Біологічні науки/6

к.т.н. Гриценко Н.А., к.т.н. Софилканич А.П., д.б.н. Пирог Т.П.

Національний університет харчових технологій, Київ, Україна

ПОВЕРХНЕВО-АКТИВНІ РЕЧОВИНИ NOCARDIA VACCINII ІМВ В-7405: ОДЕРЖАННЯ І ПРАКТИЧНЕ ВИКОРИСТАННЯ

Останніми роками мікробні поверхнево-активні речовини (ПАР) є об’єктом інтенсивних теоретичних і прикладних досліджень, що зумовлено їх можливим практичним використанням у різних галузях промисловості, а також у природоохоронних технологіях для очищення довкілля. [1].

Відомо, що мікроорганізми, здатні до асиміляції вуглеводневих субстратів, часто синтезують поверхнево-активні речовини. Разом з тим значним недоліком, який стримує широкомасштабне виробництво мікробних ПАР, є висока собівартість цих продуктів мікробного синтезу [2]. На теперішній час одним з найперспективніших субстратів для використання у біотехнологічних процесах є гліцерин – побічний продукт, утворюваний у великих кількостях при виробництві біодизелю з рослинної і тваринної сировини, використання якого може суттєво зменшити вартість технології [3].

Раніше із забруднених нафтою зразків води і ґрунту було виділено штам нафтоокиснювальних бактерій, ідентифікований як Nocardia vaccinii K-8 [4] і депонований у Депозитарії Інституту мікробіології і вірусології НАН України під номером ІМВ В-7405. Цей штам характеризувався здатністю до асиміляції вуглеводневих субстратів (нафта, рідкі парафіни, гексадекан), причому ступінь утилізації цих гідрофобних сполук підвищувався у разі іммобілізації бактеріальних клітин.

Мета роботи − розробити шляхи інтенсифікації синтезу поверхнево-активних речовин за умов росту N. vaccinii ІМВ В-7405 на гліцерині та дослідити можливість їх практичного використання.

Модифіковано склад поживного середовища для одержання посівного матеріалу (0,5 % гліцерину, 0,5 г/дм³ нітрату натрію, 0,5 % дріжджового екстракту, 0,001 г/дм³ сульфату заліза) і встановлено, що найвищі показники синтезу ПАР спостерігаються за використання 10 % інокуляту, вирощеного до середини експоненційної фази росту.

Визначення хімічного складу позаклітинних ПАР N. vaccinii ІМВ В-7405 показало, що у встановлених оптимальних умовах штам синтезує комплекс нейтральних, гліко- та аміноліпідів, серед яких ідентифіковано позаклітинні трегалозоміколати. Встановлено, що у разі внесення на початку стаціонарної фази росту штаму ІМВ В-7405 у середовище з гліцерином 0,1 % фумарату (попередник глюконеогенезу) і 0,1 % цитрату (регулятор синтезу ліпідів) показники синтезу ПАР підвищуються на 40 %.

Використання математичних методів планування експерименту дало змогу збільшити кількість синтезованих ПАР штаму ІМВ В-7405 у 4 рази (до 12,6 г/см³) порівняно з показниками до оптимізації.

На наступному етапі вивчали можливість використання ПАР N. vaccinii ІМВ В-7405 для ліквідації нафтових забруднень у довкіллі. В результаті встановлено, що ефективність очищення забрудненої нафтою води (2,6 г/дм³) після одноразової обробки суспензією клітин N. vaccinii ІМВ В-7405 (9,8×10⁷ КУО/см³) становила 95 %. За обробки препаратами ПАР у вигляді культуральної рідини (300 см³/ кг грунту) забрудненого нафтою ґрунту (20г/кг) ступінь деструкції нафти досягав 85 % через 30 діб. Встановлено, що за присутності ПАР штаму ІМВ В-7405 у вигляді культуральної рідини (30см³) ступінь відмивання піску від нафти (0,1см³ нафти/1 г піску) становив 90 %.

Одержані результати підтверджують перспективність використання ПАР N. vaccinii ІМВ В-7405 у природоохоронних технологіях для біоремедіації екосистем.

Оскільки актуальною проблемою сьогодення є боротьба з бактеріозами сільськогосподарських культур, на наступному етапі досліджували антимікробну дію ПАР N. vaccinii ІМВ В-7405 на фітопатогенні бактерії родів Pseudomonas і Xanthomonas.

Результати показали, що антимікробні властивості притаманні як препаратам очищених ПАР, так і ПАР у вигляді супернатанту культуральної рідини, а також неідентифікованим на теперішній час позаклітинним метаболітам, що містяться у водній фазі після екстракції ПАР. Так, після обробки упродовж 1–2 год досліджуваними препаратами N. vaccinii ІМВ В-7405 (0,085–0,85 мг/см³) виживання клітин (10⁵–10⁷ в см³) переважної більшості фітопатогенних бактерій не перевищувало 0–5 %. Одержані результати є перспективними для розробки екологічно безпечних біопрепаратів для контролю чисельності фітопатогенних бактерій.

Отже, в результаті роботи розроблено технологію синтезу ПАР N. vaccinii ІМВ В-7405 на основі гліцерину, яка порівняно з відомими у світі має такі переваги: по-перше, вища концентрація синтезованих позаклітинних ПАР; по-друге, вищий вихід ПАР від заданого субстрату (штам К-8 синтезує 12,6 г/дм³ ПАР з 1,5 % гліцерину, у той час як інші продуценти від 3 до 8 г/дм³ ПАР з 2–10 % субстрату). Визначено можливість практичного використання ПАР штаму ІМВ В-7405 у природоохоронних технологіях та як антимікробних агентів.

Література:

1. Singh A., Van Hamme J.D., Ward O.P. Surfactants in microbiology and biotechnology. Part 2. Applications aspects // Biotechnol. Adv. – 2007. – V. 25. – P. 99–121.

2. Banat I., Franzetti A., Gandolfi I. Microbial biosurfactants production, applications and future potential // Appl. Microbiol. Biotechnol. – 2010.− V. 87, № 2. – P. 427−444.

3. P.G. da Silva, M. Mack, J. Contiero da Silva P.G. Glycerol: A promising and abundant carbon source for industrial microbiology // Biotechnol. Advanc. – 2009. – V. 27. – P. 30–39.

4. Пирог Т.П., Шевчук Т.А., Волошина И.Н. Использование иммобилизованных на керамзите клеток нефтеокисляющих микроорганизмов для очистки воды от нефти // Прикладная биохимия и микробиология. – 2005. – 41, № 1. – С. 58−63.