Научная статья на тему 'О биоплёнках стрептомицетов. Ii. Применение в биотехнологии'

О биоплёнках стрептомицетов. Ii. Применение в биотехнологии Текст научной статьи по специальности «Биология»

CC BY
68
20
Поделиться
Область наук
Ключевые слова
БИОПЛЁНКИ / BIOFILMS / СТРЕПТОМИЦЕТЫ / БИОТЕХНОЛОГИЯ / BIOTECHNOLOGY / STREPTOMYCETES

Аннотация научной статьи по биологии, автор научной работы — Виноградова Ксения Александровна, Булгакова Вера Георгиевна, Полин Анатолий Николаевич, Кожевин Петр Александрович

Мицелиальные микроорганизмы стрептомицеты способны формировать биоплёнки в природных, промышленных и клинических условиях. Контролируемое использование биоплёнок в различных промышленных процессах гораздо более эффективно по сравнению с культивированием «планктонных» взвешенных клеток. Оптимизация биотехнологических процессов с использованием биоплёнок стрептомицетов показана при производстве молочной кислоты, при детоксикации жидкости, образующейся при пиролизе растительной биомассы. Биоплёнки с участием стрептомицетов используются в системах очистки воды. Предложено использовать биоплёнки для детоксикации отходов, для биоремедиации почв, загрязнённых тяжёлыми металлами. Особо перспективное направление: использование биоплёнок стрептомицетов продуцентов биологически активных веществ. Высокий уровень образования антибиотиков, в том числе актиномицина D, отмечен при культивировании стрептомицетов-продуцентов в форме биоплёнок в специально разработанных биореакторах.

Похожие темы научных работ по биологии , автор научной работы — Виноградова Ксения Александровна, Булгакова Вера Георгиевна, Полин Анатолий Николаевич, Кожевин Петр Александрович,

On Biofilms of Streptomycetes. II. Use in Biotechnology

Streptomycetes or mycelial microorganisms are able to form biofilms under the natural, industrial and clinical conditions. The controlled use of biofilms in various industrial processes is much more efficient vs. the cultivation of plankton suspended cells. Optimization of biotechnological processes with the use of streptomycete biofilms is advisable in production of lactic acid and detoxication of the liquor in pyrolysis of plant biomass. Streptomycete biofilms are used in water purification systems. It is recommended to use biofilms for detoxication of wastes and bioremediation of soils contaminated with hard metals. The use of biofilms of streptomycetes producing biologically active substances is of special interest. High yields of antibiotics and actinomycin D in particular was observed with cultivation of antibioc-producing streptomycetes as biofilms in bioreactors of unique design.

Текст научной работы на тему «О биоплёнках стрептомицетов. Ii. Применение в биотехнологии»

О биоплёнках стрептомицетов. II. Применение в биотехнологии

К. А. ВИНОГРАДОВА, В. Г. БУЛГАКОВА, А. Н. ПОЛИН, П. А. КОЖЕВИН

Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова, Москва

On Biofilms of Streptomycetes. II. Use in Biotechnology

K. A. VINOGRADOVA, V. G. BULGAKOVA, A. N. POLIN, P. A. KOZHEVIN M. V. Lomonosov Moscow State University, Moscow

Мицелиальные микроорганизмы — стрептомицеты способны формировать биоплёнки в природных, промышленных и клинических условиях. Контролируемое использование биоплёнок в различных промышленных процессах гораздо более эффективно по сравнению с культивированием «планктонных» взвешенных клеток. Оптимизация биотехнологических процессов с использованием биоплёнок стрептомицетов показана при производстве молочной кислоты, при детоксикации жидкости, образующейся при пиролизе растительной биомассы. Биоплёнки с участием стрептомицетов используются в системах очистки воды. Предложено использовать биоплёнки для детоксикации отходов, для биоремедиации почв, загрязнённых тяжёлыми металлами. Особо перспективное направление: использование биоплёнок стрептомицетов - продуцентов биологически активных веществ. Высокий уровень образования антибиотиков, в том числе актиномицина D, отмечен при культивировании стрептомицетов-продуцентов в форме биоплёнок в специально разработанных биореакторах.

Ключевые слова: биоплёнки, стрептомицеты, биотехнология.

Streptomycetes or mycelial microorganisms are able to form biofilms under the natural, industrial and clinical conditions. The controlled use of biofilms in various industrial processes is much more efficient vs. the cultivation of plankton suspended cells. Optimization of biotechnological processes with the use of streptomycete biofilms is advisable in production of lactic acid and detoxication of the liquor in pyrolysis of plant biomass. Streptomycete biofilms are used in water purification systems. It is recommended to use biofilms for detoxication of wastes and bioremediation of soils contaminated with hard metals. The use of biofilms of streptomycetes producing biologically active substances is of special interest. High yields of antibiotics and actinomycin D in particular was observed with cultivation of antibioc-producing streptomycetes as biofilms in bioreactors of unique design.

Key words: biofilms, streptomycetes, biotechnology.

Мицелиальным бактериям стрептомицетам присуща способность формировать колонии — многоклеточные структуры со сложной морфологической и физиологической дифференциацией. Устойчивый и активный интерес к процессам роста и развития стрептомицетов как продуцентов важных биологически активных веществ поддерживается на высоком уровне уже несколько десятилетий. Получено много данных об этапах роста и дифференциации высокоорганизованных колоний стрептомицетов, о регуляторных сетях и внутриклеточных и внеклеточных сигналах, контролирующих скоординированное развитие разных групп клеток в составе колонии. Также широко изучается распространённость стрептомицетов в природных условиях.

Вопрос о том, могут ли мицелиальные организмы — стрептомицеты существовать также и в виде биоплёнок, даже не рассматривался до отно-

© Коллектив авторов, 2015

Адрес для корреспонденции: 119899 Москва, Воробьевы горы. МГУ им. М. В. Ломоносова

сительно недавнего времени. Однако к настоящему моменту появились исследования, показавшие, что стрептомицеты способны формировать биоплёнки — моновидовые или в ассоциации с другими микроорганизмами — в природных, промышленных и клинических условиях. Имеющиеся в литературе данные представлены в соответствующем обзоре [1].

Биоплёнки, формируемые микроорганизмами, оказывают большое влияние, в том числе и экономическое, на разные стороны практической деятельности человека — промышленность, медицину, сельское хозяйство. Отрицательные аспекты существования биоплёнок в разных местах обитания, в том числе и биоплёнок, формирующихся с участием стрептомицетов, а также и необходимость борьбы с «нежелательными» биоплёнками, обращают на себя внимание в первую очередь. Особенно тревожное положение в этом отношении сложилось, как известно, в практической медицине. С другой стороны, показано, что контролируемое использование биоплёнок в различных промышленных процессах

оказывается гораздо более эффективным по сравнению с известными способами культивирования «планктонных», взвешенных клеток.

Те приспособительные свойства, которые приобретаются микроорганизмами при переходе их от жизни в виде «планктонных» клеток к жизни в виде биоплёнок, оказываются весьма перспективными с точки зрения организации высокопродуктивных биотехнологических процессов. В частности, экзоцеллюлярный матрикс биоплёнки, определяющий прочность её структуры, предохраняет микроорганизмы от многих разрушающих факторов (высыхания, радиации, хищников, действия антибиотиков, ксенобиотиков и т.д.), а также обеспечивает межклеточную коммуникацию и условия для обмена генетическим материалом. В промышленных условиях, например, в биореакторах, работающих с использованием биоплёнок, формирование микроорганизмами биоплёнок интерпретируется как естественная иммобилизация клеток, самоприкрепляющихся к субстрату, саморегенерирующих и способных к проявлению биохимической активности в течение длительного времени. Разработаны технологии, основанные на использовании микробных биоплёнок, для промышленного получения некоторых органических веществ.

В данном обзоре рассматривается место и удельный вес биоплёнок стрептомицетов в общей системе применения биоплёнок микроорганизмов в промышленных целях.

Биотехнологическое применение микробных биоплёнок

Биоплёнки микроорганизмов показали высокую эффективность в процессах биологической очистки сточных вод и промышленных загрязнённых жидких отходов, при очистке загрязнённого промышленного воздуха, для устранения вредных и/или неприятных запахов, исходящих от разных отходов, при ремедиации почв. Эти технологии очистки окружающей среды основаны, в частности, на биодеградационной активности микроорганизмов, входящих в сообщество микробной биоплёнки. Использование соответствующих биоплёнок может способствовать уменьшению коррозии технологического оборудования, систем коммуникации и трубопроводов. Кроме того, применение биоплёнок при биосорбции тяжёлых металлов из сточных вод и т.д. показало высокую эффективность по сравнению с другими способами, оказывающимися нерентабельными в условиях низкого содержания металлов в среде.

Проводятся исследования в области получения электрической энергии с использованием электрохимической активности бактериальных биоплёнок, повсеместно формирующихся в

водной среде — как в океане, так и в сточных водах [2].

Другой областью биотехнологического применения биоплёнок является получение различных практически важных веществ: например, с использованием биоплёнок получают органические кислоты, спирты, метаболиты с антимикробной активностью. По различным аспектам биотехнологического применения бактериальных и грибных биоплёнок опубликован ряд обширных обзоров, на которые мы ссылаемся при обсуждении данной темы [3—6].

В природных условиях, как правило, биоплёнки формируются множеством разных видов. Для решения определённых производственных задач (например, биоочистка воды и газов, ремедиация почв) также наиболее эффективным является использование взаимосвязанной биохимической активности многовидового микробного сообщества. Современный исследовательский тренд при решении проблем биоочистки и биоремедиации — моделирование формирующего биоплёнки искусственного микробного сообщества. В том числе, создание искусственных биоплёнок с участием генномоди-фицированных микроорганизмов, совместная биохимическая активность которых может привести к оптимальному результату [7]. Элементами дизайна искусственных или реконструированных биоплёнок является построение их оптимальной пространственной структуры, регулирование межвидовых метаболических отношений её членов в пищевых цепях, контроль сигнальных процессов [8].

При реконструкции биоплёнок, формируемых микроорганизмами из пластовых вод нефтяных месторождений, было показано, что «основной» компонент биоплёнки, биохимическая деятельность которого определяет конечный желаемый результат, обеспечивает пищевые потребности микроорганизмов-»спутников», которые, в свою очередь, активируют рост основного компонента биоплёнки [9]. Установлено, что основной микроорганизм-нефтеокислитель, не являющийся галофилом, в биоплёнке защищён от стрессового воздействия окружающей среды, в частности, от гиперосмотического шока, в том случае, если в биоплёнке присутствует галофильный микроорганизм-спутник, способный образовывать осмопротекторные вещества. При совместном росте этих организмов в смешанной культуре в виде взвешенных клеток подобной защиты от осмотического шока не наблюдается [10].

Если в процессах биологической очистки воздуха, воды, почвы используется, как правило, активность биоплёнок, формируемых многими видами, то целям получения определённого соединения отвечает использование монобиоп-

лёнок продуцента, позволяющее чётко контролировать конечный результат биотехнологического процесса.

В настоящее время эта область исследований интересна настолько, что проводится направленный поиск микроорганизмов, способных формировать устойчивые моновидовые биоплёнки, с целью их дальнейшего использования в промышленных целях [11, 12].

Формирование микробной биоплёнки представляет собой сложный многостадийный процесс, вовлекающий активность множество регулятор-ных сетей. Переход организма от существования в виде планктонных клеток к жизни в виде клеток, ассоциированных с поверхностью и делающихся частью сложного структурированного микробного сообщества — биоплёнки, происходит с перепрограммированием клеточного развития. В ответ на кардинальное изменение условий существования возникают согласованные изменения в экспрессии множества генов, что приводит к изменениям в морфологическом и физиолого-биохимическом состоянии клеток. При этом клетки приобретают свойства, которые делают их более приспособленными к выживанию в неблагоприятных условиях. Эти процессы в настоящее время интенсивно исследуются, а также обсуждаются в обзорах [13—22].

С точки зрения промышленного применения очень важными оказываются указанные кардинальные изменения в способности клеток к биосинтезу различных метаболитов, при этом увеличивается продуктивность биосинтеза ранее синтезируемых веществ или даже приобретается способность к синтезу новых соединений.

Для большей экономичности всего биотехнологического процесса в целом важно то, что при культивировании бактерий в виде биоплёнок наблюдается более высокая скорость роста клеток и больший объём биомассы. На многих примерах показано, что для получения желаемого продукта применение биоплёнок бактерий и дрожжевых грибов имеет преимущества перед обычным способом культивирования продуцентов в виде «планктонных» клеток — и в биореакторах с периодическим культивированием, и в реакторах с непрерывным проточным культивированием [3].

Разрабатываются разные способы получения целевого продукта в биореакторах на основе биоплёнок микроорганизмов — исследовательские (лабораторные), пилотные и промышленные. Описаны многие специальные конструкции «биоплёночных» биореакторов для получения желаемых веществ при росте микроорганизмов в виде биоплёнок [6].

Более высокий выход конечного продукта в биореакторах, где продуцент выращивается в виде биоплёнок, по сравнению с биореакторами, в которых используется обычные способы культи-

вирования «планктонных» клеток, происходит при получении спиртов — этанола, бутанола, органических кислот — уксусной, молочной, янтарной и фумаровой [3, 6, 23]. Например, в биореакторах, где Clostridium acetobutylicum выращивается в виде биоплёнок, продукция бутанола увеличивается примерно в 40—50 раз по сравнению с обычным биореактором, при периодическом культивировании продуцента [3]. Разработан способ получения целлюлозы при выращивании продуцента Acetobacter xylinum в виде биоплёнок в специальных биореакторах, обеспечивающих оптимальные условия для достижения высокого уровня биомассы, надёжность всего процесса, качество и дешевизну получаемого продукта [24]. По технологии, основанной на использовании биоплёнок продуцента, в промышленных масштабах производится уксусная кислота [3, 6].

Применение в биотехнологических процессах биоплёнок стрептомицетов

Возможность организации оптимального биотехнологического процесса получения желаемого продукта при использовании микроорганизмов, формирующих биоплёнки, показана и для стреп-томицетов. В настоящее время именно с привлечением стрептомицетов как наиболее перспективных продуцентов в этой области биотехнологии связаны основные ожидания. При этом уже сделаны успешные научные разработки [12, 25, 26].

С участием стрептомицетов, формирующих биоплёнки, есть лабораторные и пилотные разработки, в которых используются разные подходы: первый — совместное культивирование двух организмов, из которых один не формирует биоплёнки, но производит желаемый продукт, а другой, формируя биоплёнки, оптимизирует процесс в целом. Второй подход — культивирование моно-биоплёнок стрептомицета-продуцента. Каждый из этих подходов имеет технологические особенности и свои определённые преимущества.

Ключевыми задачами биотехнологического использования биоплёнок стрептомицетов являются: скрининг организма, способного активно формировать устойчивую биоплёнку, подбор условий его адгезии — выбор оптимального субстрата для прикрепления и развития биоплёнки, а также исследование обычных параметров культивирования (состав среды, температура, скорость перемешивания и др.). Например, найдено, что грубая поверхность блоков из полиметилмета-крилата в качестве субстрата для адгезии более благоприятна для образования биоплёнок стрептомицетов, чем гладкая поверхность [26]. Описаны разные конструкции биореакторов с применением биоплёнок стрептомицетов для лабораторных и пилотных установок [23, 27, 28].

Разработан способ получения молочной кислоты при культивировании в биореакторе Lactobacillus casei subsp. rhamnosus как организма, производящего конверсию глюкозы в молочную кислоту, и Streptomyces viridosporus T7A как организма, формирующего биоплёнки [25, 29, 30].

При совместном культивировании важнейшей проблемой является подбор соответствующей пары. S.viridosporus T7A был отобран из 12 видов разных бактерий (роды Bacillus, Pseudomonas, Streptomyces, Thermoactinomyces) по способности оптимально формировать биоплёнки. Кроме того, температурный оптимум роста этого стрептомицета близок таковому у молочнокислых бактерий.

Авторы сообщают, что после инокуляции среды суспензией спор S.viridosporus формирует «хорошие» биоплёнки к 15-му дню развития, и наилучшим субстратом для этого является стружка полиэтилена или полипропилена, обогащённая сельскохозяйственным растительным материалом как источником питательных веществ [29, 30].

Было показано, что максимальный уровень образования молочной кислоты стабильно отмечается при двух условиях — совместном культивировании стрептомицета и молочнокислой бактерии на вышеуказанном субстрате и предварительном формировании стрептомицетом биоплёнки (15-дневный период формирования стрептомицетной биоплёнки до момента иноку-лирования L.casei subsp. rhamnosus).

Образование молочной кислоты в разработанном биотехнологическом процессе по сравнению с другими известными способами культивирования примерно на 30% выше

В биореакторе S.viridosporus, прикрепляясь к субстрату и формируя биоплёнку, действует, в свою очередь, как субстрат для иммобилизации клеток молочнокислых бактерий, препятствуя их вымыванию из системы биореактора. Применение в биотехнологическом процессе формирующего биоплёнку стрептомицета способствует достижению высокой плотности клеток L.casei в биореакторе, увеличению образования молочной кислоты, и приводит к значительной оптимизации процесса в целом [30].

В ферментациях, в которых использовали монокультуру L.casei subsp. rhamnosus, а также в фер-ментациях с совместным культивированием L.casei subsp. rhamnosus и S.viridosporus, но без создания условий для формирования стрептомице-том биоплёнок, получен более низкий уровень образования молочной кислоты.

Авторы считают, что основным преимуществом разработанного ими способа получения молочной кислоты является образование стрепто-мицетом биоплёнки на инертном субстрате, при

этом осуществляется естественный механизм клеточной иммобилизации

Этот же методический приём — совместное культивирование Pseudomonas putida, не образующего биоплёнки, и S.setonii, формирующего биоплёнки на пластиковом субстрате с добавлением компоста, был использован для оптимизации процесса детоксикации корма скота и жидкости, образующейся при пиролизе растительной биомассы. При использовании по отдельности монокультур P.putida и S.setonii детоксикация выполняется на 10 и 25% соответственно, тогда как при совместном их культивировании в этих же условиях детоксикация выполняется на 50% [31].

Использование для промышленных целей монобиоплёнок стрептомицетов, известных в качестве продуцентов огромного количества биологически активных соединений, рассматривается в настоящее время как особо перспективное направление. Если в природных условиях, как правило, формируются биоплёнки из множества разных видов, то специальным биотехнологическим целям получения определённого вещества отвечает использование монобиоплёнок продуцента, что позволяет контролировать биосинтез желаемого целевого продукта [12, 23].

Для биотехнологических целей проводили скрининг формирующих биоплёнки стрептомице-тов. Среди видов рода Streptomyces, образующих биоплёнки и могущих быть использованными в биотехнологии, указываются S.viridosporus, S.badius, S.setonii [25, 30, 31], S.coelicolor [32], S.griseus [12], S.parvallus [33], S.mirabilis [34], S.sundarbansensis [28]. Описаны также и неидентифицированные до вида стрептомицеты, формирующие биоплёнки [12], среди которых есть и выделенные из морских осадков, солетолерантные [33].

Из морских осадков в эстуарии (в зоне приливов-отливов) в Бенгалии, были выделены три со-летолерантных стрептомицета, продуцирующие метаболиты, обладающие антимикробной активностью. Один из стрептомицетов, идентифицированный как Streptomyces parvallus, синтезировал актиномицин D [33].

«Морской» продуцент актиномицина D S.parvallus при культивировании в виде биоплёнки обнаруживает гораздо более высокий уровень биосинтеза антибиотика, чем штамм S.parvallus, выделенный из почвенного образца, при обычном периодическом культивировании в ферментёре с перемешиванием. Этот результат получен в серии исследовательских работ — от выделения продуцента до разработки способа получения антибиотика с использованием 25-литрового биоплёночного биореактора оригинальной конструкции.

Для культивирования продуцента был создан биореактор, беспечивающий специфические ус-

ловия роста Б.рагуаПш в виде биоплёнки [26, 27, 33]. Основным требованием к конструкции биореактора было обеспечение специальных условий контакта с воздухом, оптимальных для формирования и роста биоплёнок. Ведущей идеей конструирования была имитация условий окружающей среды, копирование той природной экологической ниши, из которой стрептомицеты-продуцен-ты были выделены [23].

Был сконструирован биореактор с вращающимся диском, работа которого имитировала условия эстуария как специфической экологической ниши с наличием морских приливов и отливов. Скорость вращения специального диска, наполовину погружённого в жидкую среду, составляла 1 об/день, что обеспечивало смену 12-часового периода погружения в воду на последующую 12-часовую экспозицию в воздухе. В таком биореакторе продуценту актиномицина Б были обеспечены условия, аналогичные условиям экологической ниши, в которой стрептоми-цет жил в природе в виде биоплёнок [33]. Экспериментально показано, что такая «мимикрия» способствует образованию мощных биоплёнок продуцента и достижению высокого уровня синтеза антибиотика.

Начало биосинтеза актиномицина Б при росте «морского» продуцента в виде биоплёнки отмечается на 20-й час развития с максимумом к 45-му часу, а начало биосинтеза у продуцента из почвенного образца — на 55-й час развития, с максимумом к 144-му часу [33].

Высокий уровень образования антимикробных метаболитов отмечен и для двух других выделенных из эстуария стрептомицетов-продуцен-тов, при культивировании их в виде биоплёнок.

Предложена также улучшенная конструкция биореактора для культивирования микроорганизмов, формирующих биоплёнки — с использованием набора небольших сосудов, что увеличивает поверхность прикрепления для таких продуцентов и оптимизирует рост биоплёнок [23].

Условия культивирования, имитирующие природные, были разработаны для формирования искусственной биоплёнки микроорганиз-мом-нефтеокислителем. При этом также было получено существенное повышение эффективности утилизации н-гексадекана [9].

Актиномицеты, и в их числе стрептомицеты, постоянно выявляются в водной среде обитания (реки, озера, моря), часто участвуя в образовании биоплёнок. Они обитают и в системах водопроводов, и в сооружениях для очистки сточных и промышленных вод, где также формируют биоплёнки [1].

Стрептомицеты, показывающие высокую активность при разложении большого количества разнообразных органических соединений, участвуют, наряду с другими микроорганизмами, в очи-

стке загрязнённых бытовых, сельскохозяйственных и промышленных вод. Показано, что эффективная очистка воды в очистной системе с гравием происходит при активном участии биоплёнок, которые образуются представителями разных родов актиномицетов [35]. Биоразнообразие актиноми-цетов, формирующих эти биоплёнки, оценено как весьма высокое, причём более трети микроорганизмов, выявленных в данной очистной системе, относятся к роду Б^ерОтусез [35].

Из образца почвы, загрязнённой промышленными отходами (тяжёлыми металлами), выделен формирующий биоплёнки стрептомицет Б.ттЫШ С0252. Стрептомицет обладает значительной толерантностью (МПК 500 мкг/мл) к токсическому действию соединения шестивалентного хрома (К2Сг207), а также к другим тяжёлым металлам — 2и, Си, Со. Б.ттЫШ С0252 показал способность удалять К2Сг207 из среды посредством трансформации высокотоксичного соединения шестивалентного хрома в менее токсичное соединение трёхвалентного хрома. Установлено, что этот процесс не связан с адсорбцией токсичного соединения, а происходит при участии внутриклеточного фермента. Степень удаления токсичного соединения хрома из среды повышается на порядок, когда Б.тггаЫШ С0252 растёт, формируя биоплёнки. Условия для образования биоплёнок создавали культивированием стрептомицета в жидкой среде на стеклянных бусах в качестве субстрата для образования биоплёнок.

Детоксикационная активность биоплёнок этого стрептомицета во много раз выше таковой у его «планктонных» клеток. Показано, что при росте Б.тШЫШ С0252 в виде биоплёнок, клетки, будучи ассоциированными с субстратом, удаляют из среды токсичное соединение хрома в течение 2—3 дней почти полностью, тогда как «планктонные» клетки способны удалить из среды лишь 8090% от такого же количества токсичного К2Сг207 только за 20 дней. При этом «планктонные» клетки не обладают толерантностью к токсическому действию шестивалентного хрома. Предложено использовать Б.тШЪШз. С0252 для детоксикации тех мест, где может находиться токсическое соединение шестивалентного хрома, например, разные производственные отходы, содержащие тяжёлые металлы и образующиеся в таких производствах как дубление кож, обработка изделий (никелировка, серебрение, золочение), а также в целях биоремедиации почв, заражённых тяжёлыми металлами [34].

Заключение

Исследования, проведённые с биоплёнками стрептомицетов, показали существенные преимущества биотехнологических процессов на основе биоплёнок этих организмов, а именно — вы-

сокую продуктивность биосинтеза желаемого продукта и возможность улучшения экономических показателей всего процесса в целом. Это относится к использованию как моноплёнок стреп-томицетов, так и их биоплёнок с участием других микроорганизмов. В настоящее время предложено использовать биоплёнки стрептомицетов в биотехнологических целях — для разработки наиболее эффективных способов получения антибиотиков и ферментов, для активизации процессов детоксикации различных отходов, для ремедиации почв. Однако все эти исследования

ЛИТЕРАТУРА

1. Виноградова К.А., Булгакова В.Г., Полин А.Н., Кожевин П.А. О биоплёнках стрептомицетов. I. Распространение и формирование. Антибиотики и химиотер 2015; 1—2: 39—46. / Vinogradova K.A., Bulgakova V.G., Polin A.N., Kozhevin P.A. O biopljonkah strep-tomicetov. I. Rasprostranenie i formirovanie. Antibiotiki i himioter 2015; 1—2: 39—46. [in Russian]

2. Vandecandelaere I. Bacterial diversity of a marine electroactive biofilm. 2008. Thesis in fulfilment of the requirements for the degree of Doctor (Ph.D.) in Sciences, Biotechnology 2008.

3. Qureshi N, Annous B.A., Ezeji T.C. et al. Biofilm reactors for industrial bioconversion processes: employing potential of enchanced reaction rates. Microb Cell Fact 2005; 4: 24.

4. Morikawa M. Beneficial biofilm formation by industrial bacteria Bacillus subtilis and related species. J Biosci Bioeng 2006; 101: 1—8.

5. Плакунов В.К., Николаев Ю.А. Микробные биоплёнки — перспективное направление современной биотехнологии. Вода: химия и экология 2008; 2: 11—13. / Plakunov V.K., Nikolaev Ju.A. Mikrobnye biopljonki — perspektivnoe napravlenie sovremennoj biotehnologii. Voda: himija i jekologija 2008; 2: 11—13. [in Russian]

6. Максимова Ю.Г. Микробные биоплёнки в биотехнологических процессах. Биотехнология 2013; 4: 9—23. / Maksimova Ju.G. Mikrobnye biopljonki v biotehnologicheskih processah. Biotehnologija 2013; 4: 9—23. [in Russian]

7. El-Shatoury S., El-Baz A., Abdel daiem M, El-Monayen D. Enhancing wastewater treatment by commercial and native microbial inocula with factorial design. Life Sci J 2014; 7: 7: 736—742.

8. Jagmann N, Philipp B. Design of synthetic microbial communities for biotechnological production processes. J. Biotechnol 2014; 184: 209—218.

9. Журина М.В., Стрелкова Е.А., Плакунов В.К., Беляев С.С. Влияние состава реконструированных биоплёнок на активность па-рафинокисляющих бактерий. Микробиология 2008; 77: 5: 701— 703. / Zhurina M.V., Strelkova E.A., Plakunov V.K., Beljaev S.S. Vlijanie sostava rekonstruirovannyh biopljonok na aktivnost' parafi-nokisljajushhih bakterij. Mikrobiologija 2008; 77: 5: 701—703. [in Russian]

10. Плакунов В.К., Журина М.В., Беляев С.С. Устойчивость нефтео-кисляющего микроорганизма Dietzia sp. к гиперосмотическому шоку в реконструированных биоплёнках. Микробиология 2008; 77: 5: 591—589. / Plakunov V.K., Zhurina M.V., Beljaev S.S.. Ustojchivost' nefteokisljajushhego mikroorganizma, Dietzia sp. k giperosmoticheskomu shoku v rekonstruirovannyh biopljonkah. Mikrobiologija 2008; 77: 5: 591—589. [in Russian]

11. Li X.Z., Hauer B, Rosche B. Single-species microbial biofilm screening for industrial applications. Appl Microbiol Biotechnol 2007; 76: 6: 1255—1262.

12. Winn M, Casey E, Habimana O, Murphy C.D. Characteristic of Streptomyces griseus biofilms in continuous flow tubular reactors. FEMS Microbiol Lett 2014; 352: 2: 157—164.

13. Man T.F., Pitts B, Pellock B. et al. A genetic basis for Pseudomonas aeruginosa biofilm antibiotic resistance. Nature 2003; 426: 6064: 306—310.

14. Ильина Т.С., Романова Ю.М., Гинцбург А.Л. Биоплёнки как способ существования бактерий в окружающей среде и организме

ограничены пилотными или лабораторными разработками, и широкое промышленное их внедрение находится в области будущего. Тем не менее уже имеющиеся данные показывают высокую эффективность использования биоплёнок в биотехнологических целях. Эти исследования получили новую поддержку в связи с активным скринингом продуцентов из «экзотических» или ранее недостаточно обследованных экологических ниш, являющихся богатейшим ресурсом стрепто-мицетов, формирующих биоплёнки и обнаруживающих новые биосинтетические возможности.

хозяина: феномен, генетический контроль и системы регуляции их развития. Генетика 2004; 45. 40: 1445—1456. / Il'ina T.S., Romanova Ju.M., Gincburg A.L. Biopljonki kak sposob sushhestvo-vanija bakterij v okruzhajushhej srede i organizme hozjaina: fenomen, geneticheskij kontrol' i sistemy reguljacii ih razvitija. Genetika 2004; 45. 40: 1445—1456. [in Russian]

15. Николаев Ю.А., Плакунов В.К. Биоплёнка — «город микробов» или аналог многоклеточного организма? Микробиология 2007; 7: 2: 149—163. / Nikolaev Ju.A., Plakunov V.K. Biopljonka — «gorod mikrobov» ili analog mnogokletochnogo organizma? Mikrobiologija 2007; 7: 2: 149—163. [in Russian]

16. Lenz A.P., Williamson K.S., Pitts B. et al. Localized gene expression in Pseudomonas aeruginosa biofilms. Appl Environ Microbiol 2008; 74: 14: 4463—4471.

17. ZhangL, Mah T.F. Involvement of a novel efflux system in biofilm-spe-cific resistance to antibiotics. J Bacter^l 2008; 190: 13: 4447—4452.

18. PenesyanA., KjellebergS, Egan S.Development ofnovel drugs from marine surface-associated microorganisms. Mar Drugs 2010; 8: 3: 438—459.

19. AminiS, HottesA.K., SmithL.E., TavazoieS. Fitness landscape of antibiotic tolerance in Pseudomonas aeruginosa biofilms. PLoS Pathog 2011; 7: 10: e1002298. doi: 10.1371/journal.ppat.1002298 (9): 1061—1072.

20. Man T.F. Biofilm-specific antibiotic resistance. Future Microbiol 2012; 7: 9: 1061—1072.

21. Kostakioti M, Hadjifrangiskou M, Hultgren S.J. Bacterial biofilms: development, dispersal, and therapeutic strategies in the dawn of the postantibiotic era. Cold Spring Harb Perspect Med 2013; 3: a010306

22. Zarnowski R, Westler W.M., Lacmbouh G.A. et al. 2014. Novel entries in a fungal biofilm matrix encyclopedia. MBio 2014; 5: 4: e01333—14.

23. Sarkar S. D, Mukherjee J. Patent: Novel enhanced surface area con-ico-cylindrical flask (ES-CCF) for biofilm cultivation. 22.11.2012. № 20120295293

24. Cheng K.-C, Catchmark J.M., Demirci A. Enhanced production of bacterial cellulose by using a biofilm reactor and its material property analysis. J Biol Engineering 2009, 3: 12.

25. Demirci A., Pometto IIIA.L., Johnson K.E. Lactic acid production in a mixed-culture biofilm reactor. Appl Environ Microbiol 1993a; 59: 1: 203—207.

26. Sarkar S, Mukherjee J., Roy D. Antibiotic production by a marine isolate (MS310) in an ultra-low-speed rotating disk bioreactor. Biotechnol Bioprocess Eng 2009; 14: 775—780.

27. Sarkar S, Roy D, Mukherjee J. Production of a potentially novel antimicrobial compound by a biofilm-forming marine Streptomyces sp. in a niche-mimic rotating disk bioreactor. Bioprocess Biosyst Eng 2010; 33: 2: 207—217.

28. Sarkar S. Enhanced antimicrobials and esterase production associated to biofilm formation by two estuarine isolates in a novel poly-methylacrilate conicocylindrical flask. Int J Adv Biotechnol Res 2014; 5: 2: 242—261.

29. Demirci A., Pometto ШA.L., Johnson K.E. Evaluation of biofilm reactor solid support for mixed-culture lactic acid production. Appl Microbiol and Biotechnol 1993b; 38: 6: 728—733.

30. Pometto Ш A.L., Demirci A., Johnson K.E. Patent: Immobilization of microorganisms on a support made of synthetic polymer and plant material. US 21.01.1997 №5595893 A.

31. Khiyami M.A., Pometto III A.L., Brown R.C. Detoxification of corn stover and corn starch pyrolysis liquors by Pseudomonas putida and Streptomyces setonii suspended cells and plastic compost support biofilms. J Agric Food Chem 2005; 53: 8: 2978-2987.

32. Kim Y.M., Kim J.H. Formation and dispersion of mycelial pellets of Streptomyces coelicolor A3(2). J Microbiol 2004; 42: 1: 64—67

33. Sarkar S, Saha M, Roy D. et al. Enhanced production of antimicrobial compounds by three salt-tolerant actinobacterial strains isolated

from the Sundarbans in a niche-mimic bioreactor. Mar Biotechnol (NY) 2008; 10: 5: 518—526.

34. Morales D.K., Ocampo W, Zambrano M.M. Efficient removal of hexa-valent chromium by the toxic effect of metal exposure. Appl Microbiol 2007; 193: 6: 2704—2712.

35. El-Shatoury S., Mitchell J., Bahgat M, Dewedar A. Biodiversity of actinomycetes in constructed wetland for industrial effluent treatment. Actinomycetologica 2004; 18: 1: 1—7.

СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ:

Виноградова Ксения Александровна — к. б. н., ст. науч- Полин Анатолий Николаевич — д. б. н., профессор, должный сотрудник, должность — ст. научный сотрудник ность — ведущий научный сотрудник кафедры микроби-кафедры микробиологии биологического факультета ологии биологического факультета МГУ им. М. В. Ломо-МГУ им. М. В. Ломоносова носова

Булгакова Вера Георгиевна — к. б. н., ст. научный со- Кожевин Петр Александрович — д. б. н., профессор, долж-

трудник, должность — ст. научный сотрудник кафедры ность — ведущий научный сотрудник кафедры биологии

микробиологии биологического факультета МГУ им. почв факультета почвоведения МГУ им. М. В. Ломоносова М. В. Ломоносова