CC BY
5PSEUDOMONAS АВЛОДИГА МАНСУБ БАКТЕРИЯЛАРНИНГ ТУРЛИ ОЗЩА МУХИТЛАРИДА ПОЛИЭТИЛЕННИ (ПЭ) БИОПАРЧАЛАШИ.
1Зувайдуллаев Бахром, 2Назиров Мух,аммадЛатиф, 3Халилов Илхом
1,2'3УзРФА Микробиология институти, Тошкент, Узбекистон. https://doi.org/10.5281/zenodo.8367330
Аннотация. Pseudomonas авлодига мансуб бактерия штаммлари LPEM2 минерал озицасига асал муми ва кепак уни цушилган озица мущтида ПЭ ни парчалаш фаоллиги текширилди. Натижада асал муми озица мущтида устирилганда, УБ-спектрофотометрни 195 ва 326 нм тулцин узунлигида контролга нисбатан 19,72 марта цуп ПЭ ни парчаланиши Pseudomonas putida штаммида цайд этилди. P. stutzeri, P. fluorescens, P. aeruginosa штаммлари мос равишда контролга нисбатан 13,46, 10,89 ва 12,04 марта куп културал суюцликка органик бирикмалар %осил цилганлиги урганилди. Кепакли озица мущтида устирилганда ПЭ парчаланиши контролга нисбатан 8,14 марта купроц P. fluorescens штаммида кузатилди. К^олган Pseudomonas штаммлари -Pseudomonas putida, P. stutzeri ва P. aeruginosa бактерия штаммлари мос равишда контролга нисбатан 5,89, 5,52 ва 5,38 марта куп органик моддалар %осил цилиши билан ПЭ ни деградация цилиши аницланди. Асал мум таркибидаги узун ёг кислоталарини булиши ва ПЭ структурасига яцинлиги туфайли Pseudomonas авлодига мансуб бактериялар ПЭ ни парчалаши кепак унига цушилган озица мущтига цараганда 2 марта фаол булганлиги тадциц этилди.
Калит сузлар: Полиэтилен (ПЭ), бактерия, УВ-спектрофотометр, биопарчаланиш, Pseudomonas.
Аннотация. Бактериальные штаммы рода Pseudomonas были протестированы на активность деградации ПЭ в минеральной питательной LPEM2 среде с добавлением пчелиного воска и отрубной муки. В результате у штамма Pseudomonas putida было зафиксировано в 19,72 раза большее разложение ПЭ по сравнению с контролем при выращивании на питательной среде из пчелиного воска. Установлено, что штаммы P. stutzeri, P. fluorescens и P. aeruginosa образуют в культуральной жидкости в 13,46, 10,89 и 12,04 раза больше органических соединений по сравнению с контролем, соответственно. Деградация ПЭ была в 8,14 раза выше у штамма P. fluorescens по сравнению с контролем при культивировании в среде отрубей. Было обнаружено, что остальные штаммы Pseudomonas - Pseudomonas putida, P. stutzeri и P. aeruginosa штаммы разлагают ПЭ, продуцируя в 5,89, 5,52 и 5,38 раза больше органических веществ, чем контроль, соответственно. Благодаря наличию в составе пчелиного воска длинных жирных кислот и его схожесть к структуре ПЭ, бактерии рода Pseudomonas расщепляют ПЭ в 2 раза больше, чем в питательной среде с добавлением отрубной муки.
Ключевые слова: Полиэтилен (ПЭ), бактерии, УФ-спектрофотометр, биодеградация, Pseudomonas.
Abstract. Bacterial strains belonging to the genus Pseudomonas were tested for PE degradation activity in LPEM2 mineral medium supplemented with beeswax and bran meal. As a result, when the Pseudomonas putida strain was grown in the beeswax medium, it was recorded that 19.72 times more PE was decomposed compared to the control in the UV-spectrophotometer at 195 and 326 nm wavelengths. It was studied that strains of P. stutzeri, P. fluorescens, and P. aeruginosa produced 13.46, 10.89, and 12.04 times more organic compounds in the culture fluid
1744
than the control, respectively. P. fluorescens strain grown on bran medium showed 8.14 times more PE degradation compared to the control. The remaining Pseudomonas strains - P. putida, P. stutzeri, and P. aeruginosa strains were found to degrade PE by producing 5.89, 5.52, and 5.38 times more organic matter than the control, respectively. Due to the presence of long fatty acids in beeswax and its closeness to the structure of PE, it was studied that bacteria belonging to the genus Pseudomonas were active 2 times more in biodegradation PE than in the nutrient medium supplemented with bran flour.
Keywords: Polyethylene (PE), bacteria, UV spectrophotometer, biodegradation, Pseudomonas.
ПЭ асосан кадоклашда ишлатилади ва у дунёда пластик мах,сулотларга булган талабнинг 40% фоизини ташкил килади [1] ва х,ар йили триллиондан ортик пластик копчалар ишлатилади [2]. Бутун дунёда парчаланмайдиган пластмасса ишлаб чикариш йилига 350 миллион тоннадан 400 миллион тоннагача етиши мумкин, шундан 5 дан 13 миллион тоннагача чикинди пластмасса океанга ташланади, бу эса атроф-мух,итга салбий таъсир курсатади [3, 4].
Ишлаб чикарилган полиэтилленнинг атиги 29 фоизигина кайта ишланади [5]. Афсуски ушбу полимер чикиндилари вакт утиши билан кийинчилик билан табиий парчаланишга учрайди ва атроф мух,итда тупланиб экологик муаммога сабаб булмокда [6]. Охирги йилларда ПЭ ни микробиологик парчалаш буйича куп тадкикотлар олиб борилмокда [7]. ПЭ ни микробиологик парчаланиши экологик жихдтдан хавфсиз булиб, бошка тирик организмларга нисбатан осонрок ва тезрок биопарчаланишни амалга ошириш мумкин. Шундан келиб чикиб, ушбу тадкикотда Pseudomonas авлодига мансуб бактерияларни турли озика мух,итларида устириб ПЕ биопарчаланишини тадкик этилди. Маълумки, озика мух,итларининг таркибида биологик полимер моддаларни булиши, бу моддаларни узлаштириш давомида ПЭ ни парчалашга таъсир килиши мумкин [8].
Тажрибада Pseudomonas putida, P. stutzeri, P. fluorescens ва P. aeruginosa бактерия штаммлари кулланилди.
Тажриба учун куйи зичликли ПЭ тури (LDPE) ишлатилди. ПЭ плёнкаси агарли чашкаларда инкубация килиш учун огирлиги улчанди. ПЭ 75% этанолда стерилизация килинди ва кейин ламинар боксдаги хдво окими билан куритилди. Бактериялар купрок биомасса олиш учун олдин озика элементларига бой булган суюк LB Broth (Miller) озика мухитида 3 кун давомида устирилди. Сунг пробиркаларга ПЭ парчаси солинган модификацияланган LPEM2 (ASTM G22-76, 1996) озика мух,итида устирилди. Модификацияланган LPEM2 озика мух,ити куйидагича тайёрланади: 900 мл дистилланган сувга NH4NO3-1,0 г; MgS047H20-0,7 г; (NH4)2SO4-1,0 г; MgS047H20-0,7 г; микроэлемент-1мл; (100 мл микроэлемент тайёрлаш учун NaCl-0,5 г; ZnSO47H2O -0,2 г; Fe EDDHA-0,2 г; CuS04^5H20-0,2 г; MnSO4H2O -0,1 г.) кушилади. Фосфат буфери учун 100 мл дистилланган сувга KH2PO4 -0,7 г; K2HP04-0,7 г кушилади; pH-6,5. 1 л LPEM2 озика мух,итига кепак уни ва асал муми 0,1 граммдан кушилиб тайёрланди. Назорат сифати LPEM озика мух,итига асал муми ва кепак кушилган озика мух,итига бактериясиз факат ПЭ ни кушилди.
Озика мухитлари 20 дакика 121 ° C да автоклав килинди.
Озика мухитлари совигандан сунг 900 мл LPEM2 га 100 мл фосфат буфери кушилди.
1745
Бактерия штаммлари модификацияланган LPEM2 озикасига экилиб, 1 ой давомида 30 С хдроратда тебратгичда устирилди. Сунгра културал суюклик ПЭ дан ажратилиб спектроскопия килинди.
УБ-спектрлари Specord 210 UV-Vis (Analytik Jena, Германия) спектрофотометрида диаметри 1 см ли кварцли кюветларда кайд этилди. Сканерлаш сохдси 190-800 нм, тиркиши 1 нм, тезлиги 5 нм/с.
Бактериялар таъсирида турли озика мух,итларида културал суюкликда ПЭ ни биопарчаланишидан х,осил булган органик бирикмалар (кетон, альдегид ва бошкалар) УБ спектроскопия усулида аникланди. Контрол сифатида асал муми кушилган LPEM2 озика мух,итига ПЭ солиниб 30 кун инкубация килингандан кейин х,осил булган органик бирикмаларни УБ спектроскопияда кейин 1 деб олинди. Натижада 195 ва 326 нм тулкин узунликлари оралигида контролга нисбатан юкори парчаланиш Pseudomonas putida штаммида (19,72 марта куп) кузатилди (1-жадвал, 1-расм). Бунда асал муми кушилган озика мух,итида P. stutzeri, P. fluorescens, P. aeruginosa штаммлари мос равишда контролга нисбатан 13,46, 10,89 ва 12,04 марта куп културал суюкликка органик бирикмалар х,осил килганлиги урганилди. Асал муми таркиби жихдтидан узун занжирли ёг кислоталарини булиши уни полиэтиленга таркиби якинлигини билдиради [9].
1-жадвал.
LPEM2 озика мух,итига кушилган асал муми озика мух,итида ПЭ билан устирилган бактерия штаммлари
^улланилган бактерия штаммлари Ютилиш чиз^и, X, нм
Нисбат 190200 210214 246264 340
Назорат 1,00 0,48 0,17 0,36 0,00
P. stutzeri 13,46 9,13 3,52 0,69 0,12
P. fluorescens 10,89 7,06 2,94 0,75 0,14
P. putida 19,72 12,79 4,43 2,19 0,31
P. aeruginosa 12,04 2,47 0,71 0,55 0,31
1-расмдан куриниб турибдики, ютилиш чизигининг деконволюцияси шуни курсатдики, бу х,осил булган пикларни йигиндиси булиб унинг максимум ютилиши 196 нм, 210 нм, 262 нм, 270 нм ва 350 нм тулкин узунликларда жойланиши аникланди.
Ю 240 230 340 330 440 430 540 530
kontrol -Pseudomonas putida
Pseudomonas fluorescens — pseudomonus aeruginosa pseudomonus stutzeri
1-расм. Мумли озика мух,итида устирилган Pseudomonas авлодига мансуб бактерия штаммларини УБ спектрофотометрияси.
Бу эса Pseudomonas авлодига мансуб бактерия штаммлари намунасида электронларнинг п- п* ва n- п* бир-бирига утиши полимер тизимида бирикган богларни
1746
х,осил булиши бактерия културалари таъсири билан богликдир. 196 нм тулкин узунлигидаги ютилиш чизикларини булиши тизимда С=О карбонил гурухнинг пайдо булганлигидан далолат беради ва бу ПЭ ни бактериялар томонидан биопарчаланиш махсулоти эканлигини билдиради [10].
210 нм тулкин узунлигидаги ютилиш чизикларини пайдо булиши бактерия таъсирида С=С богларни х,осил булиши билан боглик булиб, бу эса биопарчаланиш жараёнини бошланиши учун мухим рол уйнайди. 262 нм ва 270 нм тулкин узунликларида n- п* электронларнинг бир-бирига утиши альдегид гурухлар х,осилиши билдиради.
2-жадвал.
LPEM2 озика мух,итига кушилган кепакли озика мух,итида ПЭ билан устирилган бактерия штаммлари
^улланилган Ютилиш чиз^и, X, нм
бактерия
штаммлари Нисбат 190-200 210-214 246-264 340
Назорат 1,00 0,47 0,37 0,16 0
P. stutzeri 5,52 2,19 2,64 0,69 0
P. fluorescens 8,14 4,06 3,33 0,75 0
P. putida 5,89 2,79 2,43 0,67 0
P. aeruginosa 5,38 2,47 2,71 0,2 0
Кепак таркибида биополимер углевод моддаларни булиши бактериялар учун озика манба х,исобланади. 2-жадвал ва 2-расмдан куриниб турибдики, кепакли озика мух,ити устирилган барча Pseudomonas штаммлари х,ам асал муми ишлатилган озика мухити сингари 195-240 нм тулкин узунликда пиклар х,осил килиб, ПА парчаланишидан альдегид ва кетон моддалари х,осил булишини кузатиш мумкин. Кепакли озика мух,итида куп микдорда културал суюкликка органик моддаларни х,осил килган P. fluorescens штамми булиб контролга нисбатан 8,14 марта куп органик моддалар х,осил килди.
5
kontrol mum pseudomonas fluorescens
— Pseudomonas aeruginosa pseudomonas stutzeri
Pseudomonas putida
2-расм. Кепакли озика мух,итида устирилган Pseudomonas авлодига мансуб бактерия штаммларини УБ спектрофотометрияси.
Бунда Pseudomonas putida, P. stutzeri ва P. aeruginosa бактерия штаммлари мос равишда контролга нисбатан 5,89, 5,52 ва 5,38 марта куп органик моддалар х,осил килиши кузатилди. Шуни айтиш лозимки, кепакли озика мух,итига нисбатан асал муми озика мух,итида бактерия штаммлари ПЭ ни парчалашда фаол булиб, 2 мартадан купрок органик бирикмалар културал суюкликда х,осил булиши аникланди.
1747
ПЭ ни парчалашда озика мух,итлари таркиби мух,им х,исобланади. Минерал озика мух,итига кушилган асал муми ва кепак уз таркиби узун занжирли ёг кислоталари ва биополимер моддалар саклаши нафакат бактерияларни усиши ва ривожланишига таъсир килади, шу билан бирга озика таркибидаги ПЭ ни парчалаш учун индуктор вазифасини бажараши х,ам мумкин. Олинган натижалар шуни курсатди, асал мум таркибидаги узун ёг кислоталарини булиши ва ПЭ структурасига якинлиги туфайли Pseudomonas авлодига мансуб бактериялар ПЭ ни парчалаши кепак унига кушилган озика мух,итига караганда 2 марта фаол булганлиги кузатилди. Шуни айтиш мух,имки, асал муми ва кепакли озика мух,итларида УБ-спектрофометрия натижасига кура, асосан ПЭ парчаланишидан х,осил булган углеводли органик бирикмалар 195-260 нм тулкин узунликда булиши аникланди.
REFERENCES
1. www.plasticseurope.org
2. The Economist (2016). Single-use refuse. http://www.economist.com /news /international/ 21670516-over-trillion-plastic-bags-are-used-every-year-does-charging-them-help-single-use-refuse.
3. Jambeck JR, Geyer R, Wilcox C, Siegler TR, Perryman M, Andrady A, Narayan R, Law KL (2015) Plastic waste inputs from land into the ocean. Science 347:768-771.
4. Plastics Europe, plastics-the facts (2018) An analysis of European plastics production, demand and waste data. Plastics-Europe, Belgium.
5. https://www.epa.gov/facts-and-figures-about-materials-waste-and-recycling/plastics-material-specific-data.
6. Ghatge, S., Yang, Y., Ahn, J.-H., & Hur, H.-G. (2020). Biodegradation of polyethylene: a brief review. Applied Biological Chemistry, 63(1). doi:10.1186/s13765-020-00511-3.
7. Nanda S., Sahu S. S. (2010) Biodegradability of polyethylene by Brevibacillus, Pseudomonas, and Rhodococcus spp.// New York Science Journal; 3(7). Р.95-98.
8. Veethahavya K.S., Rajath B.S., Noobia S., Kumar B. M. (2016) Biodegradation of Low Density Polyethylene in Aqueous Media//Procedia Environmental Sciences 35. Р.709 - 713.
9. Kong, H. G., Kim, H. H., Chung, J., Jun, J., Lee, S., Kim, H.-M., ... Ryu, C.-M. (2019). The Galleria mellonella Hologenome Supports Microbiota-Independent Metabolism of Long-Chain Hydrocarbon Beeswax. Cell Reports, 26(9), 2451-2464.e5. doi:10.1016/j.celrep.2019.02.018.
10. Weber C., Pusch S., Opatz T. (2017). Polyethylene bio-degradation by caterpillars// Current Biology 27, 7, Р. 731-745.
1748
