Взаимодействие микроорганизмов с продуктами гидролиза иприта

Актуальность темы

.

К числу хлорорганических соединений, представляющих собой устойчивые поллютанты, относится иприт и продукты его гидролиза.

В силу повышенной токсичности иприта и продуктов его гидролиза они длительное время сохраняются в экосистемах без снижения ингибиторного действия на живые организмы. В природную среду они попадают в результате несовершенных способов хранения, при транспортировке, авариях и других ситуациях. И если проблема уничтожения запасов иприта в значительной степени решена, способы очистки природных экосистем — почв и водоемов от иприта и продуктов его гидролиза находятся только на стадии разработки.

Одним из современных методов, используемых при разработке экологически чистых технологий защиты природной среды, является биоремедиация, как наиболее щадящий метод сохранения биоразнообразия и обеспечения устойчивости очищенных биоценозов.

По мнению большинства исследователей этой проблемы, использование для этой цели активных штаммов микроорганизмов-деструкторов, устойчивых к загрязнителям, является наиболее перспективным способом биоремедиации почв и водоемов.

Сообщения в доступной литературе о характере действия иприта и продуктов его гидролиза на морфологические и физиологические свойства различных микроорганизмов, равно как о механизмах деструкции этих загрязнителей весьма ограничены и представляют собой единичные и разрозненные сообщения.

Цель исследований — провести сравнительное изучение чувствительности микроорганизмов различных таксономических групп к продуктам гидролиза ипритаиз числа наиболее устойчивых выделить культуру высокоактивного деструктора этих продуктовопределить возможный механизм их биодеструкции.

В соответствии с целью исследования в работе были поставлены следующие задачи:

• Определить уровень биоцидного действия смеси продуктов гидролиза иприта (ПГИ) и основного из них — тиодигликоля (ТДГ) на микроорганизмы различных таксономических групп.

• Изучить характер действия ПГИ на м орфолого-кул ьтурал ьны е и физиолого-биохимические свойства микроорганизмов, наиболее чувствительных к этим продуктам.

• Выделить культуры-деструкторы ПГИ, определить наиболее активную культуру по способности потреблять ТДГ из смеси ПГИ и изучить ее основные морфолого-культуральные и физиолого-биохимические свойства.

• Идентифицировать промежуточные и конечные продукты деструкции ПГИ выделенной культурой и определить возможный механизм деструкции.

• Провести модельные испытания выделенной культуры как деструктора ПГИ в условиях почвы.

Научная новизна полученных результатов.

Впервые изучен характер и степень воздействия смеси продуктов гидролиза иприта на рост микроорганизмов различных таксономических групп. Показано, что повышенная чувствительность к этому загрязнителю характерна для микромицетов и актиномицетов и в меньшей степени для дрожжей. Наиболее устойчивыми являются бактерии.

С использованием микромицетов показано, что действие на них смеси ПГИ весьма многообразно и касается как морфолого-культуральных, так и многих физиолого-биохимических свойств, что в конечном итоге может являться причиной фунгицидного эффекта.

В результате скрининга толерантных к смеси ПГИ бактерий выделена культура, отличающаяся способностью к полному их потреблению при достаточно высоких концентрациях в среде 2,3 г/л ХОС и 20 г/л ТДГ и идентифицирована как Pseudomonas sp. Y-13. Установлено, что выделенная культура отличается отсутствием патогенных свойств по отношению к теплокровным животным. tm.

Показано, что основным путем деструкции ТДГ культурой Pseudomonas sp. Y-13 является окисление его первичных спиртовых групп с образованием тиодигликолевой кислоты (ТДГК) и тиогликолевой кислоты (ТГК), последующая трансформация которых сопровождается образованием ацетата. В продуктах трансформации ТДГ культурой Pseudomonas sp. Y-13 впервые обнаружен Р-меркаптоэтанол, который в дальнейшем также трансформируется в ТГК. Все образующиеся продукты деструкции используются выделенной культурой в качестве единственных источников углерода.

Щ Практическая значимость полученных результатов.

Показано, что поиск и выделение деструкторов ПГИ целесообразно проводить среди бактерий, отличающихся от микроорганизмов других таксономических групп повышенной толерантностью к этим продуктам и способностью использовать их в качестве источника углерода.

На модельных испытаниях показано, что внесение в почву, загрязненную смесью ПГИ, клеток культуры Pseudomonas sp. Y-13 в значительной степени ускоряет очистку почв и способствует снижению их фитотоксичности.

Такие критерии оценки выделенной культуры как деструктивная активность, толерантность к такому типу загрязнителей, как продукты гидролиза иприта, безопасность для теплокровных животных и растений свидетельствуют о целесообразности использования Pseudomonas sp. Y-13 для разработки биопрепаратов с целью детоксикации ПГИ в природных экосистемах — почвах и водоемах.

Апообаиия работы.

Результаты работы доложены: на 13-м международном симпозиуме по биоповреждениям и биодеградации (Испания, Мадрид, 4−9 сентября 2005 г.) — на международной конференции «Проблемы биодеструкции техногенных загрязнителей окружающей среды» (Саратов, 14−16сентября 2005 г.) — на международной конференции ConSoil 2005 (Франция, Бордо, 3−7 октября 2005 г.) — на 10-м международном симпозиуме «Генетика промышленных микроорганизмов» (Прага, 24−28 июня 2006 г.) — на VIIJ международной конференции «Зашита и восстановление окружающей среды» (Греция, 3−7 июля 2006 г.) — обсуждены на заседании лаборатории микологии и микробиологии НИЦЭБ РАН.

Публикации.

По теме диссертации опубликованы 2 статьи и 5 тезисов. Объем и структура диссертант.

Диссертация состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части и списка литературы.

ВЫВОДЫ.

Изучено влияние смеси ПГИ и основного ее компонента — ТДГ на микроорганизмы различных таксономических групп. Показано, что наиболее чувствительны к этим продуктам микромицеты и актиномицеты, а наиболее устойчивы бактерии.

Показано, что наиболее значительным ингибиторным действием на изученные микроорганизмы обладает смесь ПГИ (по сравнению с ТДГ), что, по-видимому, связано с содержанием в ее составе хлорорганических веществ.

С использованием микромицетов, как наиболее чувствительных к ТДГ и смеси ПГИ микроорганизмов, показано, что эти продукты оказывают значительное влияние на морфологические и физиолого-биохимические признаки разных микромицетовувеличивают проницаемость клеточных мембран, изменяют жирнокислотный состав липидов, активизируют дегидрогеназы и подавляют активность гидролитических ферментов, стимулируют образование пигментов и экзополисахаридов. Проведен скрининг наиболее устойчивых к смеси ПГИ штаммов бактерий, выделенных из почвенных образцов. Среди изученных микроорганизмов выбран штамм Pseudomonas sp. Y-13 как высокоактивный деструктор ПГИ. Концентрация смеси ПГИ в среде, при которой культура растет и полностью их потребляет, составляет 2,3 г/л ХОС и 20 г/л ТДГ.

По результатам изучения морфолого-культуральных и физиолого-биохимических признаков выделенная культура отнесена к роду Pseudomonas.

Впервые в продуктах трансформации ТДГ выделенной культурой обнаружен /?-меркаптоэтанол, что позволяет определить два пути, по которым может происходить деструкция основного продукта смеси ПГИ: с образованием тиодигликолевой (ТДГК) и тиогликолевой (ТГК) кислот и с образованием /?-меркаптоэтанола с последующей его трансформацией также в ТГК.

Показано, что продукты, образующиеся в процессе биодеструкции ТДГТГК, ТДГК, уксусная кислота, а также /?-меркаптоэтанол (после трансформации его в ТГК), используются культурой в качестве источника углерода.

На модельных опытах показано, что внесение клеток бактерий Pseudomonas sp. Y-13 в почвы, загрязненные смесью ПГИ, приводит к ускорению процесса очистки от этих загрязнителей и снижению фитотоксичности почв.