4610-4617.Luna A.S., Costa A.L.H., da Costa A.C.A., Henriques C.A. Competitive biosorption of cadmium(II) and zinc(II) ions from binary systems by Sargassum filipendula. // Bioresour. Technol. – 2010. – V.101 (14). – P. 5104–5111.Luna A.S., Costa A.L.H., da Costa A.C.A., Henriques C.A. Competitive biosorption of cadmium(II) and zinc(II) ions from binary systems by Sargassum filipendula. // Bioresour. Technol. -2010. - V.101 (14). - P. 5104-5111.Plaza Cazón J., Bernardelli C., Viera M., Donati E., Guibal E. Zinc and cadmium biosorption by untreated and calcium-treated Macrocystis pyrifera in a batch system // Bioresour. Technol. – 2012. – V.116. – P. 195–203.Plaza Cazón J., Bernardelli C., Viera M., Donati E., Guibal E. Zinc and cadmium biosorption by untreated and calcium-treated Macrocystis pyrifera in a batch system // Bioresour. Technol. - 2012. -V.116. - P. 195-203.Mata Y.N., Blázquez M.L., Ballester A., González F., Muñoz J.A. Characterization of the biosorption of cadmium, lead and copper with the brown alga Fucus vesiculosus. // J. Hazard. Mater. – 2008. – V.158. – P. 316–323.Mata Y.N., Blázquez M.L., Ballester A., González F., Muñoz J.A. Characterization of the biosorption of cadmium, lead and copper with the brown alga Fucus vesiculosus. // J. Hazard. Mater. - 2008. -V.158. - P. 316-323.Fomina M., Gadd G.M. Biosorption: current perspectives on concept, definition and application // Bioresource Technology. – 2014. – V.160. – P. 3-14.Fomina M., Gadd G.M. Biosorption: current perspectives on concept, definition and application // Bioresource Technology. - 2014. - V.160. - P. 3-14.Park D., Yun Y.S., Park J.M. The past, present, and future trends of biosorption. // Biotechnology and Bioprocess Engineering. – 2010. – V. 15. – P. 86-102.Park D., Yun Y.S., Park J.M. The past, present, and future trends of biosorption. // Biotechnology and Bioprocess Engineering. - 2010. - V. 15. - P. 86-102.Gadd G.M. Biosorption: critical review of scientific rationale, environmental importance and significance for pollution treatment. // Journal of Chemical Technology and Biotechnology. -2009. – V.84. – P. 13-28.Gadd G.M. Biosorption: critical review of scientific rationale, environmental importance and significance for pollution treatment. // Journal of Chemical Technology and Biotechnology. -2009. -V.84. - P. 13-28.Wang J., Chen C. Biosorbents for heavy metals removal and their future. // Biotechnology Advances. – 2009. – V.27. – P.195-226.Wang J., Chen C. Biosorbents for heavy metals removal and their future. // Biotechnology Advances. - 2009. - V.27. -P.195-226.Хамидулина Х. Х., Курляндский Б. А. 20-летний опыт информационно-аналитической деятельности ФБУЗ «Российский регистр потенциально опасных химических и биологических веществ» Роспотребнадзора. // Токсикологический вестник. – 2012.- № 6. – С.2-5.Khamidulina Kh.Kh., Kurlyandskiy B.A. 20 years of experience in information-analytical activity of the FBUZ “Russian Register of Potentially Hazardous Chemical and Biological Substances” of Rospotrebnadzor. [ 20-letniy opyt informatsionno-analiticheskoy deyatel’nosti FBUZ «Rossiyskiy registr potentsial’no opasnykh khimicheskikh i biologicheskikh veshchestv» Rospotrebnadzora]. // Toksikologicheskiy vestnik. - 2012.- № 6. - P.2-5. (in Russian).

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