Изучение кинетики деградации нафталина бактериями рода Pseudomonas aureofaciens в модельной системе

Приведены результаты эксперимента по изучению кинетики деградации нафталина бактериями штамма Pseudomodas aureofaciens ВКМ В-2391 Д в модельной системе, представленной почвой, бактериями штамма. Показано, что данный штамм бактерий, входящих в состав биологического фунгицида Псевдобактерин-3, способен к эффективному разрушению молекул нафталина, на конец эксперимента содержание последнего было 6 % от начального количества.

Ключевые слова: бактерии, Pseudomonas, нафталин, деградация, кинетика.

Острой экологической проблемой является загрязнение биосферы поллютантами, обладающими мутагенным, тератогенным, канцерогенным действием. Одними из таких поллютантов являются полициклические ароматические углеводороды (ПАУ).

Полиарены образуются в процессе неполного сгорания органического сырья [1], при протекании различных промышленных процессов [2]. Для ПАУ характерна малая летучесть, высокая устойчивость, гидрофобность, высокая сорбционная способность, что обуславливает их высокие концентрации в окружающей среде [3].

Полиарены обладают высокой липофильностью и способностью к биоаккумуляции, оказывая длительное токсическое воздействие на организм, поднимаясь вверх по пищевой цепи [4]. Рассматриваемые вещества способны инициировать опухолевые процессы [5]. Так же ПАУ обладают мутагенными и тератогенными свойствами, что безусловно сказывается на потомстве.

Таким образом, изучение способности микроорганизмов деградировать полираены является актуальной и перспективной областью.

Известно, что способность к биодеградации ПАУ обусловлена наличием у микроорганизмов плазмид деградации. Бактерии способны использовать полиарены в качестве источников углерода и энергии для роста [6, 7].

В данной работе эксперимент направлен на выявление способности штамма бактерий Pseudomodas aureofaciens ВКМ В-2391 Д, содержащегося в препарате Pseudobacterin -3, деградировать нафталин.

Выбор данного рода бактерий обоснован тем, что они являются наиболее многочисленной группой микроорганизмов в ризосфере растений. Например, количество их в ризосфере гороха посевного составляет 37,7 %, фасоли обыкновенной — 38,4 % [8].

Выбор нафталина продиктован следующими причинами:

1. Может влиять на образование бенз [ a ]пирена [9].
2. Коэффициент канцерогенной токсичности составляет 0,001 [10]. Однако нетоксичные ПАУ могут обладать эффектом синергизма ‒ способны усиливать канцерогенность иных веществ [11].

Для оценки деградации полиарена бактериями в почве проводили экстракцию метанолом (эффективность экстракции нафталина 79 %). Для этого 5 г почвы заливали метанолом до образования зеркала и подвергали УЗ-экстракции при температуре 35℃ в течение 15 минут. Полученный экстракт отфильтровывали в стакан. Почву снова заливали метанолом. Процедура повторялась троекратно с дальнейшим объединением полученных экстрактов.

Концентрацию нафталина в экстракте определяли в условиях ВЭЖХ методом абсолютной градуировки (хроматограф Agilent, колонка Zorbax C18, 4,6100 мм, элюент ацетонитрил — вода, 8:2 (объём.), длина волны детектирования 275 нм).

Деградация нафталина в почве в первые сутки протекала интенсивно, а далее вышла на плато (рис.1).

Рис. 1. Кинетика деградации нафталина бактериями Pseudomonas aureofaciens в почве

Таким образом, показано, что нафталин подвергается деградации в почве бактериями рода Pseudomodas aureofaciens. Содержание нафталина на конец эксперимента составляло 6 % от начального.

Литература:

1. Хатмуллина, Р. М. Хроматографическое определение полициклических ароматических углеводородов в нефтешламах / Р. М. Хатмуллина, В. И. Сафарова, Ф. Х. Кудашева, И. М. Китаева // Журнал аналитической химии. — 2012. — Т. 67, № 3. — С.290–296.
2. Liu, H. Risk assessment of gaseous/particulate phase PAH exposure in foundry industry / H. Liu, H. Yang, C. Chou, M. Lin // J. Hazard. Mater. — 2010. — Vol. 181, № 1–3. — P. 105–111.
3. Клар, Э. Полициклические ароматические углеводороды / Э. Клар. — М.: Химия, 1971. — Т. 1. — 422 с.
4. Фрумин, Г. Т. Экологическая химия и экологическая токсикология / Г. Т. Фрумин ‒ СПб.: изд. РГГМУ, 2000. ‒ 198с.
5. Blaszczyk, E. Polycyclic aromatic hydrocarbons and PAH-related DNA adducts / E. Blaszczyk, D. Mielzynska-Svach // J. Appl. Genetics. ‒ 2017. ‒ Vol. 58, № 3. ‒ P. 321–330.
6. Габов, Д. Н. Полициклические ароматические углеводороды в тундровых почвах Республики Коми / Д. Н. Габов, В. А. Безносиков // Почвоведение. ‒ 2014. ‒ № 1. ‒ С. 30–38.
7. Isaac, P. Indigenous PAH-Degrading Bacteria in Oil-Polluted Marine Sediments from Patagonia: Diversity and Biotechnological Properties / P. Isaac, N. Bourguignon, M. Cabral [et al.] // Int. Biodeterior. Biodegrad. ‒ 2016. ‒ Vol. 1, № 18. ‒ P. 360–366.
8. Бороздина, И. Б. Квантитативные показатели представителей рода Pseudomonas и Bacillus ризосферы растений семейства Бобовые (Fabacaea) и семейства Сложноцветные (Compositae) / И. Б. Бороздина // Вестник Алтайского гос аграрного ун-та. — 2010. — Т. 73, № 11. — С. 39–43.
9. Матвеев, С. Г. Влияние химического состава топлива на выброс бен(а)пирена автомобилями / С. Г. Матвеев, М. Ю. Орлов, И. В. Чечет // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета. — 2007. — № 2. — с. 134–136.
10. Nisbet, C. Toxic equivalency factors (TEFs)for polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) / С. Nisbet, P. LaGoy // Regul Toxicol Pharmacol. ‒ 1992. ‒ Vol. 16, № 3. ‒ P. 290–300.
11. Белянин, М. Определение полициклических ароматических углеводородов в почве методом ГХ-МС / М. Белянин, А. Нартов // Аналитика. — 2014. — № 4. — с. 88–99.