Биологические науки/6. Микробиология

Горшкова О.Г., Волювач О.В., Бєляєва Т.О., Балюк В.В.,

Коломієць А.Г., Піддубна С.О., Калинська Я. А., Ткаченко А.І.,

Ковтало М.С., Потоцька О.О.

Одеський національний університет імені І.І. Мечникова, Одеса

Детоксикація іонів важких металів з використанням мікроорганізмів-антагоністів патогенних бактерій

Важкі метали утворюють групу найнебезпечніших забруднювачів довкілля. У природні водойми з промисловими стічними водами надходить велика кількість іонів важких металів, які становлять реальну небезпеку для людини і стають істотною перешкодою у життєдіяльності мікробіонтів.

Мета та завдання дослідження – запропонувати найбільш екологічно безпечний і ефективний спосіб детоксикації іонів важких металів (хром (VI), свинець, цинк, кадмій) з використанням спеціально підібраної асоціації мікроорганізмів, що також володіють антагоністичною дією щодо розповсюджених патогенних бактерій (В. сereus, В. subtilis, М. luteus, E. сoli).

Матеріали і методи. Для проведення дослідження використовували непатогенні штами бактерій роду Pseudomonas: P. fluorescens ONU328, P. maltophilia ОNU329 (виділені з морської води), P. cepacia ОNU327 (виділений із грунту), що зберігаються в колекції мікроорганізмів кафедри мікробіологіі, вірусологіі та біотехнології ОНУ імені І.І. Мечникова. Залишковий вміст іонів важких металів після обробки розчинів розробленим способом аналізували атомно-абсорбційним методом на полум’яному атомно-абсорбційному спектрофотометрі “Сатурн“ у полум’ї суміші “повітря – пропан – бутан“.

Результати. Вперше очищення металовмісних розчинів і стічних вод з високим вмістом важких металів (до 70 мг/л) здійснено з використанням іммобілізованих за присутністю спеціально підібраних флокулянтів клітин непатогенних бактерій роду Pseudomonas: P. fluorescens ONU328, P. maltophilia ОNU329, P. cepacia ОNU327 з подальшою їх стерилізацією, що підтвердило високу ефективність запропонованого способу. Ступінь вилучення (Cr (VI), Pb (II), Zn (II), Cd(II)) із концентрованих водних розчинів сягав 93,00-99,85% при їх залишковому вмісті у розчині (0,03-4,9) мг/дм³. Використання в розробленому способі спеціально підібраної синергетично діючої асоціації штамів бактерій роду Pseudomonas (1:1:1 по об’єму) підвищувало ефективність по очищенню води і від важкого металу, що знаходився в аніонній формі - Cr (VI): ступінь вилучення шестивалентного хрому сягав 99,86% при його залишковій концентрації у розчині ≤0,1±0,002 мг/дм³ (ГДК_{Сr (VI)} =0,5 мг/дм³). При цьому залишкова концентрацію катіонів важких металів Pb (II), Zn (II), Cd(II) коливалась у межах 0,02-0,1 мг/дм³, що значно було нижче за їх гранично-допустиму концентрацію (ГДК) для скидання таких очищених розчинів у каналізацію: Pb (II) - 0,03 мг/дм³; Zn(II) - 1,0 мг/дм³; Cd (II) - 0,02 мг/дм³, а значить є припустимою і в рекреаційних зонах. В розробленому способі очищення металовмісних розчинів рекомендовано в якості більш ефективного мікробіологічного реагенту, що одночасно виконує функції біосорбенту і біоакумулятору іонів важких металів, які знаходяться в аніонній (Сr (VI)) та катіонній (Pb (II), Zn (II), Cd(II)) формі, використовувати асоціацію непатогенних штамів бактерій P. fluorescens ONU328, P. maltophilia ОNU329, P. cepacia ОNU327, узятих в об’ємному співвідношенні 1:1:1 (таблиця)

Таблиця

Ефективність очищення води від деяких іонів важких металів іммобілізованими мікроорганізмами

Ступінь вилучення деяких іонів важких металів, %	Штам
	P. fluorescens ОNU328	P. maltophilia ОNU329	P. cepacia ОNU327	Асоціація P. cepacia, P. fluorescens, P. maltophilia
Сr (VI)	61,43	82,00	93,00	≥99,86
Pb (II)	99,92	99,92	99,92	99,95
Zn (II)	99,85	99,50	99,50	99,50
Cd (II)	99,96	98,84	99,92	99,96

Примітка: вихідні концентрації іонів важких металів у воді: Сr (VI) – 70 мг/дм³; Pb (II) – 60 мг/дм³; Zn (II) – 20 мг/дм³; Сd (II) – 50 мг/дм³; рН середовища 6,8-7,2

Особливістю є те, що використані штами біохімічно активні і володіють поліфункціональною дією: володіють підвищеним нафтоокиснюювальним потенціалом [1], продукують у оптимізованому поживному середовищі клітинно-незв’язані поверхнево-активні речовини [2], що може бути використано при комплексному очищенні навколишнього середовища від полютантів різної природи (іони важких металів, нафта, нафтопродукти, смолисто-асфальтенові речовини, синтетичні поверхнево-активні речовини [3]).

Висновок. Очищення металовмісних розчинів і стічних вод з високим вмістом важких металів (до 70 мг/л) рекомендовано здійснювати з використанням іммобілізованих у складі біофлоків клітин мікроорганізмів P. fluorescens ONU328, P. maltophilia ОNU329, P. cepacia ОNU327, що також є антагоністами поширених санітарно-показових бактерій, які часто виявляються у прибережних зонах морях і в зоні псамоконтуру, особливо в літній період.

Список використаної літератури:

1. Gudzenko T.V., Voliuvach O.V., Belyaeva T.O., Puzyreva I.V., Lisyutin G.V., Gorshkova O.G., Ivanytsia V.O. Oil oxidative activity of some strains of bacteria of Pseudomonas genus // Microbiology&Biotechnology. – 2013. – № 4. – P. 72–80.

2. Гудзенко Т.В., Іваниця В.О., Волювач О.В., Горшкова О.Г., Бєляєва Т.О., Конуп І.П., Дімова М.І. Вплив поживного середовища на здатність нафтоокиснювальних бактерій роду Pseudomonas продукувати біосурфактанти // Scientific Journal "ScienceRise" – 2014, №5/1(5). – С. 7–11.

3. Gudzenko T.V., Voliuvach O.V., Belyaeva T.O., Gorshkova O.G., Puzyreva I.V., Ivanytsia V.O. Remove of hexadecylpyridinium bromide from aqueous solutions by bacteria of the genus Pseudomonas in their interaction with clay mineral and chitosan // Microbiology&Biotechnology. – 2014. – № 1 (25). – P. 72–78.