Диссертация (1091621), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Назавершающем этапе углеводороды переносятся с гемимицеллярного слоя вклетку. Процесс образования мицелл зависит от кинетики агрегированиямицеллы, решающими этапами являются второй и третий этапы, ониобычно отвечают за скорость деградации углеводородов в мицеллярнойфазе [87].20Поглощение углеводородов путем прямого контакта клеток сослоем гидрофобного субстратаВ работе [82] продемонстрировано, что продуцируемый бактериямиRhodococcus equi Ou2 биосурфактант играет незначительную роль вдеградации гексадекана.
Авторы предположили, что основный путьпоглощения углеводорода у данного штамма является прямой контакт сослоем углеводорода. Согласно другой гипотезе о роли биоПАВ вдоступности гидрофобных субстратов для бактерий, биосурфактанты,связанные с клеточной стенкой, могут увеличивать гидрофобностьклеточнойповерхности,чтоспособствуетадгезиибактерийкуглеводородам нефти [14].При поглощении гидрофобных субстратов путем прямого контактамикроорганизмынепосредственноадсорбируютсянажидкихуглеводородных субстратах, формируют при этом агломераты, чтоприводит к тесному контакту клеток с субстратом [86]. Проникновениебактерий внутрь капли гидрофобного субстрата указывает на высокоесродство их клеточной стенки к компонентам нефти (рис.5).Рисунок 5.
Гидрофобные клетки рода Rhodococcus (слева) и Pseudomonas(справа) на н-гексадекане при 2000 кратном приближении (http://dopuni.ru/destructor_of_oil_polution)Актинобактерии рода Rhodococcus обладают высокой адгезивнойактивностью по отношению к жидким углеводородам и их производным[88]. Это позволяет бактериям эффективно усваивать углеводородные21субстраты, что и является преимуществом бактерий рода Rhodococcus.Адгезия бактерии может отличаться у разных штаммов, и зависит отусловий культивирования [89].Большуюрольвгидрофобностиклеточнойстенкииграютповерхностные гликолипиды и пептидолипиды.
Гидрофобность клеточнойповерхности Rhodococcus может быть обусловлена содержащимися вклеточной стенке актинобактерий миколовыми кислотами. По даннымКоронелли [90] подавление синтеза миколовых кислот ведет к потереклетками способности окислять углеводороды, поскольку миколовыекислоты, как считает автор, непосредственно обеспечивают транспортмолекул углеводородов внутрь клетки.Другие авторы отмечали, что содержание клеточных липидовспособно увеличиваться при культивировании клеток на углеводородномсубстрате [91, 92]. Механизм повышения гидрофобности клеточной стенкиродококков они объяснили образованием гликолипидных биосурфактантовна начальной фазе роста бактерий. Гидрофобные «хвосты» миколовыхкислоттрегалолипидовпридаютдополнительнуюгидрофобностьклеточной стенке (рис.6).
Никайдо предположил, что продуцируемые вкультуральную среду гликолипиды могут быть заменены фосфолипидами,что приводит к повышению гидрофобного характера клеточной стенки[93].22Рисунок 6. Строение клеточной стенки бактерий-продуцентовгликолипидных биосурфактантовТаким образом, процесс утилизации гидрофобных субстратовбактериями Rhodococcus связан с продукцией биосурфактантов в среду и сизменением гидрофобности клеточной поверхности. Однако предлагаютсяразличныеобъясненияэтойвзаимосвязи.Механизмыучастиябиосурфактантов в поглощении гидрофобных субстратов бактериями доконца не ясны. Предложены и некоторые другие пути поступлениягидрофобных субстратов в клетки бактерий.Поглощение углеводородов путем формирования в клеточной стенкелипофильных каналовВ работе [94] был предложен биохимический путь образованиягидрофобных «каналов». Авторы утверждают, что эти каналы состоятся избелков, содержащих высокую долю гидрофобных боковых цепей.
Авторыпредположили,чтовэтихканалахсодержатсяферментативныекомплексы, участвующие в первичном окислении углеводородов.23Транспорт углеводородов через мембрануТранспорт углеводородов у Rhodococcus можно разделить на 2 этапа:первыйэтап–диффузияуглеводородовдоцитоплазматическоймембраны; второй этап – активный транспорт углеводорода черезцитоплазматическую мембрану с последующим растворением в липидахмембраны [95].
На первом этапе главную роль играет прямой контакт ссубстратом за счет высокой гидрофобности клеточной поверхности. Навтором этапе при растворении в мембранных липидах алканы могутокисляться мембранлокализованными ферментами до соответствующихкарбоновых кислот [96].1.2.3 Характеристика трегалолипидов как сурфактантовВработахпродуцируемые[7,25-27,56,63,65]бактериямиродапоказано,чтоRhodococcus,трегалолипиды,могутснижатьповерхностное натяжение на границе раздела вода-воздух с 72 мН/м дозначений 19 – 43 мН/м, а межфазное натяжение между водой игидрофобным субстратом (н-гексадеканом, деканом или керосином) – до1мН/м, при этом ККМ трегалолипидов находится в пределах 0,7 – 37 мг/л.Например,трегалозокориномиколаты(рис.3),продуцируемыеR.erythropolis DSM43215, снижали межфазное натяжение до 18 – 44 мН/м.Кориномиколаты сохраняли стабильные поверхностно-активные свойствав широком пределе рН и ионной силы раствора, и имели низкие значенияККМпривысокойконцентрациисоли[54].Вработе[26]продемонстрировано, что сукцинилтрегалолипиды со среднецепочечнымиостатками жирных кислот С10 – С14 (STL-1) (рис.
3), выделяемыебактериями R. erythropolis SD74, и их натриевая соль (NaSTL-1) проявлялиуникальную поверхностную активность даже при низкой концентрации.ККМ и поверхностное натяжение для STL-1 составляли 5.6x10–6 М и 19мН/м, для соли NaSTL-1 – 7.7x10–6 М и 32,7 мН/м. Сукцинилтетраэфиры24трегалозы, содержащие остатки янтарной, октановой и декановой кислот,снижали поверхностное натяжение воды до 24,4 мН/м при ККМ 5 мг/л[63], а межфазное натяжение между водой – н-гексадеканом – до 1,3 мН/м.Трегалолипиды обладают также эмульгирующей активностью поотношению к разным гидрофобным субстратам.
Бикка с соавторами [97]оценивали индекс эмульгирования (E24) биосурфактантов, продуцируемыхбактериями R.ruber, и показали, что он имеет значение в пределах от 20%до 60% в зависимости от углеводородов. Аналогично, другие авторы [98]определяли эмульгирующие свойства трегалолипидных биосурфактантов,выделяемых в культуральную среду бактериями R.erythropolis, R.opacus иR.ruber, максимальное значение E24 составило 62,5%. Эмульгирующиесвойства выделенных тетраэфиров трегалозы бактерий R. wratisaviensisсравнивали со свойствами синтетических сурфактантов [63]. Оказалось,что очищенные биосурфактанты способны эмульгировать алифатические иароматические углеводороды, смесь углеводородов, сырую нефть, и ихэмульгирующаяактивностьбылавыше,чемусинтетическихсурфактантов.Тип образуемой эмульсии любого ПАВ зависит от гидрофильнолипофильногобаланса(ГЛБ)вещества.ГЛБявляетсякритериемпрактического применения ПАВ, в зависимости от величины которого иподбирают эмульгаторы.
Значение ГЛБ всех поверхностно-активныхвеществ по Гриффину укладывается в интервал от 1 до 20 [99]. В работе[100] приведены экспериментально полученные значения ГЛБ длягликолипидов, синтезируемых R. ruber IEGM 231. В случае неочищеннойсмеси биосурфактантов значение ГЛБ составило 7, а для очищенныхсукцинилтрегалолипидов, содержащих остатки среднецепочечных жирныхкислот (С10–C16), – 8.
Трегалолипиды из R. erythropolis 51T7, содержащиедлинноцепочечные остатки жирных кислот, имели значение ГЛБ – 11 и25образовывали стабильные эмульсии [25]. Основные физико-химическиесвойства трегалолипидных биосурфактантов представлены в таблице 3.Таблица3.Основныефизико-химическиесвойстватрегалолипидных биосурфактантов, продуцируемых бактериями родаRhodococcusБактериипродуцентыТип трегалолипидови их локализацияПоверхностноенатяжение(мН/м)27,1Межфазноенатяжение (мН/м)6,3ККМ/КР*(мг/л)ИсточникR. erythropolis(14 штаммов)R. erythropolisDSM 43215R.erythropolisDSM 43215R. erythropolisDSM 43215R. erythropolisDSM 51T7R. erythropolisMTCC 2794R.erythropolisEK-1R.longus(3 штамма)R.opacus(3 штамма)R.ruber(15 штаммов)R.ruberIEGM231R.ruberIEGM235R.wratislavientis BN38R.wratislavientis BN38Rhodococcussp.
51T7Rhodococcussp. H13ARhodococcussp. SD-74R.erythropolis3C-9R.ruber 725культуральная среда60[24, 98]36174[101]32144[101]26<115[101]27,9537[25]33,8неопр.100[102]30 – 39неопр.6*[103]27,21,890*[24]культуральная среда26,53,095*[98] [24]культуральная среда27,42.7 (1.61)72*[24]липидный экстракт28,5 – 30,10,3 – 1,686-173[104]гликолипиды26,80,954[98]культуральная среда28,65,3не опр.[63]сукцинилтетраэфиры трегалозыбесклеточныйсупернатантоктаацилтрегалоза24,41,35[63]30Не опр.не опр.[62]Не опр.0,021,5[60]19Не опр.[26]33,4Не опр.5.6x10–6Mне опр.29.5Не опр.не опр.[66]трегалозодикориномиколатытрегалозомонокориномиколат2-2’,3,4 -тетраэфирытрегалозытетраэфирытрегалозыорганическийэкстрактбесклеточныйсупернатанткультуральная средасукцинилтрегалолипидыкультуральная средаорганическийэкстракт26[65]R.erythropolisRhodococcussp.
PML026R opacus 1CPRhodococcussp. X5Rhodococcussp. S67Rhodococcussp. S26липидный экстракттрегалолипиды3829трегалозодимиколатыНе опр.Не опр.не опр.250[105][27]Не опр.не опр.[56]31культуральная среда[7]Не опр.32не опр.33*КР- константа разбавленияКак видно из данных, суммированных в таблице 3, трегалолипидыродококковобладаютвысокойповерхностнойиэмульгирующейактивностью. Преимущество биосурфактантов перед синтетическими ПАВсостоит в том, что биоПАВ обладают высокой поверхностной иэмульгирующейактивностью,мицеллообразования,биоразлагаемымиинизкойнизкойкритическойтоксичностью;биосовместимыми.Ихконцентрациейониполучаютявляютсяметодамибиотехнологии из дешевого сырья, что экологически и экономическиперспективно для разработки современных технологий.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
