Введение к работе
Актуальность темы До недавнего времени вызывающие умеренный интерес ученых нокардиоформные актинобактерии оказались очень перспективным объектом для исследования. Эти микроорганизмы распространены повсеместно, что связано с их чрезвычайной биохимической пластичностью. Они обладают целым комплексом тактических приемов выживания. Эти указанные качества определили ценность нокардиоформов для решения многообразных экологических и биотехнологических задач (Van Hamme JD., Ward O.P., 2001; Jung J.G., Park C.H., 2004). Бактерии рода Rhodococcus играют важную роль в процессах почвообразования, в обогащении биоценозов витаминами и другими физиологически активными соединениями (Нестеренко О.А. и др., 1985). Одним из перспективных направлений прикладного использования родококков является биоремедиация почв, а также очистка сточных вод, загрязненных нефтепродуктами (Van Hamme J.D. et. al., 2001; Jung IG. et. al, 2004). Способность этих бактерий эмульгировать и деградировать углеводороды в значительной степени обусловлена особенностями строения их клеточной оболочки, которая имеет липофильный характер, т.е. высокую афинность к гидрофобным субстратам (Tsitko I.V. et. al.,1999). Состав и метаболизм клеточных липидов влияет на адаптацию этих микроорганизмов к неблагоприятным факторам (Куюкина М С. и др., 2000), и изменяется в ходе развития клеток (Коронелли Т.В., 1984). Поверхностная активность и гидрофобный характер способствуют взаимодействию между микроорганизмами и нерастворимым субстратом, что дает возможность преодолеть ограниченную диффузию при его транспорте в клетку (Карпенко Е В и др., 2006).
Таким образом, полезность бактерий Rhodococcus sp. для развивающейся
биотехнологии и их высокий научный и коммерческий потенциал, прежде всего как
нефтеокисляющих . микроорганизмов, обуславливают необходимость
совершенствования методов их культивирования для получения активной культуры и исследования влияния отдельных факторов на синтез липидов.
Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы явилось исследование физиологических свойств штамма Rhodococcus erythropolis Ас-858 Т и возможности его использования в качестве биопрепарата для деградации углеводородных загрязнений. Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи-
1. Изучить изменение липидного состава клеток R. erythropolis в процессе роста на
средах разного состава;
2. Подобрать оптимальные условия для накопления биомассы, липидов и
максимальной секреции внеклеточных гликолипидов;
2. Изучить рост культуры и изменение фосфолипидного состава клеток R.
erythropolis в условиях полунепрерывного культивирования на минеральной среде с
гексадеканом и среде с избытком питательных компонентов;
-
Исследовать процесс биодеградации углеводородов бактериями R. erythropolis в условиях периодического и полунепрерывного культивирования;
-
Исследовать возможность использования бактерий R. erythropolis в качестве биопрепарата для биоремедиации почв, загрязненных нефтепродуктами (в частности дизельным топливом).
Научная новизна работы.
Впервые исследован состав фосфолипидов клеток R. erythropolis штамм ВКМ Ас-858 Т при различных условиях культивирования. Изучено накопление клеточных и внеклеточных липидов и изменение фосфолипидов R. erythropolis в зависимости от состава питательной среды и условий культивирования Показано, что в процессе
культивирования независимо от условий качественный состав фосфолипидов не меняется, однако наблюдается изменение их количественного соотношения: доля фосфатидилэтаноламина снижается, в то время как доля дифосфатидилглицерина и объединенной фракции фосфатидилсерина и фосфатидилинозита возрастает.
Выявлено, что ростовые процессы и накопление липидов стимулируют низкие концентрации ионов кальция, железа (II) и углеводородов.
Проведен подбор условий полунепрерывного культивирования на различных средах.
Показана возможность использования культуральной жидкости бактерий R. erythropolis в качестве биопрепарата для биоремедиации нефтезагрязненных сред.
Научно-практическая значимость работы.
Полученные данные расширяют знания о биологических свойствах актинобактерий рода Rhodococcus и представления об участии клеточных и внеклеточных липидов в процессах деградации углеводородных субстратов, что позволяет разрабатывать научно-обоснованные подходы к биоремедиации нефтезагрязненных сред.
Предложена технология практического использования бактерий R. erythropolis для биодеградации нефтепродуктов на основе культуральной жидкости.
Связь работы с научными программами.
Представленные результаты были получены в ходе исследований, проведенных в
рамках научно-практических работ при поддержке: программы «Развитие' научного
потенциала высшей школы 2006-2008» РНП.2.1.17708 «Моделирование и кинетический
анализ процессов деструкции лигноцеллюлозных субстратов и ксенобиотиков с
участием ферментов и липидов»; гранта Роснауки по поддержки молодых ученых,
шифр 2006-РИ-19.0/001/079 «Исследование свойств лигнолитических ферментов гриба
Partus tigrinus и их роли в биодеградации растительных отходов и токсичных
веществ»
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были представлены для обсуждения на международной конференции «Проблемы биодеструкции техногенных загрязнителей окружающей среды» (Саратов, 2005); на Огаревских чтениях в Мордовском государственном университете имени Н.П. Огарева (Саранск, 2006); на 10-ой Пущинской школе конференции молодых ученых «Биология -наука XXI века» (Пущино, 2006); на IV Съезде общества биотехнологов России имени Ю.А. Овчинникова (Пущино, 2006); на научной конференции «Первые чтения памяти профессора О.А. Зауралова» (Саранск, 2007); на школе-семинаре молодых ученых «Биомика - наука XXI века» (Уфа, 2007); на международной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов по молекулярной биологии и генетике, посвященной 120-летию со дня рождения Н.И. Вавилова (г. Киев, Украина, 2007); на международной научно-практической конференции «Новые технологии в экспериментальной биологии и медицине» (Ростов-на-Дону, 2007); VII Республиканской научно-практической конференции «Наука и инновации в Республике Мордовия» (Саранск, 2008).
Публикации. По теме диссертации опубликовано .18 печатных работ, в числе которых 1 статья в журнале, рекомендованном ВАК.
Структура и объем диссертации. Материалы диссертации изложены на /Зс
страницах машинописного текста. Диссертация состоит из введения, обзора литературы,
экспериментальной части, результатов и их обсуждения, выводов и списка
использованной литературы. Диссертационная работа включает рисунков и /3
таблиц. Список цитируемой литературы включает ^22цсточников, в том числе Юв на иностранных языках.
Благодарность. Выражаю искреннюю благодарность и признательность научному руководителю, доктору биологических наук, заслуженному деятелю наук РФ Ревину Виктору Васильевичу за внимание помощь в подготовке диссертации. Особую благодарность выражаю кандидату биологических наук Атыкян Нелли Альбертовне и всему коллективу кафедры биотехнологии Мордовского государственного университета имени Н.П. Огарева за помощь и поддержку при выполнении данного исследования.
