Использование перфторорганических соединений при глубинном культивировании микроорганизмов Плетнёва Анна Юрьевна

Введение к работе

Актуальность работы. Большинство микроорганизмов, используемых человеком в биотехнологии, в процессе развития нуждаются в молекулярном кислороде. Общепризнанно, что более высокий выход целевого продукта обеспечивает глубинное культивирование в жидкой питательной среде. Для нормального роста аэробов в глубоких слоях среды требуется аэрация и улучшение условий переноса газов в клетки микроорганизмов [Перт С.Дж., 1978; Егоров Н.С., 1989; Елинов Н.П., 1995; Воронин Е.С., 2005].

Конец ХХ века ознаменовался внедрением в медицинскую практику нового класса эффективных и безопасных препаратов с газотранспортной функцией на основе перфторорганических соединений (ПФОС). В результате многочисленных исследований был создан целый ряд новых препаратов, в т.ч. Oxygent, Therox, Oxyfluor (США); Fluosol-DA (Япония); Emulsion II (Китай), Перфторан (Россия). ПФОС обладают комплексом практически полезных свойств: высокой химической и биологической устойчивостью, отсутствием токсичности для живых организмов, способностью растворять газы (до 50 об.% О₂, до 200 об.% СО₂, до 300 об.% С₂Н₆ и др.) и изменять проницаемость клеточных мембран, облегчая при этом транспорт веществ [Иваницкий Г.Р., 2001].

В настоящее время ПФОС находят свое применение в технике, медицине, косметологии, но применение этого класса соединений в других областях биологической науки и, в первую очередь, в биотехнологии пока не нашло достойного обсуждения и реализации. Поэтому большой интерес представляет изучение возможности использования жидких ПФОС в составе питательных сред для улучшения процесса газотранспорта глубинных культур микроорганизмов.

Цель и задачи исследований. Цель исследований - оценка возможности использования перфторорганических соединений при глубинном культивировании микроорганизмов разных таксономических групп.

Для достижения цели необходимо было решить следующие задачи:

1. 1. Экспериментально обосновать возможность применения перфторорганических соединений при глубинном культивировании бактерий родов Pseudomonas, Rhodococcus, Bacillus, Streptomyces, Escherichia, Azotobacter и микромицетов родов Saccharomyces, Penicillium и Fusarium;

   2. Оценить возможность стерилизации перфторорганических соединений при условиях, применяемых для стерилизации питательных сред, и стабильность сохранения эксплуатационных свойств перфторорганических соединений после многократной стерилизации насыщенным паром под давлением;

   3. Оценить возможность использования перфторорганических соединений при глубинном культивировании микроорганизмов - биодеструкторов родов Pseudomonas и Rhodococcus в синтетической среде при использовании в качестве источника углерода углеводородов нефти и мазута;

   4. Оценить эффективность применения перфторорганических соединений при глубинном культивировании в безазотистой синтетической среде азотфиксирующих бактерий рода Azotobacter при использовании молекулярного азота воздуха в качестве единственного источника азота;

   5. Оценить влияние перфторорганических соединений на рост глубинных культур Streptomyces purpurogeniscleroticus и биосинтез противоопухолевого антибиотика даунорубицина.

   Научная новизна работы заключается в том, что впервые:

   1. 1. Проведена комплексная теоретическая и экспериментальная оценка возможности использования перфторорганических соединений с газотранспортной функцией при глубинном культивировании бактерий родов Pseudomonas, Rhodococcus, Bacillus, Streptomyces, Escherichia, Azotobacter и микромицетов родов Saccharomyces, Penicillium и Fusarium;

      2. Экспериментально обоснована возможность стерилизации автоклавированием перфторметилдекалина и перфтордекалина при многократном использовании для глубинного культивирования микроорганизмов;

      3. Установлен положительный эффект от использования перфторорганических соединений при глубинном культивировании бактерий - биодеструкторов в синтетической среде с нефтью и мазутом;

      4. Показана возможность использования перфторорганических соединений при глубинном культивировании в безазотистой синтетической среде азотфиксирующих бактерий рода Azotobacter;

      5. Показана возможность использования перфторорганических соединений в биотехнологических процессах культивирования микроорганизмов разных таксономических групп для получения их биомассы и биологически активных веществ на примере стрептомицетов - продуцентов антибиотика даунорубицина.

      Научная новизна работы подтверждена положительным решением ФГУ ФИПС о выдаче патента по заявке №2005139779/13 «Способ биологической очистки воды от нефтяных загрязнений» (приоритет от 19.12.05).

      Практическая значимость. Экспериментально обосновано применение ПФОС с газотранспортной функцией при глубинном культивировании микроорганизмов разных таксономических групп для интенсификации процессов биосинтеза. На основании полученных данных разработаны методики, руководство и инструкция по применению ПФОС в составе питательных сред при глубинном культивировании микроорганизмов, которые используются в учебном процессе в ВятГУ, а также в научной работе ГУ ЗНИИСХ Северо-Востока им. Н.В. Рудницкого,
      48 ЦНИИ Минобороны России (НИИ микробиологии МО РФ).

      Апробация результатов диссертации. Основные результаты исследований доложены и обсуждены на: II Московском международном конгрессе «Биотехнология: состояние и перспективы развития» (Москва, 2003); научной сессии Кировского филиала РАЕ, Кировского областного отделения РАЕН (Киров, 2004); Всероссийских ежегодных конференциях «Наука - производство - технология - экология» (Киров, 2003-2006); Всероссийском конкурсном отборе инновационных проектов аспирантов и студентов по приоритетному направлению «Живые системы» (Киров, 2005, 2006); Международной конференции «Проблемы биологии, экологии и образования: история и современность» (С.-Петербург, 2006).

      Публикации. По результатам диссертации опубликовано 29 научных работ, в т.ч. 7 статей в научных журналах, 22 - в сборниках научных конференций.

      Объём и структура диссертации. Материалы диссертации изложены на 164 страницах машинописного текста и включают введение, обзор литературы, собственные исследования, обсуждение результатов, выводы, данные о практическом использовании научных результатов, рекомендации по использованию научных выводов, список использованной литературы (242 источника, из которых 199 отечественных и 43 зарубежных авторов). Работа содержит 18 таблиц, 20 рисунков и
      8 страниц приложений.

      На защиту выносится следующие результаты:

      1. Карбогал, перфторметилдекалин и перфтордекалин в концентрации
         0,25-25,0 об.% в составе жидких питательных сред при глубинном культивировании бактерий родов Pseudomonas, Rhodococcus, Bacillus, Streptomyces, Escherichia, Azotobacter и микромицетов родов Saccharomyces, Penicillium и Fusarium обеспечивают интенсификацию процессов биосинтеза, в т.ч. бактерий - биодеструкторов в синтетической среде с нефтью и мазутом, бактерий - азотфиксаторов в безазотистой среде и продуцентов даунорубицина.

      2. Стерилизация перфторметилдекалина и перфтордекалина отдельно и в составе питательных сред автоклавированием при избыточном давлении
      152 и 251 кПа и температуре 111С и 128С соответственно не сказывается на их способности интенсифицировать рост микроорганизмов разных таксономических групп.

      Похожие диссертации на Использование перфторорганических соединений при глубинном культивировании микроорганизмов

      

      Моделирование процессов периодического культивирования микроорганизмовОзеренко Оксана Алексеевна

      

      Разработка автоматизированных биотехнологических систем для управляемого культивирования микроорганизмов Швецов Геннадий Алексеевич

      

      Разработка технологии глубинного способа культивирования микроорганизмов B. subtilis и B. licheniformis для производства пробиотиковЛиморенко Анатолий Петрович

      

      Масштабирование процессов глубинного культивирования микроорганизмов в биореакторах Карпов Антон Александрович

      

      Биообезвреживание серусодержащих сточных вод в процессах культивирования сероокисляющих микроорганизмовПерушкина Елена Вячеславовна

      Энергосберегающие режимы освещения при культивировании светозависимых микроорганизмовМальцевская, Надежда Владиславовна

      

      Разработка комбинированной системы перемешивания для культивирования аэробных мицелиальных микроорганизмовАрхипов Михаил Юрьевич

      

      Следовый метод и аппаратура для определения параметров подвижности микроорганизмов в процессе культивирования Скибенко Василий Васильевич

      

      Научно-практическое обоснование применения стимулятора роста микроорганизмов ТС-1 в промышленной технологии культивирования энтеробактерийОлиферова Элеонора Виюловна

      

      Биосинтез карбогидраз гриба Penicillium Verruculosum при культивировании на различных целлюлозосодержащих субстратахНемашкалов, Виталий Алексеевич