Биологические науки / 6. Микробиология

Разгородін М.І.

Національний університет харчових технологій, Україна

Целюлозолітична активність аеробних спороутворюючих бактерій роду Bacillus

Целюлоза є найпоширенішою органічною сполукою на Землі. Вона є головною складовою рослинних решток та зустрічається всюди: в деревині, волокнах насіння (наприклад, в бавовні), стеблах, соломі, лушпинні насіння, в морських рослинах і торфі [3]. Кількість целюлози практично необмежена, так як при раціональному ведені господарства вона повністю відновлюється, завдяки чому, целюлоза є практично невичерпним джерелом глюкози для потреб промисловості [4].

Проблема утилізації нетоварної частини урожаю й особливо соломи за умов різкого скорочення поголів'я сільськогосподарських тварин до недавнього часу здебільшого розв'язувалась шляхом її спалювання. Незважаючи на технологічні і фітосанітарні переваги цього процесу, відбуваються значні втрати органічного вуглецю як самої соломи, так і гумусу, що призводило до різкого посилення процесів дегуміфікації ґрунтів. Згідно з експертними оцінками у разі збереження такого стану в найближчі 5-7 років вміст гумусу в орному шарі знизиться від 3,2 до 2,8 %, що , без сумніву, призведе до зниження обсягів виробництва сільськогосподарської продукції [2]. Тому, одна з основних задач сучасної біотехнології – розробка препаратів для біодеструкції рослинних целюлозовмісних залишків.

У зв'язку з цим актуальним є пошук штамів мікроорганізмів, здатних продукувати різні гідролітичні ферменти, серед яких особливий інтерес представляє комплекс целюлозолітичних ферментів. Целюлозолітична активність забезпечується мультиферментним комплексом і складається з трьох основних компонентів: ендо-1,4-β-глюканази (КФ 3.2.1.4), екзоглюканази (КФ 3.2.1.91) та β-глюкозидази (КФ 3.2.1.21)[1].

Велика частина представлених в літературі досліджень присвячена активним целюлазам грибів [5]. Проте ведуться пошуки продуцентів целюлаз серед бактерій, які, на думку вчених, мають ряд переваг.

Метою нашої роботи був відбір штамів з високою целюлазною активністю серед бактерій роду Bacillus.

Об'єктом дослідження були 18 штамів бактерій роду Bacillus із колекції відділу антибіотиків Інституту мікробіології і вірусології НАН України ім. Д.К. Заболотного, ізольовані з різних еконіш (ґрунт, лікувальні грязі, шлунково-кишковий тракт тварин і людини та ін.).

Скринінг целюлозолітичних бацил проводили на чашках Петрі в агаризованому середовищі № 15 [1]. Замість глюкози як джерело вуглецю вносили 0,5 % целюлози (фірми Fluka, Німеччина). Зони, що утворилися в наслідок розкладу штамами целюлози виявляли за допомогою обробки чашок Петрі індикатором конгорот (0,1 %). Час експозиції становив 15 хвилин.

На наступному етапі вивчалися ферменти целюлазного комплексу відібраних штамів при глибинному культивуванні з використанням середовища такого ж складу, але без агару.

Встановлено, що з досліджуваних штамів лише 4 (B. licheniformis А 6/2, B. subtilis В-5001, B. licheniformis В-5510, B. subtilis 80ЛГ) здатні до розщеплення целюлози.

Найактивнішим виявився штам B. licheniformis А 6/2, найменш активним – B. subtilis А 23/2. Зона гідролізу КМЦ штамом B. licheniformis А 6/2 була більш прозорою та чіткою, ніж зони інших штамів. B. Subtilis А 23/2 майже зовсім не гідролізував целюлозу, про що свідчить відсутність росту і зони гідролізу субстрата. Нами для подальших досліджень було відібрано 2 штами – B. licheniformis А 6/2, B. licheniformis В-5510, що характеризувались найвищою целюлозолітичною активністю на агаризованому поживному середовищі.

За результатами досліджень штам B. licheniformis А 6/2 показав вищу питому целюлозолітичну активність, ніж штам B. licheniformis В-5510. Значення питомої активності, отримані при глибинному культивуванні штамів, корелюють з даними при поверхневому рості бактерій на твердому середовищі.. Штам B. licheniformis А 6/2 характеризується вищою питомою активністю та утворенням більш прозорої зони просвітлення на твердому середовищі з целюлозою

Отже, штам B. licheniformis А 6/2 проявляє високу целюлозолітичну активність, тому може бути використаний в подальших дослідженнях з метою створення препаратів на його основі для розкладу целюлозовмісних рештків.

Література:

1. Варбанець Л.Д., Борзова Н. В. Глікозидази мікроорганізмів і методи їх дослідження. – Київ: Наук. Думка, 2010. – 439 с.

2. Петров В. Б., Щербаков А. В., Денисенко В. В., Чеботарь В. К. Био-препаративное управление процесами деструкции и гумификации пожнивних остатков. – СПб, Изд-воСПбГУ, 2010. – 145 с.

3. Примак І. Д., Манько Ю. П., Рідей Н. М., Мазур В. А., та ін. Екологічні проблеми землеробства. – К.:Центр учбової літератури, 2010.– 456с.

4. Осадчая А. И., Сафронова Л. А., Авдеева Л. В., Иляш В. М. Скрининг штам мов бактерий с высокой целюлазной активностью // Микробиол. журнал. – 2009. – 71, № 1. – С. 41-46.

5. Lee R. Lynd, Paul J. Weimer, Willem H. Van Zyl, and Isak S. Pretorius Microbial Cellulose Utilization: Fundamentals and Biotechnology. // Microbiol Mol Biol Rev. – 2002. – 66. – 739-745 p.