The effect of the selected heavy metals on the growth and proliferation of Streptomyces spp. isolated from soils

Mając na uwadze wzrost zanieczyszczenia środowiska naturalnego metalami ciężkimi i ich oddziaływanie na mikroorganizmy w glebie, podjęto próbę określenia wpływu wybranych metali ciężkich: miedzi, kadmu, cynku i ołowiu na wzrost promieniowców wyizolowanych z gleb pobranych z terenu huty ArcelorMittal w Krakowie. Do badań wykorzystano 5 gleb, z których do dalszych badań wyselekcjonowano 10 izolatów promieniowców należących do rodzaju Streptomyces. Przeprowadzone analizy wykazały, że obecność huty przyczynia się do zanieczyszczenia środowiska glebowego poprzez emisje metali ciężkich. Ma to wpływ także na populację promieniowców w glebie nie tylko poprzez ograniczenie ich liczebności, lecz również poprzez selekcję szczepów opornych na zanieczyszczenia gleb, a przez to na ograniczenie ich bioróżnorodności. Pośrednim skutkiem ograniczenia różnorodności promieniowców może być wyginięcie szczepów ważnych pod względem funkcjonalnym dla środowiska, zubożenie mikroflory gleby, a także zmiany właściwości fizykochemicznych gleby. Niniejsza praca pokazuje, że skażenie środowiska metalami ciężkimi jest poważnym problemem środowiskowym. Zjawisko to należy monitorować i kontrolować, aby zapobiec nieodwracalnym zmianom w ekosystemie.People have changed their environment since the beginning of the civilization - it is an inevitable process. However, this phenomenon is accompanied by emission of many harmful chemicals to the environment, and recently there has been an increase in the amount of pollution. Having regard to the increase in environmental contamination with heavy metals due to the expanding industry and its impact on soil microorganisms, this study attempted to determine the effect of the selected heavy metals: cadmium, copper, lead and zinc, on the growth of actinobacteria (belonging to the genus Streptomyces) isolated from soils of ArcelorMittal steelworks in Cracow. Five soil samples were selected for the analysis, from which 2 isolates of Streptomyces spp. were selected for further analyses. The number of Streptomyces spp. in the soil samples was determined using the serial dilutions method. The systematic affiliation of microorganisms was confirmed by macroscopic as well as microscopic observations of Gram-stained smears, catalase reaction test and the sequencing of 16S rDNA region. Additionally, soil physical and chemical properties were examined - pH, moisture and heavy metal content - using atomic spectrometry. The heavy metal resistance of the examined Streptomyces spp. strains was analyzed using a well method with increasing concentrations of cadmium, copper, lead and zinc. After the incubation results were recorded as the growth inhibition zones (diameters) and the minimum inhibitory concentration (MIC) of the heavy metals were determined. The conducted analyses revealed that heavy metal concentrations in two out of five examined soils exceeded the admissible values given by the Regulation of the Minister of Environment on soil quality standards. The number of actinobacteria in soils was varied (from 6700 to almost 250 thousand CFU per gram of soil dry weight). There was a negative correlation between the heavy metal concentrations in soils and the number of the studied microorganisms. The analyzed soils were alkaline - the lowest pH value was 7.7. Regarding the heavy metal resistance of the analyzed Streptomyces spp. strains, diverse in vitro susceptibility was recorded. The bacterial reactions differed even between strains isolated from the same soil samples. Minimum inhibitory concentrations of the examined heavy metals were as follows: Cd and Cu - 100 μg • cm−3, Zn - 3000 μg • cm−3 and Pb - 8000 μg • cm−3. There was a negative correlation between the concentration of heavy metals in soils and the growth inhibition zones (in the case of cadmium this correlation was high), indicating that the soil contamination with cadmium may have modified the soil population of Streptomyces spp., causing extinction of the susceptible strains while the ones with reduced sensitivity survived. The results of the presented research indicated that the ArcelorMittal steelworks contaminates the soil environment, which may affect the microbial community of soils, not only by reducing the population, but also by decreasing biodiversity of soil microorganisms, which was particularly visible in the case of cadmium - a strongly toxic heavy metal. This study demonstrates that the heavy metal contamination is a serious environmental problem. This phenomenon needs to be monitored and controlled to prevent irreversible changes to the ecosystem

Wpływ metali ciężkich na wzrost Escherichia coli izolowanych z wód pochodzących ze składowiska odpadów komunalnych

The aim of this study was to assess the sensitivity of Escherichia coli isolates originating from a municipal waste landfill to the selected heavy metals. The analyses were conducted using environmental strains, isolated from surface water – a stream flowing along the landfill and from leachate and the observations were compared to the reaction of a reference strain EC ATCC 25922. The growth rate of bacterial cultures was evaluated in the liquid medium supplemented with 0.02; 0.1 and 0.5 mg dm–3 of heavy metal salts: chromium, zinc, cadmium, copper, lead and mercury. The bacterial growth was examined turbidimetrically every 24 hours for 5 days. The performed study showed differences between the examined isolates in their response to the addition of the heavy metals in the liquid medium. Additionally, varied intensity of the heavy metals’ effect on bacterial growth was observed, with the weakest growth inhibition being recorded in the case of lead, while chromium and mercury causing the greatest growth inhibition of bacterial strains.Celem pracy była ocena wrażliwości izolatów Escherichia coli, pochodzących ze składowiska odpadów komunalnych na działanie wybranych metali ciężkich. Badaniu poddano izolaty środowiskowe, pochodzące z wody powierzchniowej – strumienia płynącego wzdłuż składowiska oraz z odcieków, a także szczep wzorcowy EC ATCC 25922. Ocenie poddano tempo wzrostu kultur bakteryjnych w podłożu płynnym z dodatkiem 0,02; 0,1 oraz 0,5 mg dm–3 soli metali ciężkich: chromu, cynku, kadmu, miedzi, ołowiu i rtęci. The Effect of Heavy Metals on the Growth of Waterborne Escherichia coli... 183 Wzrost bakterii badano turbidymetrycznie w odstępach 24-godzinnych przez okres 5 dni. Na podstawie przeprowadzonych badań stwierdzono różnice pomiędzy badanymi izolatami w ich reakcji na obecność badanych metali ciężkich w podłożu. Zaobserwowano także różną intensywność działania metali, przy czym najsłabsze zahamowanie wzrostu bakterii stwierdzono w przypadku ołowiu, natomiast najsilniejszy efekt hamujący miały chrom i rtęć

Chemical and microbiological contaminations of wheat seeds in the vicinity of municipal landfill site

Celem przeprowadzonych badań była ocena mikrobiologicznego zanieczyszczenia ziarna oraz składu chemicznego zanieczyszczeń znajdujących się na powierzchni ziaren pszenicy jarej uprawianej w pobliżu składowiska odpadów komunalnych. Skład chemiczny zanieczyszczeń znajdujących się na powierzchni ziaren pszenicy wykonano za pomocą mikroskopu elektronowego NOVA NANO SEM s 300 techniką EDS. Przeprowadzone badania wykazały, że ziarno pszenicy uprawianej w pobliżu składowiska odpadów komunalnych może być zanieczyszczone metalami ciężkimi, a stopień zanieczyszczenia zależy od lokalizacji uprawy względem składowiska odpadów.The aim of this research was to evaluate the microbiological contamination and the chemical composition of contaminants present on grain surface of wheat cultivated in the vicinity of municipal landfill site. Chemical composition of contaminants present on grains surface was done with the electron microscopy NOVA NANO SEM s 300 with EDS technique. Conducted analyses revealed that grains of wheat cultivated in the vicinity of municipal landfill site are contaminated with heavy metals and the extent of contamination is related to the localization of plots to the landfill site

Jakość mikrobiologiczna i fizykochemiczna odcieków i wód w rejonie składowiska odpadów komunalnych

This study aimed to assess microbiological and physicochemical quality of landfill leachate and water in the landfill’s vicinity. Nine samples consisting of groundwater, surface water and leachate were collected within and in the vicinity of a municipal landfill site in Tarnow. Physicochemical analyses of groundwater and leachate included: determination of pH, electric conductivity, heavy metal concentration (Pb, Cd, Cu, Zn, Cr VI and Hg) and sum of policyclic aromatic hydrocarbons. Surface water analyzes were complemented with the determination of Ni, As, Ag, V, volatile phenols concentration, content of total nitrogen and phosphorus, as well as CODCr and BOD5 Microbiological analyzes consisted of determination of total mesophilic and psychrophilic bacteria, Staphylococcus spp., Salmonella spp., the number of coliforms and fecal coliforms, Enterococcus faecalis, Clostridium perfringens, yeast and mold fungi. No threshold values concerning the examined chemical contaminants were exceeded in any of the water or leachate samples. However, the landfill vicinity resulted in severe microbiological contamination of surface and groundwater, which contained high concentrations of not only mesophilic bacteria but also fecal and pathogenic microorganisms. The results of this study revealed that waste and leachates are a major source of microbial emissions. Therefore, there is a need to conduct both physico-chemical and microbiological analyzes of the landfill-surrounding environment and this necessity should be legally enforced.Celem badań była ocena mikrobiologicznej i fizykochemicznej jakości odcieków oraz wód w rejonie składowiska odpadów komunalnych. Przebadano 9 próbek wód podziemnych, wód powierzchniowych i odcieków zebranych na terenie oraz w rejonie składowiska odpadów komunalnych w Tarnowie. Analizy fizykochemiczne wód podziemnych i odcieków obejmowały: oznaczenie pH, przewodności elektrolitycznej, stężenia metali ciężkich (Pb, Cd, Cu, Zn, Cr VI i Hg) oraz sumy wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych. Analizy wód powierzchniowych uzupełniono o oznaczenie stężeń Ni, As, Ag, V, lotnych fenoli, całkowitego azotu i fosforu, a także ChZTr i BZT5 Wykonano również analizy mikrobiologiczne: oznaczenie ogólnej liczby bakterii mezofilnych i psychrofilnych, Staphylococcus spp., Salmonella spp., bakterii grupy coli, bakterii grupy coli typu kałowego, Enterococcus faecalis, Clostridium perfringens, drożdży i pleśni. Za równo w próbkach wód, jak i odcieków nie stwierdzono przekroczenia wartości granicznych dla żadnych z oznaczanych składników chemicznych. Zauważono jednak, że bliskie sąsiedztwo składowiska przyczynia się do znacznego skażenia mikrobiologicznego wód powierzchniowych i podziemnych, w których stwierdzono duże ilości nie tylko bakterii mezofilnych, lecz również wskaźników zanieczyszczenia kałowego, a także bakterii chorobotwórczych. Wyniki niniejszych badań wykazały, że odpady i odcieki ze składowisk są istotnym źródłem emisji drobnoustrojów do środowiska. W związku z tym ważne jest, aby na terenie i w bliskim sąsiedztwie składowisk prowadzone były nie tylko analizy fizykochemiczne, lecz również oznaczenia mikrobiologiczne, a także aby wprowadzić odpowiednie przepisy, regulujące konieczność i częstotliwość wykonywania wymienionych badań

COVID-19 lockdown shows how much natural mountain regions are affected by heavy tourism

Mountain areas in Poland are among the most frequented tourist destinations and such intensive tourism negatively affects the natural environment. The COVID-19 pandemic and the resulting lockdown restricted travel for a few months in 2020, providing a unique opportunity to observe the studied mountain environment without the impact of typical tourist traffic. This study is based on the determination of antibiotic content, hydrochemical parameters, enumeration of culturable bacterial water quality indicators, antimicrobial susceptibility tests together with extended spectrum beta-lactamase (ESBL) gene detection in waterborne E. coli and NGS-based bacterial community composition at six sites along the Białka river valley (one of the most popular touristic regions in Poland) in three periods: in summer and winter tourist seasons and during the COVID-19 lockdown. The results of individual measurements showed decreased numbers of bacterial indicators of water contamination (e.g. numbers of E. coli dropped from 99 × 10(4) CFU/100 ml to 12 CFU/100 ml at the most contaminated site) and the share of antimicrobial resistant E. coli (total resistance dropped from 21% in summer to 9% during lockdown, share of multidrug resistant strains from 100 to 44%, and ESBL from 20% in summer to none during lockdown). Antibiotic concentrations were the highest during lockdown. The use of multivariate analysis (principal component analysis – PCA and heatmaps) revealed a clear pattern of tourism-related anthropogenic pressure on the water environment and positive impact of COVID-19 lockdown on water quality. PCA distinguished three major factors determining water quality: F1 shows strong effect of anthropogenic pressure; F2 describes the lockdown-related quality restoration processes; F3 is semi-natural and describes the differences between the most pristine and most anthropogenically-impacted waters