Диссертация (1091621), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Применение трегалолипидных биосурфактантов в разныхобластях промышленности и жизнедеятельностиВ настоящее время биосурфактанты нашли свое применение вкачестве эмульгаторов, деэмульгаторов, смачивающих и пенообразующихагентов,детергентовипищевыхингредиентов[10].Основноекоммерческое использование биосурфактантов – участие в биоремедиациизагрязненных территорий нефтепродуктами. Применение этих веществ вбиотехнологияхповышениюочисткинефтезагрязненныхпсевдорастворимостисайтовгидрофобныхспособствуетсубстратовиихэффективной утилизации. Было показано, что некоторые штаммыRhodococcus продуцируют комплекс гликолипидных биосурфактантов,которые могут солюбилизировать почти 100% сорбированной нефти впесках и горючих сланцах [98]. В работе [123] было обнаружено, чтобиосурфактанты, продуцируемые бактериями Rhodococcus sp.
H13-A,ресуспендировали циклические ароматические углеводороды в воде в 35раз эффективнее, чем синтетический сурфактант Твин 80.34Биосурфактанты используются в нефтяной промышленности дляповышения нефтеотдачи и очистки резервуара для хранения нефти [124].Ацилпроизводные (моно- и диэфиры трегалозы, но и тетра-, гекса- и окта-)трегалозы улучшают вытеснение сырой нефти из горных пород [60].Биосурфактантыобладаютбиологическойактивностью,чтообуславливает возможности их применения в медико-биологическойпрактике[125].Онимогутбытьиспользованыдляполученияантиадгезивных биологических покрытий на оборудовании и материалах,что уменьшает количество инфекций в больницах.
Изода с соавт. [126]исследовали биологическую активность семи гликолипидов, включаясукцинилтрегалолипиды.Врезультатесукцинилтрегалолипидыобладаютвыявлено,индуцирующейчтоактивностьювдифференцировке клеточной линии промиелоцитарной лейкемии человекаHL-60.Несмотрянавысокуюповерхностную,эмульгирующуюибиологическую активность трегалолипидных биосурфактантов, которыеопределяютихпотенциальныеприменениявразныхобластяхжизнедеятельности человека, они пока не нашли широкого практическогоприменения в биомедицине.
Это обусловлено сложностью их получения.ТрегалолипидныебиосурфактантысинтезируютсябактериямиродаRhodococcus преимущественно в клеточносвязанном виде, поэтомувыделение индивидуального вещества с заданной степенью чистотыпредставляет трудоемкий процесс и низкую продуктивность. Дляэффективного получения трегалолипидов в виде чистого индивидуальноговещества необходимо находить оптимизировать процессы ферментации,находитьиликонструироватьновыештаммымикроорганизмов-продуцентов, совершенствовать технологии выделения и очистки этихсоединений.Такимобразом,трегалолипидныебиосурфактантыпредлагается применять в областях, где возможно их использовать без35очистки и/или выделения, иногда вместе с продуцентами, например, приразработке улучшенных технологий биоремедиации нефтезагрязненныхтерриторий.Применение трегалолипидных биосурфактантов в биоремедиациинефтезагрязненных территорийКакотмечалипродуцироватьвыше,бактерииклеточносвязанныеродаRhodococcusбиосурфактантыспособны(биосурфактантыэндотипа) и внеклеточные биосурфактанты в культуральную среду(биосурфактантыэкзотипа).Клеточносвязанныебиосурфактантыоблегчают поглощение гидрофобных субстратов бактериями посредствомпрямого контакта между клетками и углеводородам.
В то времябиосурфактанты экзотипа способны ресуспендировать гидрофобныесубстраты с образованием микрокапель углеводородов, что способствуетбиодоступности субстратов для бактерий.Врядеработвыявлено,чтоприменениетрегалолипидныхбиосурфактантов в экспериментах по биодеградации углеводородовприводило к увеличению солюбилизиции гидрофобных субстратов истепени их утилизации [81, 127-129]. В работе [130] продемонстрировано,что при добавлении разных гликолипидных биосурфактантов в образцызагрязненной углеводородами почвы (содержание углеводородов 10%)наблюдалось уменьшение фазы адаптации инокулята и увеличениестепени биодеградации углеводородов. В полевых экспериментах внесениебактерий R.ruber IEGM AC292 и биосурфактантов, продуцируемыхразными родококками, в сельскохозяйственную почву, загрязненнуюсырой нефтью, продемонстрировано небольшое увеличение степенибиодеградации загрязнителей за 3 месяца [98] .Вработепродуцируемые[131]установлено,бактериямичтоR.erythropolis,тетраэфирытрегалозы,обладалименьшейтоксичностью к природным морским микроорганизмам Vibrio fischeri, чем36димиколат трегалозы этого же штамма и рамнолипиды P.aeruginosa, и вомного раз меньшей, по сравнению с синтетическими сурфактантами.Другие авторы показали, что трегалолипиды бактерий R.erythropolis приростенаглюкозенепроявлялитоксичностьпоотношениюкнефтедеструктору штамма P2-5 (не идентифицирован), выделенному изобразца нефтезагрязненной почвы [127] .
В работе Ivshina с соав. [98]выявлено, что гликолипиды, продуцируемые R. ruber, в 100–1000 разменее токсичны по сравнению с синтетическими сурфактантами, и в 13 раз– по сравнению с рамнолипидами P. aeruginosa. Более того, гликолипиды,выделяемые бактериями Rhodococcus sp. 413A, более эффективно (на 50%)снижают токсический эффект нафталина, по сравнению с Твин 80, за счетсолюбилизации.1.3 Методы изучения биосурфактантовВнастоящеевремясуществуютограниченноекоммерчески доступных биосурфактантов,предложениетаких как, сурфактины,софоролипиды и рамнолипиды. Разнообразие новых биосурфактантов и ихмикробных продуцентов является ключевым вопросом в преодоленииэкономических препятствий производства биосурфактантов. Поэтомунеобходимо эффективно находить и исследовать новые микроорганизмыпродуценты путем применения широкого диапазона различных методовскрининга и анализа, которые рассматриваются в этом разделе.
Полнаястратегия скрининга новых биосурфактантов или штаммов-продуцентовсостоит из четырех этапов: отбор проб, выделение штаммов, изучениештаммов, выделение и изучение продуцируемых биоПАВ.Основной целью скрининга биосурфактантов является поиск новыхструктур с большой поверхностной/межфазной активностью, низкойкритическойконцентрациеймицеллообразования(ККМ),высокойэмульгирующей способностью, хорошей растворимостью и стабильной37активностью в экстремальных условиях (температура, рН, соленость).Помимо перечисляющих физико-химических свойств, коммерческиебиосурфактанты должны быть экономически конкурентоспособными,поэтому второй целью скрининга является выделение штаммов бактерий,которые эффективно продуцируют биосурфактанты.1.3.1Скрининговыеметоды определения поверхностной иэмульгирующей активностиБиосурфактанты представляют собой структурно разнообразнуюгруппу молекул, поэтому большинство методов скрининга основано на ихфизико-химические свойства (поверхностное натяжение, эмульгирующаяактивность, гидрофобная клеточной поверхности, содержание углеводов)[132].
Основные методы скрининга микроорганизмов, продуцирующихбиосурфактанты,основанынахарактеристикимежфазнойилиповерхностной активности. Для этого были разработаны различныеметоды, перечисленные ниже.МетодыопределенияповерхностнойактивностибиосурфактантовПрямое измерение поверхностной/межфазной активности средыявляется наиболее простым методом исследования и подходит дляпредварительногоскринингамикроорганизмов,которыеспособныпродуцировать биосурфактанты. Этот метод дает четкое указание наспособность микроорганизмов продуцировать биосурфактант Межфазноеили поверхностное натяжение жидкости можно измерить различнымиспособами.
Однако в диапазоне измерений существует ограничение.Поверхностное натяжение снижается с увеличением концентрациибиосурфактантов до достижения значения ККМ. Если концентрациябиосурфактанта находится выше значения ККМ, то более высокиеконцентрации невозможно определить. Таким образом, две среды с38разными концентрациями биосурфактанта могут иметь одинаковоеповерхностное натяжение. Эта проблема может быть решена путемсерийного разбавления до тех пор, пока не будет наблюдаться резкоеувеличение поверхностного натяжения.
Соответствующее разбавлениебесклеточнойсредыназываетсякритическимразведениеммицеллообразования (critical micelle dilution - CMD) и коррелирует сконцентрацией биосурфактанта. Кроме того, на результаты измерениязначительно влияют факторы, такие как рН среды и ионная сила. В случаеприсутствие гидрофобных веществ в культуральной среде в качествеисточника углевода и энергии, то они тоже влияют на результатыизмерения поверхностного натяжения. Для скрининга применяютсянесколько методов, которые могут быть использованы для измеренияповерхностногоимежфазногонатяженияжидкости.Наибольшееприменение нашел простой метод отрыва кольца Дю Нуи (Du-Nouy Ring).Метод отрыва кольца основан на измерении силы, необходимой дляотсоединения кольца на границе двух жидких фаза или на поверхностиразделафазжидкость/воздух.Силаотрывапропорциональноповерхностному натяжению на границе раздела фаз. Ее можно измерить спомощью автоматизированного тензиометра. Купер [133] выяснил, чтоуменьшение поверхностного натяжения на границе «вода-воздух» до 40мН/м и ниже свидетельствует о присутствии биосурфактантов вкультуральной среде.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
