Conservation techniques for promising bacteria in the oil industry to preserve biological properties

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Background: The conservation of valuable bacterial strains is crucial for various scientific, industrial, and environmental applications. Microorganisms with oil-emulsifying and oil-displacing properties are potentially significant for biotechnologies applied in the oil industry, particularly in such areas as bioremediation and tertiary enhanced oil recovery. To supply enterprises with pure cultures of microorganisms, they should be constantly maintained in the collection conditions in an active state while monitoring the preservation of their biotechnological properties. Therefore, keeping microorganism strains in working conditions and preserving their valuable properties are important for almost any work with microorganisms, ranging from primary research to their use in the production of various biopreparations.

Aim: The article focuses on studying a method for preserving bacteria that are useful in the oil industry. This method involves modifying the technique of microencapsulating microorganism cells in alginate gel by adding glycerin, which is used as an agent with biostatic action.

Materials and methods: The subject of research are eight hydrocarbon-oxidizing cultures of microorganisms that were sourced from the Department of Biotechnology of the al-Farabi Kazakh National University. Of these, four cultures were spore-bearing, while the other four were non-spore-bearing. The research employed microbiological methods of cultivation and storage of microorganisms in both solid and liquid media under aerobic conditions. In addition, Cooper's method was used to determine oil emulsification index and statistical methods for data analysis.

Results: It has been found that adding glycerin (15% vol.) as a biostatic to the gel-forming matrix of sodium alginate can ensure long-term (up to 6 months) cell viability for the studied bacteria in the range of 88-96% while maintaining functionality of immobilized cells. The values of the bacteria’s oil emulsification remained at the pre-conservation levels, whereas traditional storage methods result in a lower number of viable cells after six months. It should be noted that after six months of being stored in encapsulated form with glycerin, the viability of non-sporе-forming Pseudomonas cultures is lower (88-91%) than spore-forming Bacillus (95-98%). This correlation is also is observed for traditional methods.

Conclusion: The modern method of preserving bacteria allows for their long-term storage while maintaining functionality and viability.

About the authors

Gulzhan K. Kaiyrmanova

Al-Farabi Kazakh National University

Email: kaiyrman@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-8486-0566

Cand. Sc. (Biology)

Kazakhstan, Almaty

Alisher E. Asylbek

Al-Farabi Kazakh National University

Email: alisherasilbek162@gmail.com
ORCID iD: 0009-0004-0991-5474
Kazakhstan, Almaty

Aida R. Islamova

Al-Farabi Kazakh National University

Author for correspondence.
Email: aida.islamovaa@gmail.com
ORCID iD: 0009-0004-6923-4160
Kazakhstan, Almaty

Aliya K. Yernazarova

Al-Farabi Kazakh National University

Email: aliya.yernazarova@kaznu.edu.kz
ORCID iD: 0000-0001-5195-1795

Cand. Sc. (Biology)

Kazakhstan, Almaty

Aelina U. Abitbekova

Al-Farabi Kazakh National University

Email: aelinaabitbekova@gmail.com
ORCID iD: 0009-0002-1180-2570
Kazakhstan, Almaty

Ulzhan T. Shaimerdenova

Al-Farabi Kazakh National University

Email: shaimerdenovau@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-7399-7639
Kazakhstan, Almaty

References

  1. Cui K, Zhang Z, Zhang Z, et al. Stimulation of indigenous microbes by optimizing the water cut in low permeability reservoirs for green and enhanced oil recovery. Sci Rep. 2019;9(1). doi: 10.1038/s41598-019-52330-2.
  2. Singh NK, Choudhary S. Bacterial and archaeal diversity in oil fields and reservoirs and their potential role in hydrocarbon recovery and bioprospecting. Environ Sci Pollut Res. 2021;42:58819–58836. doi: 10.1007/s11356-020-11705-z.
  3. Al-Kaabi N, Disi ZA, Al-Ghouti MA, et al. Interaction between indigenous hydrocarbon-degrading bacteria in reconstituted mixtures for remediation of weathered oil in soil. Biotechnol Rep. 2022;36. doi: 10.1016/j.btre.2022.e00767.
  4. Smyth T, Perfumo A, McClean S, et al. Isolation and Analysis of Lipopeptides and High Molecular Weight Biosurfactants in Handbook of Hydrocarbon and Lipid Microbiology. Berlin: Springer Berlin Heidelberg; 2010. 4200 p.
  5. Prakash O, Nimonkar Y, Desai D. A Recent Overview of Microbes and Microbiome Preservation. Indian J Microbiol. 2020;60(3):297–309. doi: 10.1007/s12088-020-00880-9.
  6. Alonso S. Novel preservation techniques for microbial cultures. Ojha K, Tiwari S, Brijesh K, editors. Novel Food Fermentation Technologies. Cham: Springer; 2016. P. 7–33.
  7. She RC, Butler-Wu SM. Procedures for the Storage of Microorganisms. Ledeboer N, Karlowsky J, Carrel CK, Pfaller AM, editors. Manual of Clinical Microbiology, 13th ed. 2023. Washington : ASM Press. P. 1–6.
  8. Kaiyrmanova GK, Sairanbekova NR, Yernazarova AK, et al. Study of oil-emulsing bacteria with long-term storage. Biological Sciences journal. 2023;1(01):30–38. doi: 10.52081/BSJ.2023.v01.i1.004.
  9. Bircher L, Geirnaert A, Hammes F, et al. Effect of cryopreservation and lyophilization on viability and growth of strict anaerobic human gut microbes. Microb Biotechnol. 2018;11(4):721-733. doi: 10.1111/1751-7915.13265.
  10. Bassani JC, Queiroz Santos VA, Barbosa-Dekker AM, et al. Microbial cell encapsulation as a strategy for the maintenance of stock cultures. LWT. 2019;102:411–417. doi: 10.1016/j.lwt.2018.12.058.
  11. Gbassi GK, Vandamme T, Ennahar S, Marchioni E. Microencapsulation of Lactobacillus plantarum spp in an alginate matrix coated with whey proteins. International Journal of Food Microbiology. 2009;129(1):103–105. doi: 10.1016/j.ijfoodmicro.2008.11.012.
  12. microbeonline.com [Internet]. Bacteriology: Maintenance and Preservation of Organisms [cited 2023 Dec 12]. Available from: https://microbeonline.com/maintenance-and-preservation-of-pure-cultures-of-bacteria/.
  13. Gudina EJ, Pereira JFB, Costa R, et al. Biosurfactant-producing and oil-degrading Bacillus subtilis strains enhance oil recovery in laboratory sand-pack columns. Journal of Hazardous Materials. 2013;261:106–113. doi: 10.1016/j.jhazmat.2013.06.071.
  14. Volkov AI, Zharskiy IM. Bol'shoy himicheskiy spravochnik. Moscow: Sovremennaya shkola; 2005. 608 p.
  15. Burkitbay A. editor. Kazakhstan. Natsional'naya entsiklopediya. Aryskumskoye neftegazokondensatnoye mestorozhdeniye. Almaty: Kazak entsiklopediyasy; 2004. P. 266. (In Russ).
  16. Cooper DG, Goldenberg BG. Surface-Active Agents from Two Bacillus Species. Applied and Environmental Microbiology. 1987;53(2.):224–229. doi: 10.1128/aem.53.2.224-229.1987.
  17. Morikawa M, Hirata Y, Imanaka T. A study on the structurefunction relationship of lipopeptide biosurfactants. Biochim Biophys Acta. 2000;1488(3):211–218. doi: 10.1016/s1388-1981(00)00124-4.
  18. Prakash O, Nimonkar Y, Shouche YS. Practice and prospects of microbial preservation // FEMS Microbiology Letters. Vol. 339, N 1. P. 1-9 doi: 10.1111/1574-6968.12034.
  19. Boothby TC, Tapia H, Brozena AH, et al. Tardigrades Use Intrinsically Disordered Proteins to Survive Desiccation. Molecular Cell. 2017;65(6):975–984. doi: 10.1016/j.molcel.2017.02.018.
  20. Szulc A, Ambrozewicz D, Sydow M, et al. The influence of bioaugmentation and biosurfactant addition on bioremediation efficiency of diesel-oil contaminated soil: feasibility during field studies. J. Environ. Manage. 2014;132:121–128. doi: 10.1016/j.jenvman.2013.11.006.
  21. Kaiyrmanova GK, Tapeshova SZ, Shaimerdenova UT, et al. Identification of microorganisms isolated from oil reservoir water of the Akingen field, Kazakhstan. Experimental Biology. 2022;1(90):126–136. doi: 10.26577/eb.2022.v90.i1.11.
  22. Cаmara DA, Sousa SB, Neto EB, Oliveira CA. Application ofrhamnolipid biosurfactant produced by Pseudomonas aeruginosa in microbial-enhanced oil recovery (MEOR). J. Pet. Explor. Prod. Technol. 2019;9(3):2333–2341. doi: 10.1007/s13202-019-0633-x.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Figure 1. Appearance of alginate microcapsules

Download (1MB)

Copyright (c) 2024 Kaiyrmanova G.K., Asylbek A.E., Islamova A.R., Yernazarova A.K., Abitbekova A.U., Shaimerdenova U.T.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».