Диссертация (1091621), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Это обуславливаетперспективы использования этих природных веществ в качестве ПАВ вразличных областях деятельности человека.1.2.4Влияниесубстратовнаспособностьродококковпродуцировать биосурфактантыАлканотрофные бактерии Rhodococcus способны продуцироватьвнеклеточные и клеточносвязанные гликолипидные биосурфактанты приросте на минимальных минеральных средах в присутствии гидрофобныхсубстратов как источника энергии и углевода [82]. В работе [64] авторыизучали способность бактерий R. wratislaviensis BN38 продуцироватьгликолипидные биосурфактанты при росте на различных алканах.Показано, что бактерии штамма BN38 способны утилизировать н-алканы сдлиной цепи в диапазоне от С8 до С17 (табл.
4). Следует отметить, что при27росте на углеводородах С11 и выше бактерии образовывали большоеколичество биомассы и биосурфактантов, что приводило к снижениюповерхностного натяжения среды до 29 – 32мН/м, а концентрациябиосурфактантов достигла максимального значения (3,1 г/л) при росте нан-гексадекане.Таблица 4. Рост и продуцирование биосурфактантов бактерий R.wratislaviensis BN38 на разных углеводородах [63]Субстраты-Биомасса,ПоверхностноеКонцентрацияуглеводородыг/лнатяжение,биосурфактантов,мН/мг/лПентан-59,0-Гексан-62,0-Гептан-62,0-Октан0,5440,30,05Нонан0,7339,00,15Декан0,8635,01,50Ундекан0,9032,00,75Додекан1,6523,31,20Тридекан1,5329,01,20Тетрадекан1,8030,21,50Пентадекан2,3029,01,85Гексадекан2,3528,43,10Гептадекан2,5429,02,75Аналогичные результаты получены Филпом [24] при исследованииалканотрофных бактерий Rhodococcus ruber IEGM 231.
Содержаниебиосурфактантов, продуцируемых бактериями R ruber, увеличивалось сувеличением длины цепи н-алканов. Во время роста на ундекане идодеканеконцентрациябиосурфактантовбыламинимальной,ноувеличилась с 1,8 до 2,2 г/л при росте на тридекане и тетрадекане, и до 4,0г/л – на пентадекане, максимальное значение достигло 9,9 г/л при росте на28н-гексадекане. Хаддизин с авторами [106] изучали способность бактерийR.erythropolis и R.ruber расти на четырех разных гидрофобных субстратах(дизельное топливо, нафталин, сырая нефть и бензол). Обнаружено, чтонафталин и сырная нефть являются оптимальными субстратами, накоторых бактерии R erythropolis и R. ruber эффективно продуцировалибиосурфактанты.БактерииRhodococcussp.SD-74продуцироваливнеклеточные сукцинилтрегалолипиды при росте на н-гексадекане какединственномисточникеуглерода[26].Сдругойстороны,привыращивании бактерий R.
erythropolis 3C-9 на одном и том же субстратебыли обнаружены два типа биосурфактантов в культуральной среде(свободные жирные кислоты и трегалолипиды) [65]. Кроме того, былавыявленаспособностьнекоторыхродококковпродуцироватьвнеклеточные биосурфактанты на водорастворимых субстратах. В ходекультивированияR.erythropolisATTCC4277наглицерине,обнаруживались трегалолипиды только в культуральной среде, в то времякак при росте на н-гексадекане были найдены клеточносвязанныетрегалолипиды [56].
Бактерии R.erythropolis EK-1 продуцировали, главнымобразом, эмульгаторы при росте на гидрофильных субстратах, ибиосурфактанты – на гидрофобных [103].Условиякультивированиядляполучениятрегалолипидовнауглеводородах изучены в ряде экспериментов при периодическом инепрерывном культивировании, в которых наблюдалась взаимосвязьмежду бактериальным ростом и продуцированием биосурфактантов. Ростбактерий в лимитирующих условиях культивирования или покоящимисяклетками определяет биосинтез различных типов и разных количествтрегалолипидов [82]. В ходе культивирования R.
erythropolis DSM432215на углеводородных источниках в условиях лимитирования по азоту и винтервале температур от 22°С до 30°С происходило накопление 2,2',3,4тетраэфиров трегалозы в культуральной среде [53]. Продуцирование292,2',3,4-тетраэфиров трегалозы было связано с ростом бактериямиRhodococcus sp. 51T7 [62], в то время как накопление внеклеточных монои дисукцинилтрегалолипидов в ходе культивирования R.erythropolis SD-74,по-видимому, не было связано с ростом микроорганизмов [61].
Ким ссоавторами [101] проводили культивирование покоящихся форм бактерийв условиях ограничения по азоту для повышения эффективности синтезаанионогенных тетраэфиров трегалозы при росте на н-алканах и успешноосуществили технологию получения трегалолипидов с содержанием 20 г/лпри использовании н-декана в качестве субстрата.1.2.5 Адаптация бактерий рода Rhodococcus к пониженнымтемпературам и продукция биосурфактантов в этих условияхПредставители рода Rhodococcus способны адаптироваться кэкстремальным условиям культивирования.
Так, родококки изменяютсостав жирных кислот липидов в клеточной стенке, чтобы сохранять еетекучесть при пониженной температуре (гомовискозная адаптация) [107]. Составлипидов влияет на плотность их упаковки, от которого зависит температурафазового перехода. Чем выше плотность упаковки, тем выше температурафазового перехода, и наоборот. Поэтому при адаптации к холодному условиюимеет значение изменения жирнокислотного состава, которые направлены наснижение плотности упаковки «хвостов» фосфолипидов в бислое мембран.Известно несколько механизмов:- Введение двойной связи в структуру жирных кислот специфическойдесатуразой.- Разветвление цепи жирной кислоты.- Изменение соотношения жирных кислот с цис- и транс-конформациейдвойной связи с помощью цис-транс изомеразы, а также соотношения изо- иантеизо-разветвлением [108].В работе [109] показано, что в состав миколовых кислот, выделенных изклеток 20 штаммов бактерий рода Rhodococcus, входит, по крайней мере, одна30непредельная связь, и у некоторых штаммов наблюдается разветвлениеуглеродного скелета.Еще один механизм адаптации родококков к низким температурамзаключаетсявзапасаниилипидовилиуглеводородовввидевнутриклеточных включений, что обеспечивает запас необходимойэнергии в условиях холода (рис.7).
По другим предположениям,содержащиеся в липидных включениях жирные кислоты играет рольподдержания текучесть клетки в условиях пониженных температур [110,111, 107].Рисунок 7. Ультраструктура клетки штамма Rhodococcus opacusPD630[112].При изучении процесса деградации н-алканов у бактерий родаRhodococcus были обнаружены включения, по разным данным содержащиеуглеводороды, триацилглицериды или воска [112, 113].
Они присутствуютв клетках в виде капель, их содержание может достигать до 80-90% отсухой массы бактерий. Они играют не просто запасную роль, но иучаствуют в процессе стабилизации и обезвреживания алканов и другихтоксичных соединения [114]. Размер капель триацилглицеридов меняется взависимости от возраста клеток и условий культивирования. Например,приростеRhodococcusopacusнабогатыхсредахсодержаниетриацилглицеридов небольшое, но оно резко увеличивается при росте на31бедных минеральных средах с низким содержанием углерода и азота, и ихмаксимальное значение обычно достигается в поздней стационарной фазе,в этом периоде оно может составить 70% сухой массы клеток, диаметрвключений достигает 50 - 400 нм [115, 116].В некоторых работах показано, что включения представляют собойэфиры жирных кислот и длинноцепочечного спирта (воска) [117, 118].Такие включения бывают разной формы (от сферической до многограннойв зависимости от субстрата). Воска синтезируются исключительновнутриклеточно, иногда они также обнаруживаются во внешней среде,хотя функции и механизм экспорта до конца не изучены [114, 116].В работе [110] описано накопление алканов в гидрофобныхвключенияхактинобактерийивнутриклеточных углеводородныхпредложеныпутиобразованиявключений путем почкования имицеллоподобное образования.При пониженной температуре родококки способны использоватьразличные углеводороды в качестве единственного источника углерода иэнергии.
В работе [110] продемонстрировано, что бактерии Rhodococcus sp.Q15 способны продуцировать биосурфактанты при росте на дизельномтопливе при 5оС. Поверхностное натяжение культуральной средыарктических бактерий Rhodococcus при росте на тетрадекане при 15оСснижалось до значения в интервале от 66 до 27 мН/м [4]. Другие авторыпоказали, что поверхностное натяжение среды при росте на керосинеморских бактерий Rhodococcus sp. LF13 и LF22 в условиях пониженнойтемпературы (13оС) снижалось до 37 и 30 мН/м, соответственно [3].Бактерии Rhodococcus sp. Q15, выращенные на дизельном топливе при 5оС,снижали поверхностное натяжение среды до 40 мН/м [110].
Однако,информации о типе биосурфактантов, продуцируемых бактериями припониженной температуре, не было найдено.321.2.6 Биодеградация углеводородов нефти родококками припониженных температурахТемпература является одним из главных лимитирующих факторов,который значительно влияет на процесс биоремедиации. При пониженныхтемпературах снижается биодоступность, растворимость и испарениекомпонентов нефти, увеличивается их вязкость, при этом замедляютсяпроцессы диффузии, степень и скорость биодеградации углеводороданефти природными микроорганизмами [119].Важно отметить, что при пониженной температуре н-гексадеканнаходится в твердом агрегатном состоянии, тем не менее, родококкипродуцируют трегалолипиды, которые обеспечивают его поступление вклеткибактерийиутилизацию.Авторыработы[5]изучалифизиологическую адаптацию алкан-деградирующих бактерий Rhodococcussp.
Q15 к низким температурам и показали, что существенную роль вутилизации дизельного топлива при 5°С могут играть такие механизмы,как продукция клеточно-связанных биоПАВ, увеличение гидрофобностиповерхностиклетокиобразованиевнутриклеточныхлипидныхвключений. В работе [120] было установлено, что степень деградациисырой нефти бактериями Rhodococcus sp. JZX-01 составляла около 42% и25% через 9 суток культивирования при 25оС и 10оС, соответственно. Вработе Маргезин с соавт. [121] было показано, что R. cercidiphyllus BZ22утилизировал 35% н-гексадекана при температуре 10°С через 14 сутоккультивирования.1.2.7 Применение трегалолипидных биосурфактантов, в томчисле в биоремедиации загрязненных территорийРазнообразиесвойствимолекулярныхструктурпридаюттрегалолипидным биосурфактантам потенциальную возможность дляприменениявразныхобластях33промышленности.Применениетрегалолипидных биосурфактантов всесторонне рассмотрено в обзорах [1,59,71,122].Общиенаправленияприменениябиосурфактантовпредставлены на рисунке 8.Рисунок 8.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
