Микробная биоремедиация Особенности метаболизма микроорганизмов, используемые при биодеградации Лекция № 2 Для студентов профиля «Микробиология» по дисциплине «Микробная биоремедиация» Лектор: Давыдова Ольга Константиновна, к. б. н. , доцент
План лекции: o Ксенобиотики и свойства, определяющие их токсичность o Классификация ксенобиотиков по способности к биодеградации o Биодеградация ксенобиотиков с помощью микроорганизмов
Введение o o o С развитием химической промышленности в биосферу стало поступать более тысячи различных ксенобиотиков, которые в значительной степени устойчивы и тем самым загрязняют окружающую среду o Таким образом, деградация o ксенобиотиков микроорганизмами является одной из важных проблем защиты биосферы Преимущество бактериальной очистки по сравнению с химической в том, что она не вызывает появления нового загрязняющего агента в окружающей среде. Доказано, что при повторном попадании в среду многих химических соединений адаптационный период микроорганизмов к данному субстрату значительно короче, по сравнению с первым попаданием этого соединения. Повышение деградирующей способности возможно также в результате стимуляции естественной микрофлоры, уже адаптированной к токсикантам
Введение
Определение o Ксенобиотики (от греч. ξενος — чужой + βιος — жизнь) — чужеродные для организма химические вещества. Ксенобиотики не являются естественными метаболитами живых организмов, не обязательно ядовиты. Однако в большинстве случаев могут вызывать различные токсические или аллергические реакции, изменения наследственности, снижение иммунитета q Примеры ксенобиотиков: q q q o свободные металлы (кадмий, свинец, ртуть ) фреоны нефтепродукты Пластмассы (полиэтилен, пластик) полициклические и галогенированные ароматические углеводороды Многие вещества, например ксилол, стирол, толуол, ацетон, бензол, пары бензина или нефть - могут быть отнесены к ксенобиотикам, если будут обнаружены в окружающей среде в неестественно высоких концентрациях, связанных с промышленным производством.
Классификация ксенобиотиков по способности к биодеградации o o o 1. Биодеградабельные токсиканты, относительно легко разрушающиеся в окружающей среде под влиянием как абио тических, так и биотических факторов. К ним относятся веще ства биологического происхождения и некоторые органические соединения небиологического генезиса (n-алканы нефти, спир ты, альдегиды и т. д. ) 2. Персистентные ксенобиотики - очень устойчивые со единения, разлагающиеся крайне медленно. Среди этой группы соединений наибольшую известность получили хлорорганические пестициды, в частности ДДТ 3. Рекальцитранные ксенобиотики - соединения, кото рые практически не разлагаются, либо вообще в принципе не могут разлагаться. К ним, в первую очередь, относятся тяжелые металлы и радионуклиды с большим периодом полураспада
Факторы , влияющие на биодеградацию q q q растворимость летучесть р. Н среды способность поступать в клетки микроорганизмов сходство ксенобиотиков и природных соединений, подвергающихся естественной биодеградации. o Для биодеградации ксенобиотиков лучше использовать ассоциации микроорганизмов, так как они более эффективны, чем отдельно взятые виды. При этом типы связей в подобной ассоциации могут быть различны (синтрофия). Тесные ассоциации оформлены в виде гранул, хлопьев, сложных биоплёнок. Наиболее активно разрушают ксенобиотики бактерии и грибы, выделенные из почвы и воды. Самыми способными к борьбе с загрязнителями различного типа являются представители рода Pseudomonas – они практически «всеядны» . Клетки этих микроорганизмов содержат оксидоредуктазы и гидроксилазы, способные разлагать большое число молекул углеводородов и ароматических соединений. o
Стадии биодеградации v v v Трансформация молекулы Фрагментация (разложение) молекулы на простые соединения Минерализация или превращение сложного вещества в простое Кометаболизм – процесс деструкции микроорганизмами, который протекает сопряженно с использованием ими другого соединения, являющегося источником энергии
Стадии биодеградации o Деградация может происходить различными путями в зависимости от химической структуры разрушаемого вещества: n n o гидроксилирование, N-деалкилирование, реакции окислительного метаболизма, восстановительной трансформации, гидролиза. На устойчивость к микробному расщеплению влияют: n n n наличие таких заместителей как галоген, нитро-, сульфонатная или метильная группы; увеличение числа заместителей и позиция заместителя.
Биодеградация ксенобиотиков o o Биодеградация ПАВ начинается с сульфонатной группы (если R от 1 до 3) или с боковой цепи (при R>3) Сложных ароматических и гетероциклических соединений (красителей, фармпрепаратов) с разрыва индольного кольца Гетероциклические соединения сначала окисляются, а потом происходит разрыв кольца (легче разрушаются азот- и кислородсодержащие гетероциклические соединения, чем серосодержащие вещества) Полимерные соединения за счет разрастания грибов на микротрещинах и последующего воздействия их фрментов и кислот (повышенной устойчивостью обладают полиэтилен, полипропилен, полистирол, жесткий поливинилхлорид, полиамид, полимерные смолы)
Скачать презентацию Микробная биоремедиация Особенности метаболизма микроорганизмов используемые при биодеградации
Лекция 2 МБР.ppt