Тема: Термофильные микромицеты из горящих отходов добычи угля

В настоящее время промышленное производство является неотъемлемой частью современной экономики, обеспечивая производственный рост и развитие. Однако, с увеличением объемов производства начинают проявляться негативные последствия для окружающей среды. Это происходит на каждом этапе, начиная с изготовления сырья и заканчивая переработкой отходов. Общедоступная для потребления энергия всегда была необходима для удовлетворения потребностей человечества, но даже производство энергии связано с серьезным загрязнением воздуха, воды и почвы [1].
Одной из наиболее распространенных причин загрязнения водоемов и почв, нарушающего рост и развитие гидробионтов и сельскохозяйственных культур, являются сточные воды, содержащие разбавленные растворы ТМ. По токсичности эти металлы составляют последовательность такого вида: ртуть, серебро, медь, кадмий, цинк, свинец, хром, никель и кобальт. Микробиологические методы очистки являются перспективными для сорбции и выделения металлов. В настоящее время химические, физические и электрохимические методы, используемые для отчистки сточных вод от ТМ, являются дорогостоящими, трудоемкими, и не всегда обладают высокой степенью очистки. Несмотря на хорошо изученную микробиологическую детоксикацию отдельных металлов и их соединений, ведется постоянный поиск новых микроорганизмов для биологической очистки сточных вод и почвы [2].
Научная новизна данного исследования состоит в том, что в работе впервые рассмотрен механизм накопления металлов в особых структурах - везикулах, которые образуются в ответ на стресс в виде повышенного содержания меди в среде и способствуют её детоксификации. Также есть вероятность, что выделенные нами родственные виды A. fumigatus из горящих отходов добычи угля могут являться новыми.
Исследование термофильных микромицетов представляет существенный интерес для современной науки. В ходе исследований установлено, что данные организмы в состоянии производить термофильные ферменты [3], которые могут быть задействованы в промышленности, биотехнологии и для решения экологических проблем. Применение термофильных микромицетов может способствовать решению задач по очистке загрязненных почв и сточных вод.
Следует отметить, что термофильные микромицеты способны производить ферменты значительно быстрее, чем мезофильные организмы. Следовательно, использование термофильных микромицетов для производства ферментов в больших масштабах представляется наиболее выгодным решением, связанное с отсутствием необходимости в системах охлаждения для поддержания желаемой температуры [4].
Основными факторами, влияющими на благоприятное развитие термофильных грибов, являются тепло, высокая влажность и наличие органических материалов, используемых в процессе добычи угля. Анализ и определение оптимальных условий жизнедеятельности грибов, способных выдерживать высокие температуры, экстремальные значения рН, максимальные концентрации металлов в среде, является важным шагом в разработке эффективных методов и технологий, направленных на использование этих микроорганизмов в различных сферах деятельности человека. В этом и заключается актуальность данной работы.
Образцы грибов, с которыми проводилась работа, взяты в Кузбассе. Кузнецкий угольный бассейн (Кузбасс), который является одним из самых крупных угольных месторождений мира, расположен на юге Западной Сибири, в основном на территории Кемеровской области (частично - на территории Новосибирской области и Алтайского края), в неглубокой котловине между горными массивами Кузнецкого Алатау. Площадь бассейна около 26 тыс. км2. Балансовые запасы его составляют 600 млрд. тонн; мощность пластов от 6 - 14 м., а в ряде мест достигает 20 - 25 м.; средняя глубина разработки угольных пластов шахтным методом достигает 315 м. Бассейн имеет благоприятные горно-геологические условия разработки, что обеспечивает их низкую себестоимость [5].
Целью нашего исследования является выделение и получение чистых культур почвенных микромицетов из мест добычи угля, определение их филогенетического положения и физиологических характеристик.
В соответствии с поставленной целью работы были сформулированы следующие задачи:
1. Выделить и очистить термофильные микромицеты;
2. Провести филогенетический анализ штаммов по последовательности ITS;
3. Определить температурный диапазон для роста выделенных культур;
4. Определить диапазон pH питательной среды для оптимального роста выделенных культур;
5. Определить устойчивость выделенных культур к тяжелым металлам.
Работа выполнена на базе лаборатории биохимии и молекулярной биологии при кафедре физиологии растений, биотехнологии и биоинформатики Биологического института Национального исследовательского Томского государственного университета.
Автор выражает благодарность научному руководителю, заведующей кафедрой физиологии растений, биотехнологии и биоинформатики Томского государственного университета доктору биологических наук, профессору О. В. Карначук за возможность выполнить исследования на высоком методическом уровне, научному соруководителю старшему преподавателю Л. О. Соколянской за руководство и помощь в работе. Автор признателен Л. Б. Глуховой за помощь при выделении ДНК штаммов и проведении филогенетического анализа и А. Е. Калининой за помощь в проведении экспериментов и предоставлении штаммов микромицетов для работы. Всем сотрудникам кафедры физиологии растений, биотехнологии и биоинформатики, а также лаборатории биохимии и молекулярной биологии БИ НИ ТГУ.

Купить

Исходя из поставленной цели нашего исследования, можно сделать следующие выводы:
1. Из отобранных проб были выделены термофильные микромицеты на жидких средах Чапека-Докса и S. Tsujiyama при температуре 50 - 55 °С.
2. В результате филогенетического анализа было определенно, что из проб B - 32, Bu - 33, 34, 35 и RBS - 31, 32, 33 был выделен штамм Aspergillus fumigates.
Микромицеты, растущие при температуре 50°С, родственные A. fumigatus впервые выделены из горящих отходов добычи угля. Дополнительное определение последовательностей белковых маркеров CaM, BenA и RPB2, рекомендованных для филогенетического анализа рода Aspergillus, показало, что некоторые из изолятов могут представлять новые виды.
3. В результате проведенного эксперимента по определению температурного диапазона роста проб RBS - 31, 32, 33, установили, что для штаммов RBS-31 и RBS-32 максимальная температура роста составила 50 °C, а минимальная была выше 20 °C. Для RBS-33 максимальная температура роста равна 55 °C, а минимальная 5 °C. Оптимум для штамма RBS-31 составлял 45 °С, а для штамма RBS-32 - 37 °С. Изолят RBS-33 относился к термотолерантным организмам с оптимумом 26 °С.
4. В результате проведенного эксперимента по определению оптимального диапазона pH питательных сред для выделенных культур и выращивания мицелия, было установлено, что штаммы RBS - 31, 32, 33 являются сильными алкалотолерантами. Это объясняет их способность расти в широком диапазоне значений рН, включая как слабокислые, так и щелочные среды. Образцы RBS - 31, 32, 33 слабо снижали, или не снижали совсем скорость роста на средах со щелочными значениями рН, а оптимум значений рН для их роста был часто широким, и всегда лежал в нейтральной или в кислой области.
5. В результате проведенного эксперимента по определению устойчивости выделенных культур к тяжелым металлам, было впервые рассмотрено, что штаммы RBS- 31, RBS-32 и RBS-33, относящиеся к Aspergillus fumigates, способны образовывать внеклеточные везикулы, накапливая в них излишки меди в среде, для дальнейшей её детоксификации, продолжения роста и развития мицелия в условиях снижения повышенной концентрации металла в окружающей их среде.

Купить