CC BY
4УДК 579.89, 579.62
ИЗУЧЕНИЕ БИОАККУМУЛИРУЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ КАТИОНОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ ПРЕДСТАВИТЕЛЯМИ БАКТЕРИАЛЬНОЙ НОРМОФЛОРЫ КИШЕЧНИКА ЛАБОРАТОРНЫХ ЖИВОТНЫХ
Русяева М.Л., студент группы 15Био(ба)Мб, Оренбургский государственный университет, Оренбург
e-mail: [email protected]
Королькова Д.С., студент группы 15Био(ба)Мб, Оренбургский государственный университет, Оренбург e-mail: korolkova [email protected]
Ильясова Ю.З., студент группы 16Био(ба)-1, Оренбургский государственный университет, Оренбург
e-mail: [email protected]
Данжук А.А., студент группы 16Био(ба)-1, Оренбургский государственный университет, Оренбург
e-mail: [email protected]
Сизенцов Я.А., студент группы 17ФПХ(с)АХ, Оренбургский государственный университет, Оренбург
e-mail: [email protected]
Научный руководитель: Сизенцов А.Н., канд. биол. наук, доцент, доцент кафедры биохимии и микробиологии, Оренбургский государственный университет, Оренбург
В статье представлены данные по исследованию биоаккумуляции катионов тяжелых металлов в представителями нормофлоры кишечника лабораторных крыс из жидких субстратов в условиях in vitro.
Ключевые слова: E. faecalis, E. cloacae, E. coli, L. acidophilus, тяжелые металлы, биоаккумуляция.
Тяжелые металлы могут выступать в экосистемах в роли биогенных элементов, то есть химических элементов, постоянно входящих в состав живых организмов и выполняющих определенные биологические функции. Также металлы могут выступать в качестве токсикантов, то есть веществ, приводящих в определенных дозах или концентрациях к расстройству или нарушению тех или иных процессов жизнедеятельности организма [1].
Накопление металлов клетками микроорганизмов носит двухфазный характер. Начальная фаза не зависит от энергетического состояния клетки и обусловлена сорбцией металлов компонентами клеточной стенки, среди которых особенно активны как сорбенты хитин и хитозан. Последующая же, более медленная фаза - энергозависимое внутриклеточное накопление, происходящее с участием мембранных переносчиков ионов [2,3]. При этом количество аккумулируемого металла зависит как от генетических особенностей микроорганизма, так и от концентрации данного элемента в среде обитания. [4,5].
На основании вышеизложенных данных перед нами была поставлена следующая цель: изучить способность факультативно-анаэробной кишечной микрофлоры крыс к биоаккумуляции тяжелых металлов в условиях in vitro.
В качестве материалов выступала факультативно-анаэробная нормофлора лабораторных крыс: E. faecalis, E. cloacae, E. coli, L. acidophilus. В качестве источника катионов тяжелых металлов использовались соли с высоким уровнем диссоциации в водных
растворах: FeSO4 - сульфат железа, 2пБ04 - сульфат цинка, РЬ(К03)2 - нитрат свинца, СёБ04х8Н20 - восьмиводный сульфат кадмия, СиБ04х5Н20 - пятиводный сульфат меди.
Определение биоаккумуляции катионов тяжелых металлов исследуемыми микроорганизмами из субстрата осуществлялось с использование атомно-абсорбционный метода (ААСФ) при этом анализу подвергались не только биомасса, но и супернатат. Для достижения поставленной цели в субстрат вносился один из изучаемых металлов в рабочей концентрации с последующим культивирование микроорганизмов до наступления стационарной фазы роста. По окончанию культивирования пробы подвергались обработке и анализировались на ААСФ.
В ходе проведения исследования нами были получены данные из которых следует, что из всех анализируемых металлов представители кишечной нормофлоры наиболее активно накапливают катионы железа (рисунок 1).
100
80 60 40 20 0
■24; 7 ■
■ 27,4
■29:3 ■
49,1
□ биомасса
□ субстрат ® потери
E. coli
E. faecalis
E. cloaceae L. acidophilus
Рисунок 1 - Оценка биоаккумулирующей способности катионов железа представителями бактериальной нормофлоры кишечника лабораторных животных
При этом наиболее активно из всех используемых культур аккумулировали ионы железа E. coli, E. faecalis и E. cloaceae. в то время как показатели накопления данного элемента для штамма L. acidophilus имели значительно более низкие значения по сравнению с другими штамма и составили 44,3 %, соответственно.
Помимо железа все исследуемые микроорганизмы активно аккумулируют катионы свинца (рисунок 2). При этом общая картина аккумуляции исследуемого элемента аналогична показателям сорбции катионов железа.
100
80 60 40 20 0
30,1 ■
34,3
28,6
52,2
И биомасса □ субстрат Шпотери
E. coli
E. faecalis
E. cloaceae L. acidophilus
Рисунок 2 - Оценка биоаккумулирующей способности катионов свинца представителями бактериальной нормофлоры кишечника лабораторных животных
Анализ аккумуляции катионов цинка из субстрата (рисунок 3) свидетельствует о том, что наиболее высокими сорбционными свойствами в отношении данного элемента обладает E. faecium со средним значением 40,1 % от общего числа внесенного в субстрат металла. Значения аккумуляции остальных штаммов были значительно ниже.
Значения накопления катионов меди и кадмия (рисунок 4, 5) имели минимальные значения по сравнению с другими эллементами.
Анализируя биоаккумулирующую способность представителями нормофлоры катионов меди (рисунок 4), можно отметить общую закономерность с сорбцией железа, однако уровень накопления был значительно ниже и составил у E. coli, E. faecalis, E. cloaceae и L. acidophilus 10,5 %, 10,5 %, 9,8 % и 3,3 %, соответственно
Обобщая значения аккумулирующей способности представителями нормофлоры катионов кадмия (рисунок 5) можно отметить, что катионы данного элемента наиболее активно накапливались штаммом E. faecalis и его значение в биомассе составило 31,5 %.
100
80 60 40 20 0
ш
Ü
75,0
55,2
74,2
и
82,3
0 биомасса □ субстрат ® потери
E. coli
E. faecalis
E. cloaceae L. acidophilus
Рисунок 3 - Оценка биоаккумулирующей способности катионов цинка представителями бактериальной нормофлоры кишечника лабораторных животных
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
Ж
5
83,7
85,2
3,3
□ биомасса
□ субстрат ® потери
E. coli
E. faecalis
E. cloaceae L. acidophilus
Рисунок 4 - Оценка биоаккумулирующей способности катионов представителями бактериальной нормофлоры кишечника лабораторных животных
меди
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
84
62,0
83,3
4,9
90
□ биомасса
□ субстрат ® потери
E. coli
E. faecalis
E. cloaceae L. Acidophilus
Рисунок 5 - Оценка биоаккумулирующей способности катионов представителями бактериальной нормофлоры кишечника лабораторных животных
кадмия
''¿''¿г*'
'SS/SSSSS. /////////
/ss/ssss/,
На следующем этапе нашего исследования нами была проведена оценка избирательного накопления катионов исследуемых металлов (рисунок 6). С этой целью в субстрат вносились все исследуемые элементы в рабочих концентрациях с последующим культивированием.
100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10%
0%
□ Cu
□ Cd HPb
□ Fe
E. coli
E. faecalis
E. cloaceae
L. acidophilus
Рисунок 6 - Оценка избирательной биоаккумуляции исследуемых катионов металлов из субстрата представителями нормофлоры кишечника лабораторных крыс
В результате проведенного эксперимента были получены данные, из которых следует, что в присутствии всех используемых металлов микроорганизмы также интенсивно аккумулировали ионы железа и свинца.
Выводы. Полученные данные свидетельствуют о том, что представители бактериальной нормофлоры кишечника практически не накапливают катионы меди и кадмия, исключением являлся штамм Е. faecalis в отношении катионов кадмия с процентом аккумуляции из субстрата более 30 процентов. Максимальная степень накопления, как при идентичном, так и избирательном внесении солей тяжелых металлов приходится на катионы железа и свинца.
Таким образом, из полученных данных следует, что из данной группы солей тяжелых металлов всеми исследуемыми культурами только 2 металла интенсивно извлекались из культуральной жидкости. Наиболее активно аккумулировалось железо, на втором месте находится свинец. Ионы меди, цинка, кадмия и наномедь практически не накапливались данными микроорганизмами. Исключение составлял штамм E. faecalis в отношении катионов цинка и кадмия с процентом накопления - 40,1 % и 31,5 %, соответственно.
Лучшими биосорбентами катионов железа и свинца являлись штаммы E. coli, E. faecalis и E. cloaceae с объемом сорбции более 60 %.
Литература
1. Будников, Г.К. Тяжелые металлы в экологическом мониторинге водных систем / Г.К. Будников // Соровский образовательный журнал. - 2000. - № 5. - С. 23-29.
2. Abbas, A.S. Biosorption of some heavy metal ions by local isolate of Zoogloearamigera / A.S. Abbas, O.A. Sarhan, A.S. Mohammed // International Journal of Environmental Technology and Management. - 2006. - I. 6. - Vol. 5. - pp. 497-514.
3. Кочубеев, В.К. Жизнь микробов в присутствии тяжелых металлов, мышьяка и сурьмы [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://microbes-extremal.ru - (дата обращения: 05.01.17).
4. Гоготов, Н.И. Аккумуляция ионов металлов и деградация поллютантов микроорганизмами и их консорциумами с водными растениями / И.Н. Гоготов // Экология промышленного производства. - 2005. - № 2. - С. 33-37.
5. Сизенцов, А.Н. Способность пробиотических препаратов на основе бактерий рода bacillus к биоаккумуляции ионов тяжелых металлов в организме лабораторных животных / А.Н. Сизенцов, Е.С. Барышева, А.Е. Бабушкина // Российский иммунологический журнал. -2015. - Т. 9. - № 2(1) (18). - С. 753-755.
