Введение к работе
Актуальность проблемы. Одной из -наиболее Еажных задач современной науки является обоснование и разработка мер защиты биосферы от негативного воздействия химических'загрязнений промышленного, сельскохозяйственного и бытового происхождения.
К числу наиболее опасных в экологическом отношении ксенобиотиков принадлежат поверхностно-активные вещества СПАВ). Масштабы мирового производства ПАВ составляют десятки миллионов тонн в год, а интенсивное применение детергентов во многих областях обуславливает присутствие ПАВ в качестве постоянного компонента отходов и выбросов различных отраслей промышленности и коммунального хозяйства. Попадая в окружающую среду, ПАВ оказывают токсическое действие на представителей флоры и фауны CVerma, 1978), особенно в связи со способностью детергентов увеличивать токсичность других ксенобиотиков Сфенол, пестициды), а также активировать канцерогенез, индуцированный полициклическими ароматическими углеводородами СМо-жаев, 1976; Dugan, 1967). Этим определяется значение изучения биодеградации данных соединений для охраны окружающей среды и здоровья людей. Кроме того, фундаментальные закономерности биодеструкции ПАВ приобретают самостоятельный интерес в свете взаимодействия биологических - объектов с чужеродными соединениями, исследование которых позволяет углубить наши знания об эволюционных связях и адаптационных механизмах в живой природе."
Ориентация производства ПАВ на препараты с высокой степенью биораспада привлекает внимание исследователей к группе неионоген-ных ловерхностно-акгивных веществ СНПАВ) и, в частности, оксиэтили-рованных кислот и спиртов (ацил- и алкилполиэтиленгликолей). Практическая направленность работ по изучению биоразложения НПАЗ определяет выбор в качестве объектов биоценозов природных вод или активного ила, а не индивидуальных культур микроорганизмов, -что существенно сужает возможности установления метаболических путей превращения ксенобиотиков. В силу этого, по-видимому, до сих пор нет единого мнения о ключевом этапе деструкции оксиэтилированных спиртов, а также отсутствуют данные о характере ферментов, осуществляющих зто превращение. Между тем, простая эфирная связь, соединяющая гидрофобную и гидрофильную части молекул алкилгликолей СО-ал-кильная связь), может служить объектом самостоятельного интереса, как не имеющая аналогов в нормальном метаболизме микробной клетки.
Цель и задачи исследования.
Целью настоящей работы явилось изучение деградации НПАВ на примере препаратов лаурокс-9 СЛР) и синтанол АЛМ-10 (СИН) под воздействием индивидуальных культур микроорганизмов, установление
- 4 -механизма первичной деструкции, а также путей вовлечения в нормальный метаболизм микробной клетки.
Решались следующие экспериментальные задачи:
-
Выделение чистой культуры микроорганизмов, способной использовать НПАВ из категории оксиэгилированных алифатических спиртов (синтанол) и кислот (лауроксЭ в качестве единственных источников углерода и энергии в концентрациях свыше 1 г/л.
-
Характеристика воздействия НПАВ на микроорганизмы: влияние на рост и дыхательную активность, определение литического действия.
-
Разработка методов анализа НПАВ для выявления физиолого- биохимических закономерностей биодеструкции в связи с особенностями состава технических препаратов НПАВ.
. 4. Установление ключевых этапов деструкции синтанола и лауро-кса, а также ряда Конкретных механизмов вовлечения НПАВ в нормальный, метаболизм клетки.
Научная новизна. Получен штамм Pseudomonas mendocina В-1729, способный утилизировать НПАВ синтанол и лаурокс как единственные источники углерода и энергии в концентрациях до 10 г/л.
Исследовано влияние НПАВ на микроорганизм-деструктор, его ростовые характеристики и окислительную активность.
Разработан новый метод селективного определения НПАВ и их метаболитов в процессе биодеградации.
Исследованы условия разложения НПАВ выделенным штаммом, определены основные закономерности роста микроорганизма и динамики ин-термёдиатов в процессе деструкции.
Установлено, что ключевой, этап метаболизма оксиэтилированных ..алифатических кислот у Pseudomonas mendocina представляет собой гидролитическое, а оксиэтилированных спиртов - окислительное расщепление молекул НПАВ. Продуктами указанных реакций в обоих случаях являются полиэтиленгликоль (ПЭГ) и алифатический фрагмент, который утилизируется микроорганизмом.
Показано, что скорость потребления полимергомологов в препа
рате синтанола снижается по мере увеличения количества оксиэтиль-
ных групп. ~
Обнаружена и охарактеризована активность фермента Pseudomonas mendocina, ответственная за расщепление 0-алкильной связи в синта-ноле.
Установлены схемы метаболизма лаурокса и синтанола у Pseudomonas mendocina.
Практическая значимость. Полученный штамм Pseudomonas mendo-cina в сочетании с данными о его метаболической активности и устойчивости к воздействий НПАВ является реальной основой для создания научно обоснованных биотехнологий очистки высококонцентрированных локальных стоков соответствующих производств.
Выявленные фермонты первичной деструкции НПАВ после определенной модификации могут быть применены в.устройствах для ферментативного разрушения НПАВ, а также при создании сенсорных систем для селективного контроля загрязнений..
Апробация работы. Диссертация доложена на совместном заседании НИЛ БОС, НИЛ ЛЭБ и кафедры микробиологии (1993). Основные результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на итоговых научных конференциях КГУ С1990, 1991-, 19923, конференциях молодых ученых СПущино, 1988-19903, VII съезде ВМО С Алма-Ата, 19853, конференциях молодых ученых-биологов "Актуальные проблемы современной биологии"СКазань, 1988) и "Молекулярные аспекты функционирования организмов" (Казань, 19893, II Всесоюзной конференции "Микробиологические методы защиты окружающей среды" (Пущино, 1988), XV Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (Минск, 19933.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 научных работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 179 страницах машинописного текста и содержит следующие разделы: введение, обзор литературы, материалы и методы, обсуждение результатов, выводы и список литературы. Работа содержит 16 таблиц, 31 рисунок. Список литературы включает 238 наименований.