Dažādas izcelsmes mikroorganismu bioplēves bagātināšanas un aktivitātes stimulēšanas iespējas

Abstract

Mikroorganismu veidotās bioplēves, kas veicina toksisku savienojumu biodegradāciju un vides bioremediāciju arvien biežāk piesaista pētnieku uzmanību. Šādas biotehnoloģiski vērtīgas un bagātinātas bioplēves var tikt pielietotas dažādos vides biotehnoloģijas procesos, paaugstinot to efektivitāti. Tomēr to darbības uzturēšanai un aktivitātes paaugstināšanai ir nepieciešami jauni ekonomiski izdevīgi un efektīvi risinājumi. Šī darba ietvaros tika pētītas bioplēves, kas veidojas uz dažādiem nesējiem- kermazīta granulām no Zaļās Sienas Sistēmas moduļiem, biodegradējamās kasavas izcelsmes bioplastmasas, kā arī polistirēna un polietilēna tereftalāta (PET) plastmasas virsmām. Tika pārbaudīta atsevišķu savienojumu (triptona, rauga ekstrakta, glikozes, Ca2+ un Mg2+ jonu), augu izcelsmes barības vielu (melases, kāpostu lapu ekstrakta, sintētisko sakņu eksudātu) un tādu kompleksu substrātu kā atkritumu poligona infiltrātu izmantošas iespējas bioplēvju bagātināšanai un to aktivitātes uzturēšanai. Tika noteikta bioplēves kvantitatīva veidošanās, enzimātiskā aktivitāte, loma noteiktu piesārņotāju mazināšanā, raksturota to morfoloģiskā struktūra, kā arī potenciālā rezistence pret antimikrobiāliem līdzekļiem. Barotnes komponenšu statistikā optimizācija Pseudomonas putida kultūrai uzrādīja triptona lielāko ietekmi uz bioplēves veidošanos 8 °C un 23 °C temperatūrā, savukārt 37 °C lielākoties bija atkarīga no Mg2+ jonu pievienošanas. Tika novērota 150 mg/L benzalkonija hlorīda stimulējošā ietekme uz P. putida bioplēves veidošanās aktivitāti 100% TSB (Trypto-Casein-Soy Broth) un optimizētā barotnē. Keramzīta granulu bioplēves bagātināšana ar sintētiskajiem augu sakņu eksudātiem lielākoties veicināja enzimātiskās aktivitātes pieaugumu un formaldehīda biodegradāciju. Bioplēves attīstība pēc bagātināšanās notika lokāli, pieaugot augstumā. Salīdzinot bioplēves veidošanos uz PET virsmām pēc 30 dienu inkubācijas 2% atkritumu poligonu infiltrātos un augsnē, infiltrāts uzrādīja stimulējošo efektu uz mikroorganismu imobilizāciju. Atslēgvārdi: bioplēves, bioplēves bagātināšana, biodegradācija, atkritumu poligona infiltrāti, benzalkonija hlorīds, formaldehīds, plastmasa, Pseudomonas spp.

Biofilms produced by microorganisms that promote biodegradation of toxic compounds and bioremediation are increasingly attracting researchers attention. Such biotechnologically valuable and enriched biofilms can be applied in various environmental biotechnology processes, increasing their efficiency. However, new cost-effective and efficient solutions are needed to sustain and enhance activity of biofilms. In this work, biofilms developed on different carriers- expanded clay pellets, polystyrene and polyethylene terephthalate (PET) plastic surfaces- were investigated. The potential of individual nutrient compounds (tryptone, yeast extract, glucose, Ca2+ and Mg2+ ions), plant nutrients (synthetic root exudates) and complex substrates such as landfill leachate were investigated to enrich biofilms and maintain their activity. Biofilm quantity, enzymatic activity, the role in reducing certain contaminants, as well as morphological structure and potential antimicrobial resistance were determined. Statistical optimization of the medium compounds for the Pseudomonas putida culture showed a major effect of tryptone on biofilm formation at 8 °C and 23 °C, while at 37 °C it was mostly dependent on the addition of Mg2+ ions. A stimulatory effect of 150 mg/L benzalkonium chloride on the biofilm formation activity of P. putida was observed in 100% TSB (Trypto-Casein-Soy Broth) and optimized media. Enrichment of the expanded clay pellets biofilm with synthetic plant root exudates largely contributed to the increase in enzymatic activity and biodegradation of formaldehyde. Biofilm development after enrichment occurred locally with increasing thickness. Incubation of PET samples in 2 % landfill leachate for 30 days resulted in a more pronounced biofilm formation on the PET surface, as compared to that in soil. Keywords: biofilms, biofilm enrichment, biodegradation, landfill leachate, benzalkonium chloride, formaldehyde, plastics, Pseudomonas spp.