Авторефераты по всем темам >> Авторефераты по биологии

Бактерии-деструкторы фенола и его хлорированных производных

Автореферат докторской диссертации по биологии

Страницы: | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |

5.а Результаты изучения возможности практического применения штаммов- деструкторов

Результаты исследований, приведенные выше, указывают на целесообразность практического применения вновь выделенных штаммов, в частности, для очистки объектов, загрязненных фенолом и его галогенсодержащими производными, а также для создания invitroновых штаммов, способных изменять свойства молекул хлорфеноксикислот в сторону их детоксикации и снижения устойчивости в окружающей среде.

5.1. Использование штаммов-деструкторов для ремедиации окружающей среды

Перспективы использования штаммов-деструкторов в целях улучшения качества очистки промышленных стоков от фенолов были определены в ходе исследований, направленных на снижение содержания фенолов в стоках предприятий нефтехимического профиля.

В результате испытаний штаммов в условиях реальных сточных вод, характерных для нефтехимического производства Северного промышленного узла РБ, было обнаружено, что культуры A. globiformis17S, В. cereus34Т, В. subtilis16, G. oxydans2Т и S. marcescens22S способны эффективно снижать концентрацию фенола и его производных в условиях загрязненной водной среды и почвы.

Культура A. globiformis17S проявила активность в условиях комплекса загрязнений сточных вод производства дубильных экстрактов ОАО Дубитель и ОАО Ново-Уфимский НПЗ (табл. 5).

Таблица 5 - Результаты анализа содержания фенолов в стоках ОАО Новоуфимский НПЗ и ОАО Дубитель при применении культуры А. globiformis17S

ХАРАКТЕРИСТИКА СТОКОВ	ВРЕМЯ ОБРАБОТКИаа (СУТКИ)
Пробы сточных вод нефтехимического производства ОАО Новоуфимский НПЗ	Пробы сточных вод производства дубильных экстрактов ОАО Дубитель
0	1	3	0	3	7
Содержание фенолов в сточных водах, мг/л	0,096	0,064	0,008	0,750	0,155	0,007
Содержание фенолов от контроля, %	100	33,3	11,6	100	20,6	9,3
Степень очистки, %	0	66,7	88,4	0	79,4	90,7

Заметное изменение содержания фенолов в сточных водах при использовании A. globiformis17S наблюдалось после 3-х суток обработки. Степень очистки сточных вод, достигаемая при применении штамма А. globiformis17S, составляла для стоков нефтехимического производства 88,4%, а производства дубильных экстрактов - 90,7%.

Культура В. subtilis16 проявила активность в условиях сточных вод нефтехимического производства ОАО Уфахимпром.

Таблица 6 - Результаты анализа содержания фенолов в стоках нефтехимического производства ОАО Уфахимпром при применении культуры В. subtilis16

ХАРАКТЕРИСТИКА СТОКОВ	ВРЕМЯ ОБРАБОТКИ (СУТКИ)
Пробы сточной воды	Пробы сточной воды с добавлением питательных солей
0	2	5	0	2	5
Содержание фенолов, мг/л	30,4	10,2	0,01	30,4	3,2	0,001
Содержаниеа фенолов от контроля, %	100	33,6	0,03	100	10,5	0,003
Степень очистки, %	0	66,4	99,7	0	89,5	99,997

Из результатов, приведенных в таблице 6, видно, что степень очистки сточных вод от фенолов в течение 48 часов составила 66,4%, а к 5-м суткам экспозиции содержание фенолов падало более чем на 99%. Существенно улучшало эффективность процессов очистки добавление питательных солей. Так, в течение 48 часов в условиях использования питательных солей уровень очистки в случае применения штамма В. subtilis16 достигал 89,5%, а к концу срока (5 дней) стоки были освобождены от фенолов более чем на 99,9%.

Культура S. marcescens22 S была активна в реальных условиях сточных вод нефтехимического производства и производства дубильных экстрактов.

Таблиц 7аа -аа Результатыаа анализ содержанияаа феноловаа ваа стокахаа ОАО Новоуфимскийа НПЗа иа ОАОа Дубительа приа примененииа культурыа S.

marcescens 22 S

ХАРАКТЕРИСТИКА СТОКОВ	ВРЕМЯ ОБРАБОТКИ (СУТКИ)
Пробы сточных вод ОАО Новоуфимский НПЗ	Пробы сточных вод ОАО Дубитель
0	1	3	7	0	3
Содержание фенолов, мг/л	0,099	0,036	0,024	0,011	0,75	0,095
Степень очистки, %	0	63,5	76,7	88,4	0	87,3

Степень очистки сточных вод от фенолов, достигаемая при использовании штамма S. marcescens22 S, в течение 3 суток для стоков производства дубильных экстрактов составляла 87,3%, а при применении к стокам нефтехимического производства составляла 75,7% на 3-й сутки и 88,6% на 7-е сутки обработки (табл. 7).

Деградацию 2,4,5-Т в почве осуществляли культуры В. cereus34Т и G. oxydans2Т.

Существенное изменение содержания 2,4,5-Т наблюдалось после 10-14 дней обработки почвы В. cereus34Т. Через 5 суток инкубации количество 2,4,5-Т уменьшалось на 35,8%, далее к 14-м суткам - примерно на 50% и впоследствии оставалось на этом уровне (табл. 8). Степень очистки почвы, достигаемая при использовании штамма G. oxydans2Т, составляла соответственно: 27,4% на 21-е сутки культивирования, 31,9% на 30-е сутки и около 66,5% на 48-е сутки.

Таблица 8 - Результаты анализа содержания 2,4,5-Т в почве при применении культуры В. cereus34Т и G. oxydans2Т

ХАРАКТЕРИСТИКА ПОЧВЫ	ВРЕМЯ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ, СУТКИ
1	5	10	14	21	30	48
культура В. cereus 34Т
Содержание 2,4,5-Т в почве, мг/г	100	64,2	58,0	50,3	50,0	не опр.	не опр.
Степень очистки к контролю, %	0	35,8	42,0	49,7	50,0	не опр.	не опр.
	культура G. oxydans 2Т
Содержание 2,4,5-Т в почве, мг/г	100	95,0	87,6	85,0	72,6	68,1	33,5
Степень очистки к контролю, %	0	5,0	12,4	15,0	27,4	31,9	66,5

Приведенное выше показывает, что применение культур В. cereus34Т и G. oxydans2Т является перспективным для очистки почвы от 2,4,5-Т.

5.2. Использование штамма Bacillussubtilis16 для создания штамма -деструктора с заданными свойствами invitro

Создание рекомбинантного штамма-деструктора проводили путем клонирования детерминант деградации 2,4-Д штамма Bacillussubtilis16 в составе вектора pBR322 в клетках E.coliНВ101.

Рекомбинантные клетки E.coliселектировали на жидкой среде М9, содержащей 2,4-Д в качестве единственного источника углерода и энергии.

Сравнительный анализ содержания 2,4-Д и продуктов ее деградации в пробах культуральной жидкости E.coliрМК 16 показал, что количество 2,4-Д к 14 суткам инкубации снижалось на 88,9%. Для штамма В. subtilis16 к 14-м суткам инкубации концентрация 2,4-Д в культуральной жидкости снижалась примерно на 78% от начального уровня.

С использованием метода газо-жидкостной хроматографии и хромато-масс-спектрометрии проведено сравнение продуктов метаболизма 2,4-Д, накапливаемых в культуральной жидкости В. subtilis16, E.colipBR322 и E.coliрМК16, и обнаружено их сходство, а именно, в качестве интермедиата штаммы образовывали 5-оксиметил-2,4-дихлорфеноксиуксусную кислоту.

Приведенные данные указывают на то, что штаммы E.coliрМК 16 и штамм В. subtilis16 обладают соизмеримой деструктивной способностью в отношении 2,4-Д и образуют одинаковые интермедиаты конверсии.

Анализ структуры рекомбинантной плазмиды штамма E.coliрМК16 показал, что плазмида штамма E.coliрМК16 имеет размер 8,8 т.п.н. и состоит из векторной молекулы pBR 322 (А) и двух BamHI-фрагментов, размер которых составляет 3,1 т.п.н. (В) и 1,3 т.п.н. (С).

Новый рекомбинантный клон E.coliс генотипом 2,4-Д+, был обозначен как штамм E.coliрМК16.

На основе приведенных сведений, демонстрирующих примеры практического использования новых штаммов-деструкторов, становится возможным сформулировать область их применения в целом, а именно:

очистка/доочистка сточных вод предприятий химического и нефтехимического профиля от фенола и его хлорированных производных;
детоксикация и очистка почвы от фенола и его хлорированных производных в случаях локального загрязнения;
создание новых штаммов-деструкторов с заданными свойствами invitro.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Присутствие в окружающей среде стойких синтетических соединений ароматического ряда создает одну из трудноразрешимых проблем в области поддержания качества среды обитания человека.

К настоящему времени сформировано представление о том, микроорганизмы, обладающие специфическими катаболическими способностями в отношении ксенобиотиков, могут использоваться для защиты и очистки среды в качестве действующих элементов биологических технологий нового поколения.

Вместе с тем, анализ результатов экспериментальных работ в области биоконверсии экотоксикантов обнаруживает слабую исследованность фундаментальных вопросов, связанных с описанием свойств отдельных культур, утилизирующих поллютанты, а также недостаточность знаний об организации и функционировании их консорциумов. Проявляется также неполное понимание сути механизмов биохимических превращений молекул загрязнителей, недостаточны сведения об особенностях генетического строения деструкторов.

В ходе настоящей работы из смешанных популяций почвенной биоты, подвергавшейся длительному воздействию техногенных факторов, были выделены новые бактериальные культуры, способные к ассимиляции фенола и его галогенидов.

Изучение характеристик вновь выделенных штаммов позволило существенно расширить представления о биоразнообразии современных деструкторов.

В частности, с применением молекулярных критериев систематики были дифференцированы новые виды гамма-подкласса протеобактерий родов Citrobacter, Stenotrophomonasи Xanthomonas.

Впервые было обнаружено, что представители родов Agrobacterium, Agromyces, Azospirillum, Brenneria, Enterobacter, Gluconobacter, Pantoea, Raoultella, Serratia, Stenotrophomonasи Xanthomonasспособны вовлекать в обмен веществ и энергии фенол, 2,4-ДХФ, 4-ХФУК, 2,4-Д и 2,4,5-Т.

Для представителей родов Achromobacter, Agrobacterium, Bacillus, Citrobacter, Gluconobacter, Raoultella, Serratia, Stenotrophomonasи Xanthomonasвпервые были описаны этапы ассимиляции хлорфеноксикислот и показано, что конверсия молекул ксенобиотиков происходит с образованием дегалогенированных производных феноксиуксусной кислоты, которые впоследствии подвергаются расщеплению до альдегида гексеновой кислоты, диоксогексендионовой кислоты или гексеналя. При этом впервые был обнаружен мета-путь конверсии 2,4,5-Т у штаммов родов Achromobacter, Gluconobacter, Pseudomonas, Raoultella, Stenotrophomonasи Xanthomonas, a также установлено, что конверсия хлорфеноксикислот у представителей рода Bacillusпроисходит через формирование гидроксилированных производных.

В геномах бактерий, принадлежащих родам Citrobacter, Pseudomonas, Raoultella,а Serratia,а Stenotrophomonasиа Xanthomonas,аа обнаружены

оригинальные плазмиды, несущие генетические детерминанты контроля над реакциями ассимиляции хлорфеноксиуксусных кислот. Эти плазмиды были классифицированы как новые D-плазмиды бактерий-деструкторов. Обнаружено, что плазмиды штаммов рода Raoultella способны к горизонтальному переносу и экспрессии детерминант деградации хлорфеноксикислот в других бактериальных хозяевах в полном объеме.

Показано, что генетические системы контроля конверсии ксенобиотиков вновь обнаруженных штаммов существенно отличаются от известных.

Следует подчеркнуть, что в настоящей работе изучение природных деструкторов было нацелено не только на понимание теоретических основ многообразия проявлений жизни, но и связывалось со стремлением использовать полученные данные на практике в качестве ключа, который открывает возможности разработки безопасных технологий сохранения окружающей среды. Поэтому была изучена принципиальная возможность использования новых штаммов-деструкторов для доочистки от фенолов стоков предприятий нефтехимического профиля, а также показаны перспективы применения их генетических элементов для дизайна штаммов с заданными свойствами invitro.

СКАЧАТЬ ОРИГИНАЛ ДОКУМЕНТА

Страницы: | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |

Авторефераты по всем темам >> Авторефераты по биологии

Blog

Бактерии-деструкторы фенола и его хлорированных производных