The decomposition of recalcitrant organic compounds by soil organisms plays an important role in the carbon and nitrogen cycles. Earthworms are assumed as "hot spots", where humic acids (HAs) are being transformed. In present work the transformation of HAs, extracted from Dystric Albic Planosol soil, was studied in presence of i) sterilized gut fluid (GF) of the earthworm Aporrectodea caliginosa, ii) one of the five bacterial strains (Aeromonas encheleia, Bacillus thuringiensis, Acinetobacter sp., Aeromonas sp. and Streptomyces sp.) isolated from the native GF and iii) simultaneous present of GF and one of the five bacterial strains.The average molecular mass of the HAs decreased from 31 to 12 kDa upon incubation with the GF and to 22-23 kDa upon incubation with the bacteria only. Incubation of HAs with GF + bacteria decreased the molecular mass to 14-18 kDa, depending on the bacterial strain. The less intensive transformation of the HAs in the presence of the GF and bacteria was due to high concentration of easily accessible organic compounds in the GF These substances are preferentially decomposed by bacteria, whereas HAs are less preferential substrate for bacteria consumption in these conditions. Thus, in the earthworm intestine, which is normally rich in organic matter and populated by gut-associated bacteria, the transformation of the HAs is poor. In conclusion, earthworms can intensively utilize HAs, and the rate of transformation depends on the presence of gut enzymes and gut-associated bacteria. (C) 2016 Elsevier Masson SAS. All rights reserved.

It was established that the biomass of fungal mycelium decreased by 30–50% during passage through the intestine of the Aporrectodea caliginosa and Lumbricus terrestris earthworms, while its content in empty intestines was 40–60% less than in the soil. It was found that the amount of mycelium increases again in three-day-old coprolites due to the rapid growth of the species. It was demonstrated that the physiological activity of fungi (estimated according to the time of the appearance of colonies on the medium and probability of propagation) is lower in the intestine content, digestive tract, and fresh excrement of the worms than in the soil. It was noted that the activity and diversity of organic substrates (utilized by fungi), as well as proteolytic activity is lower in fungal isolates from the intestine than from the soil. It was registered that the death of a part of the fungi occurs in the worm intestine, while the physiological state changes in the animals withstanding the effect of the digestive medium.

Из почвы и пищеварительных трактов почвенных и навозных дождевых червей изолированы и идентифицированы несколько сотен штаммов бактерий, принадлежащих к разным таксонам, а также охарактеризованы некоторые их физиолого-биохимические свойства. Установлено, что большинство штаммов кишечных бактерий червей является факультативными анаэробами. Кишечные изоляты бактерий обладали повышенной, по сравнению с почвенными, активностью протеаз и дегидрогеназ. Кроме того, бактерии, ассоциированные с кишечниками червей, способны к росту на гуминовой кислоте как на единственном источнике углерода; при этом гуминовая кислота стимулировала рост кишечных бактерий больше, чем почвенных, а в самих пищеварительных трактах обнаружена полифенолоксидазная активность. В совокупности с данными о таксономической обособленности кишечных бактерий, описанные признаки свидетельствуют о наличии в кишечнике червей группы бактерий, которая функционально характерна для кишечника червей и отличается от почвенных бактерий.

Several hundred bacterial strains belonging to different taxa were isolated and identified from the digestive tracts of soil and compost earthworms. Some physiological and biochemical properties of the bacteria were characterized. The majority of intestinal bacteria in the earthworms were found to be facultative anaerobes. The intestinal isolates as compared to the soil ones had elevated activity of proteases and dehydrogenases. In addition, bacteria associated with earthworms' intestines are capable of growth on humic acids as a sole carbon source. Humic acid stimulated the growth of the intestinal bacteria to a greater extent than those of the soil ones. In the digestive tracts, polyphenol oxidase activity was found. Along with the data on the taxonomic separation of the intestinal bacteria, the features described testified to the presence of a group of bacteria in the earthworms intestines that is functionally characteristic and is different from the soil bacteria.

На примере 38 штаммов бактерий показана их способность сорбировать гуминовую кислоту (ГК) из водного раствора. Для 10 штаммов бактерий построены изотермы сорбции ГК клетками. Рассчитанные с использованием уравнения Ленгмюра параметры прочности связывания ГК с клетками (k) и предельной адсорбции (Qmax) достоверно различались для грамположительных и грамотрицательных бактерий. Грамположительные бактерии сорбировали ГК в больших количествах, чем грамотрицательные: Qmax = 23 ± 10 мг/м2 и 5.6 ± 1.2 мг/м2 поверхности клетки соответственно. При этом прочность связывания ГК клетками была выше у грамотрицательных бактерий по сравнению с грамположительными: k = 9 ± 5 мл/мг и 3.3 ± 1.1 мл/мг соответственно.

Capacity for sorption of humic acid (HA) from water solutions was shown for 38 bacterial strains. Isotherms of HA sorption were determined for the cells of 10 strains. The bonding strength between the cells and HA (k) and the terminal adsorption (Q(max)) determined from the Langmuir equation for gram-positive and gram-negative bacteria were reliably different. Gram-positive bacteria sorbed greater amounts of HA than gram-negative ones (Q(max) = 23 ± 10 and 5.6 ± 1.2 mg/m2, respectively). The bonding strength between HA and the cells was higher in gram-negative bacteria than in gram-positive: k = 9 ± 5 and 3.3 ± 1.1 mL/mg, respectively.

Исследован рост инфузории Tetrahymena pyriformis, как модельного объекта, в жидкой аксеничной культуре, в присутствии стерильных культуральных жидкостей 27 штаммов грамположительных и грамотрицательных бактерий, выращенных на глюкозо-пептонно-дрожжевой среде в течение 2-х и 5-ти суток. Не выявлено различий в действии культуральных жидкостейграмотрицательных и грамположительных бактерий на рост инфузории. Показано, что бактериальные метаболиты могут как стимулировать, так и подавлять рост и эффект зависит от штамма бактерии и продолжительности культивирования. Найдено, что гуминовые кислоты, как постоянные компоненты природных растворов, также могут и стимулировать, и подавлять рост инфузории, причем эффект зависит от концентрации. Гуминовые кислоты способны нивелировать действие бактериальных метаболитов на рост инфузории. Таким образом,выявлена закономерность, что гуминовые вещества не только сами действуют на простейших, но и модифицируют биологическую активность микробных метаболитов. Подобные явления, возможно, играют роль в химической коммуникации и в выборе простейшими объекта питания.

Passage of humic acids (HAs) through the digestive tract of the earthworm, Eiseniafetida andrei, resulted in a decrease in molecular masses of the HAs. The effect of earthworm-modified HAs on individual bacteria and on bacterial communities as a whole is different from the effect of native HAs. Modified HA probably induces and regulates microbial successions in soils and composts in a different manner than the native HA, suppressing or stimulating different groups of microorganisms. These results may explain why the positive effects of commercial humates in real soil ecosystems, unlike model communities, attenuate rapidly.

The influence of humic acids of different origins on the growth of bacterial cultures of different taxa isolated from the soil and the digestive tracts of earthworms (Aporrectodea caliginosa)—habitats with contrasting conditions—was studied. More than half of the soil and intestinal isolates from the 170 tested strains grew on the humic acid of brown coal as the only carbon source. The specific growth rate of the bacteria isolated from the intestines of the earthworms was higher than that of the soil bacteria. The use of humic acids by intestinal bacteria confirms the possibility of symbiotic digestion by earthworms with the participation of bacterial symbionts. Humic acids at a concentration of 0.1 g/l stimulated the growth of the soil and intestinal bacteria strains (66 strains out of 161) on Czapek’s medium with glucose (1 g/l), probably, acting as a regulator of the cell metabolism. On the medium with the humic acid, the intestinal bacteria grew faster than the soil isolates did. The most active growth of the intestinal isolates was observed by Paenibacillus sp., Pseudomonas putida, Delftia acidovorans, Microbacterium terregens, and Aeromonas sp.; among the soil ones were the representatives of the Pseudomonas genus. A response of the bacteria to the influence of humic acids was shown at the strain level using the example of Pseudomonas representatives. The Flexom humin preparation stimulated the growth of the hydrocarbon-oxidizing Acinetobacter sp. bacteria. This effect can be used for creating a new compound with the elevated activity of bacteria that are destroyers of oil and oil products.

Исследовали влияние гуминовых кислот разного происхождения на рост широкого круга культур бактерий из разных таксонов, выделенных из контрастных по условиям местообитаний: почвы и пищеварительных трактов дождевых червей Aporrectodea caliginosa. Более половины почвенных и кишечных изолятов из 170 протестированных штаммов росли на гуминовой кислоте из бурого угля как на единственном источнике углерода. Бактерии, выделенные из кишечника червей, росли с большей максимальной удельной скоростью на гуминовой кислоте, чем почвенные. Использование кишечными бактериями гуминовых кислот подтверждает возможность симбиотического пищеварения у дождевых червей с участием бактериальных симбионтов. Гуминовая кислота в концентрации 0.1 г/л стимулировала рост 66 из 161 штамма как почвенных, так и кишечных бактерий, на среде Чапека с глюкозой (1 г/л), вероятно, выступая в качестве регуляторов клеточного метаболизма. Бактерии из кишечника росли с большей максимальной удельной скоростью на среде с добавкой гуминовой кислоты, чем почвенные изоляты. Наиболее активный рост среди кишечных изолятов наблюдался у Paenibacillus sp., Pseudomonas putida, Delftia acidovorans, Microbacterium terregens, Aeromonas sp., а среди почвенных – у представителей рода Pseudomonas. На примере бактерии рода Pseudomonas показано, что реакция бактерий на действие гуминовых кислот проявлялась на штаммовом уровне. Гуминовый препарат “Флексом” стимулировал рост углеводород-окисляющей бактерии Acinetobacter sp. Этот эффект может быть использован для создания нового препарата с повышенной активностью бактерий-деструкторов нефти и нефтепродуктов.