Нужна индивидуальная работа?

Подберем литературу

Поможем справиться с любым заданием

Подготовим презентацию и речь

Оформим готовую работу

Узнать стоимость своей работы

Дарим 200 руб.
на первый
заказ

Магистерская диссертация

Естествознание

Магистерская диссертация на тему: Кометаболизм ЭДТА и глюкозы у бактериального штамма LPM

Купить за 600 руб.

Страниц

Размер файла

75.17 КБ

Просмотров

Покупок

Введение

Проблема очистки сточных вод, производство которых в России достигает 500 литров в сутки на душу городского населения, является одной из актуальнейших проблем наступившего века. В настоящее время разработаны и развиваются современные технологии очистки сточных вод. Наибольший интерес и перспективу имеют естественные и самые дешевые биологические методы очистки, представляющие собой интенсификацию природных процессов разложения органических соединений микроорганизмами в аэробных или анаэробных условиях. Существует множество биопрепаратов, используемых для очистки сточных вод. Это консорциумы микроорганизмов, выделенные методом накопительных культур обычно из активного ила аэротенков городских сооружений очистки сточных вод. Они используются для очистки сточных вод местного значения, например в селах, дачных и коттеджных поселках, небольших поселках городского типа, мини-заводах и т.п. Биопрепараты, содержащие ограниченное число видов микроорганизмов, по спектру разлагаемых веществ уступают свежему активному илу. Однако, они содержат быстро растущие штаммы, которые инициируют процессы разложения органических загрязнений. В нестерильном процессе развиваются также микроорганизмы, содержащиеся в отходах, и в микробное сообщество включаются недостающие звенья [1].

Мониторинг окружающей среды показывает, что в ней происходит постоянное накопление ЭДТА. В мире производится примерно 100 000 тонн ЭДТА в год [2-5]. Многочисленные исследования показали, что деградации ЭДТА в очистных сооружениях не происходит, а в природе существует лишь один значимый способ деградации ЭДТА - разложение комплекса Fе (III)EDTA под действием УФ лучей, который происходит лишь на поверхности воды [3]. Накопление ЭДТА в воде приводит к ухудшению качества питьевой воды, так как ЭДТА способствует переходу в растворенное состояние ионов металлов (в том числе тяжелых и токсичных). Большая часть этих комплексов проникает в грунтовые воды и водопроводы, ухудшая качество питьевой воды. Следует обратить внимание на то, что здоровью человека в первую очередь угрожают комплексы ЭДТА с токсичными металлами, а не ЭДТА, как химическое соединение.

До настоящего времени было выделено лишь несколько смешанных культур и всего три чистые культуры ЭДТА-деградирующих бактерий:

Agrobacterium sр. ATCC 55002, грам-отрицательный изолят BNC 1,

грам-отрицательные бактерии DSM 9103 и Pseudomonas sр. LPM-410.

В лаборатории физиологии микроорганизмов ИБФМ РАН был выделен новый ЭДТА-разрушающий бактериальный штамм LPM-4 со специфической потребностью в ЭДТА [6]. Данный штамм является уникальным, т.к. способен расти только на средах, содержащих ЭДТА. Отличительной особенностью данного штамма является то, что он способен метаболизировать глюкозу только в присутствии ЭДТА.

И целью настоящей работы было исследование совместного метаболизма ЭДТА и глюкозы у бактериального штамма LPM-4.

Соответственно были поставлены следующие задачи:

1. Исследование влияния степени деградации ЭДТА на ассимиляцию глюкозы бактериальным штаммом LPM-4;

2. Изучение способности клеток к деградации ЭДТА при дополнительном внесении ЭДТА в среду;

3. Исследование ЭДТА-индуцированной способности клеток ассимилировать глюкозу в процессе длительного культивирования с добавлением глюкозы;

4. Изучение способности штамма LPM-4 к переключению метаболизма от ассимиляции глюкозы к ассимиляции ЭДТА в процессе длительного культивирования в присутствии глюкозы.

Заключение

В результате проведенных исследований установлено, что присутствие косубстрата (глюкозы) не оказывает влияния на деградацию ростового субстрата (ЭДТА) штаммом LPM-4.

При внесении глюкозы в среду до посева ее потребление началось после завершения деградации ЭДТА и сопровождалось увеличением плотности биомассы в два раза по сравнению с контролем. При внесении косубстрата в момент исчерпания ростового субстрата, индукция ассимиляции косубстрата требует длительной лаг фазы, вероятно, из-за недостатка энергии. Не обнаружено ассимиляции глюкозы при ее внесении в среду через 1-3 суток после потребления ЭДТА.

Величины выхода клеток по массе из ЭДТА и глюкозы (при внесении глюкозы до посева или на 1-3 сутки) мало различались и составили 22,4% и 19,9-21,4% соответственно. Однако, поскольку ЭДТА и глюкоза характеризуются различным энергосодержанием, более правильно сравнивать энергетический выход клеток из этих субстратов. Энергетический выход характеризует долю энергии субстрата, перешедшую в биомассу. Поскольку энергосодержание глюкозы выше, чем ЭДТА (значения gs составляют 1,6 и 1,4 соответственно), выход биомассы по энергии из ЭДТА был выше, чем из глюкозы и составлял 32%, тогда как выход клеток по энергии из глюкозы изменялся в пределах от 24,9 до 26,8 %.

Анализируя результаты второго этапа опытов, мы убедились, что культура сохраняет способность ассимилировать ЭДТА при дополнительном внесении ЭДТА в среду. Повторное добавление ЭДТА в среду приводит к увеличению биомассы, то есть запаса питательных компонентов среды достаточно для поддержания роста клеток.

Показано, что штамм LPM-4 сохраняет ЭДТА-индуцированную способность ассимилировать глюкозу при многократном ее введении. Несколько сниженная ассимиляция глюкозы по сравнению с контролем и незначительный прирост биомассы при длительном культивировании бактерий (в течение 13-21 суток) объясняется тем, что в среде уже отсутствуют компоненты питательной среды, необходимые для роста культуры. Низкие показатели выхода клеток по массе и энергии при длительном культивировании говорят о том, что хоть глюкоза и потребляется, но синтеза биомассы не происходит.

Показано, что клетки штамма LPM-4 сохраняют способность к переключению метаболизма от ассимиляции глюкозы к ассимиляции ЭДТА в процессе длительного культивирования.

Результаты данного исследования важны для дальнейшей разработки нового биопрепарата по очистке сточных вод, который будет включать ЭДТА-разрушающий штамм LPM-4. Полученные данные помогут в выборе условий, оптимальных для деятельности штамма. Но нужно провести еще много работы, чтобы получить этот биопрепарат.

Список литературы

1. Биологическая очистка сточных вод. http://www.rfbr.ru

2. Босоло Ф. Химия координационных соединений.- М.: Мир, 1966.-145с.

3. Kari F.G. Modeling the photochemical degradation оf ethylenediaminetetraacetate in the river Glatt/ F.G. Kari, W. Giger// Environ.Ski Technol.- 1995.-V.29.-Р.2814-2827.

4. Bucheli-Witschel М., Т. Egli Environmental fate and microbial degradation оf aminopolycarboxylic acids // FEMS Microbiol. Rev. - 2001. - V.25. - Р.69 - 106

i. 5. Gschwind N. Biologischer Abbau von EDTA in einem Modelwasser // Wasser Abwasser. - 1992. - V.133. - Р.546 - 549.

ii. 6. Chistyakova Т.I., Dedyukhina Е.G., Satroutdinov А.D., Kaparullina Е.N.,

iii. Gavrish Е.Yu., Eroshin V.К. EDTA- dependent bacterial strain.//Process Biochem. 2005. V. 40. N 2. Р. 601-605.

7. Бек М. Химия равновесий реакций комплексообразования. - М.: Мир, 1973. 145с.

iv. 8. Арчаков А.И. Оксигеназы биологических мембран. - М.: Наука, 1983. - 120 с.

v. 9. Ляхович В.В. Структурные аспекты биохимии монооксигеназ. - Новосибирск.: Наука, 1978. - 47 с.

vi. 10. Witschel М., Nagel S., Egli Т. Identification and characterization оf the two-enzyme system catalyzing the oxidation оf EDTA in the EDTA-degrading bacterial strain DSM-9103 // J.Bacteriol. - 1997. - V.179. - Р.6937 - 6943.

vii. 11. Lauff J.J., Steele D.В., Coogаn L.А., Breitfeller J.М. Degradation оf the ferric chelate оf EDTA by а pure culture оf аn Agrobacterium sр. // Appl. Environ. Microbiol. 1990. V.56. Р. 3346-3353.

viii. 12. Nötermann В. Total degradation оf EDTA by mixed cultures and а bacterial isolate // Appl. Environ. Microbiol. 1992. V.58. Р. 671-676.

ix. 13. Chistyakova Т.I., Е.N. Kaparullina, Е.Yu. Garvish, V.К. Eroshin. А novel-EDTA-degrading Pseudomonas sр. // World Journal оf Microbiology and Biotechnology 2003 Р.977-980

15. Higgins I.J., Best D.J., Hammond R.С. New findings in methane-utilizing bacteria highlight their importance in the biosphere and their commercial potential// Nature (London). - 1980. - 286

16. Malashenco Yu.R. Syntabolism, the transformatiоn оf non-growth substrates uр tо biomass by obligate methane-oxidizing bacteria // 4th Int. symp. Microbial growth оn С1- compounds (Minneapolis, Sept., 1983): Abstrs. - Minneapolis,1983. - Thes. 2-10

17. Малашенко Ю.Р., Соколов И.Г., Романовская В.А. Микробный метаболизм неростовых субстратов.- Киев. Изд-во " Наукова думка" 1987

18. Современная микробиология. Прокариоты. Под редакцией Ленгелера Й., Древса Г.- М.: Мир 2005.

19. Ваккеров-Коузова Н.Д. Характеристика почвенных бактерий, трансформирующих азобензол.// Прикладная биохимия и микробиология. 2005, №2. М.: Наука.

20. Бабошин М. А. Кометаболизм флуорена культурами Rhodococcus rhodochrous и Pseudomonas fluorescens / Бабошин М. А., Финкельштейн З. И., Головлева Л. А. // Микробиология. - 2003. - Т. 72, N 2. - С. 194-198

21. Дзюбан А. Н., Косолапов Д. Б., Кузнецов И. А. Влияние промышленно-коммунальных стоков г. Череповца на функционирование бактериальных сообществ илов Рыбинского водохранилища // 11 Международный симпозиум по биоиндикаторам "Современные проблемы биоиндикации и биомониторинга" Сыктывкар , 17-21 сент.,2001 - С. 51-52 . Рус.; рез. англ.

22. Matthew F. Verce, Ricky L. Ulrich and David L. Freedman. Transitiоn from Cometabolic tо Growth-Linked Biodegradatiоn оf Vinil Chloride by а Pseudomonas sр. Isolated оn Ethene.// Environ. Sci. Technol. 2001. V.35. Р. 4242-4251.

23. Ленинджер А. Биохимия. Молекулярные основы структуры и функционирования клетки. - М: Мир. 1974 -957с.

24.Шлегель Г. Общая микробиология. М: Мир 1987. с. 194-197

25. Перт С.Дж. Основы культивирования микроорганизмов и клеток. - М: Мир. 1978. 331с.

27. Характеристики культур с подпиткой рекомбинантной Escherichia coli, содержащих аналог человеческого коллагена кДНК при различных удельных скоростях роста. http://www.biogene.ru/articles2.html

28. Гибридные системы биодеструкции с использованием биологически агрессивного химического реагента / Кузнецов А. Е., Сафронов В. В. // Сб. науч. тр. - Рос. хим.-технол. ун-т. , 2001 . № 179 .- С. 227-241.].

29. Минкевич И.Г. Материально-энергетический баланс и кинетика роста микроорганизмов.- Москва-Ижевск: НИЦ "Регулярная и хаотическая динамика"; Институт компьютерных исследований, 2005.-352с.

30. Satroutdinov А., Dedyukhina Е., Chistyakova Т., Witschel М., Minkevich I., Eroshin V., Egli Т. Degradation оf Metal-EDTA Complexes by Resting Cells оf the Bacterial Strain DSM 9103. Environ. Sci. Technol. 2000, 34, 1715-1720

Как купить готовую работу?

Авторизоваться
или зарегистрироваться
в сервисе

Оплатить работу
удобным
способом

После оплаты
вы получите ссылку
на скачивание