CC BY
53
УДК 579.62
Сизенцов А.Н.
Оренбургский государственный университет Е-mail: [email protected]
СПОСОБНОСТЬ МИКРООРГАНИЗМОВ РОДА BACILLUS ВХОДЯЩИХ В СОСТАВ ПРОБИОТИЧЕСКИХ ПРЕПАРАТОВ К ИЗБИРАТЕЛЬНОЙ БИОАККУМУЛЯЦИИ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ
В УСЛОВИЯХ IN VITRO
В данной статье представлены результаты изучения избирательной биоаккумуляции тяжелых металлов пробиотическими штаммами микроорганизмов рода Bacillus. Полученные данные свидетельствуют о высоком уровне сорбции свинца, цинка и железа из питательных сред и незначительном накоплении магния, кобальта и кадмия.
Ключевые слова: пробиотики, Bacillus, тяжелые металлы, фазы роста, биоаккумуляция.
Некоторые тяжелые металлы обнаруживаются в организме в небольших концентрациях, так как необходимы для поддержания метаболизма. Однако при более высоких концентрациях они вызывают тяжелые нарушения в организме. Так, например свинец, попадая в организм человека, вызывает свинцовую интоксикацию нарушая при этом деятельность нервной системы.
Особенностью металлов по сравнению с другими элементами является тенденция к их биоаккумуляции. Известно, что способность концентрировать металлы, в том числе и тяжелые, очень широко распространена в природе среди различных организмов. Большой интерес вызывает изучение данной способности среди микроорганизмов, входящих в состав пробиотических препаратов, в частности у бактерий рода Bacillus, являющихся само-элеминирующимися антагонистами. Проби-отические препараты обладают такими свойствами, как ярко выраженная антагонистическая активность в отношении патогенных и условно-патогенных микроорганизмов, высокая ферментативная активность, иммуностимулирующее действие. Но помимо этого важным свойством является антитоксическое действие пробиотиков, проявляющееся в накоплении и активном выведении тяжелых металлов из организма. Из этого следует, что важным вопросом является оценить эффективность применения пробиотиков на основе рода Bacillus при отравлении тяжелыми металлами [1], [2], [3], [4].
Интерес к микроорганизмам рода Bacillus в отношении их способности к накоплению ионов тяжелых металлов возник в связи с данными,
которые были получены на кафедре микробиологии Университета Порт-Харкорт в Нигерии, где были проведены исследования по изучению аккумуляции бактерий тяжелых металлов (кадмия, свинца, цинка и никеля) тремя видами бактерий (Bacillus, Staphilococcus и Pseudomonas), которые использовались в качестве сорбентов тяжелых металлов в речной воде с целью их очистки. По результатам исследований доля накопления тяжелых металлов микроорганизмами B.subtilis, S. albus и Paeruginosa после 24 часов воздействия составила: никеля - до 68,6%, 58,4% и 28,3%; свинца - до 94,5%, 85,7% и 90,8%; цинка - до 91,6%, 68,1% и 52,9%; кадмия - до 71,6%, 72,1% и 77,0% соответственно. Таким образом, наилучшим сорбентом оказался род Bacillus [5].
В связи с этим целью нашего исследования является изучение способности бактерий рода Bacillus, входящих в состав пробиотических препаратов, к избирательному накоплению тяжелые металлы в условиях in vitro.
Материалы и методы
В работе использовались три пробиотических препарата: «Споробактерин жидкий», «Биоспорин» и «Бактисубтил». Основу выбранных препаратов составляют бактерии рода Bacillus. В качестве регулирующих факторов в работе использовались соли тяжелых металлов: FeSO4, ZnSO4, Pb(NO3)2, MnSO4, CoSO4, CdSO4. При выборе металлов исходили из того, что они являются наиболее распространенными загрязнителями окружающей среды и в повышенных концентрациях способны вызывать токсический эффект.
Для решения поставленной цели нами использовались следующие методы:
Микробиология и экология микроорганизмов
1. Метод выделения и идентификации чистой культуры. Использование данного метода было связано с тем, что препарат «Биоспорин» является бинарным и содержит в своей основе два штамма бактерий рода Bacillus (B.subtilis 534 и B.licheniformis).
2. Метод последовательных разведений был использован для определения минимальных подавляющих концентраций солей тяжелых металлов на рост бактерий рода Bacillus.
3. Фотоэлектроколорометрический метод. Для определения оптической плотности бактериальной суспензии с целью дальнейшего построения кривой роста в периодической культуре нами был использован фотоэлектроколо-риметр (ФЭК-КФК-2) [6].
4. Атомно-адсорбционный метод. Метод основан на свойстве атомов химических элементов, образующихся при распылении зольных растворов в пламя ацетилен-воздух, поглощать свет определенной длины волны. В качестве атомно-абсорбционного спектрофотометра использовался прибор типа AAS-1 (ГДР) с набором спектральных ламп [6].
Результаты и обсуждение
Особенностью микроорганизмов при взаимодействии с ионами металлов является не только способность к их аккумуляции, но и способность к избирательность при их накоплении.
Определение избирательности в накоплении микроорганизмов осуществлялось с помощью атомно-абсорбционного метода. С этой целью в среду для культивирования одновременно вносились все исследуемые металлы в рабочих концентрациях, а также в сроках культивирования. Время культивирования для данного эксперимента определялось путем изучения динамики роста исследуемых микроорганизмов в присутствии всех используемых металлов и установления времени наступления стационарной фазы роста.
Полученные данные свидетельствуют о том, что продолжительность лаг-фазы у исследуемых штаммов составляет примерно 3 часа. Длительность экспоненциальной фазы роста для B.cereus, B.subtilis 534 и B.subtilis 3 составляет 21 час, а для B.licheniformis - 24 часа культивирования. Наступления стационарной фазы роста для B.cereus, B.subtilis 534 и Bsubtilis 3 происхо-
дит через 24 часа культивирования, для ВЛсНет/огтк - 27 часов.
В результате, мы получили, что присутствие ионов анализируемых металлов не оказывает значительного влияния на динамику роста исследуемых штаммов, а данные по времени наступления и продолжительности фаз роста совпадают с данными, полученными в контрольных образцах.
В связи с этим, при определении избирательности в накоплении тяжелых металлов, количественное определение анализируемых металлов для В.сетет, В.тЫШ$ 534 и ВяиЫШз 3 осуществлялось через 24 часа, для В.Искет/оттк через 27 часов культивирования.
В результате проведенного эксперимента были получены данные, из которых следует, что в присутствии всех используемых нами металлов все исследуемые микроорганизмы избирательно аккумулируют ионы свинца. При этом степень накопления ионов железа и цинка ниже, чем у ионов свинца, но значительно выше, чем у ионов марганца, кобальта и кадмия.
Проведение расчета корреляционной зависимости показателей накопления ионов металлов для исследуемых микроорганизмов показала, что наблюдается разная степень их зависимости.
Так, расчет данного критерия для ВзиЫШз 534 показал, что наблюдается сильная положительная зависимость между показателями накопления ионов свинца, железа, цинка и кобальта, слабая положительная зависимость между показателями накопления кадмия с другими металлами и отрицательная зависимости между ионами марганца и других металлов. При этом положительная зависимость свидетельствует о том, что накопление одного металла ведет к накоплению другого, а отрицательная зависимость свидетельствует об обратном.
Схожая закономерность отмечается для штамма ВжЬИИз 3 и Б.сегет 1Р 5832. Исключение составляют показатели зависимости накопления ионов марганца с ионами других металлов, они характеризуются отрицательной зависимостью в отличии от данных показателей у ВяиЫШз 534. Также наблюдаются различия в показателях зависимости накопления ионов железа и кобальта (в случае В.сетет 1Р 5832) от других металлов, которые характеризуются обратной зависимостью.
Проблемы экологии Южного Урала
В случае B.licheniformis не наблюдается положительной зависимость между показателями накопления всех исследуемых металлов, а в случае показателей зависимости накопления ионов кобальта с другими металлами отмечается ее отсутствие.
Заключение
В ходе проведенного исследования было установлено, что всеми исследуемыми штаммами избирательно в высоких концентрациях аккумулируется свинец, железо и цинк и практически не аккумулируется кобальт, кадмий и марганец.
27.08.2013
Список литературы:
1. Савельева Т. А. Спорообразующие аэробные бактерии, используемые для получения пробиотиков [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.blagovesta.su. - 7.10.09.
2. Сизенцов А.Н. Применение пробиотических препаратов при интоксикации свинцом // Вестник ветеринарии. - 2012. Т. 63. №4. С. 147-148.
3. Сизенцов А.Н. Эффективность применения пробиотических препаратов при интоксикации цинком // Вестник ветеринарии. 2013. Т. 65. №2. С. 34-36.
4. Сизенцов, А. Н. Экологические аспекты аккумуляции свинца и цинка пробиотическими препаратами на основе бактерий рода Bacillus / А.Н. Сизенцов, А.И. Вишняков, А.Е. Новикова // Вестник ОГУ. - 2011. - №4, - С. 7-9.
5. Green-Ruiz, C. Mercury (II) removal from aqueous solutions by nonviable Bacillus sp. from a tropical estuary // Bioresource Technology. 2006. V. 97. №10. P. 1907-1911.
6. Сизенцов, А. Н. Влияние тяжелых металлов на рост пробиотических штаммов E. coli M-17, E. faecium, L. acidophilus, L. bulgaricus LB-51 и бактерий рода Bacillus в условиях in vitro / А.Н. Сизенцов, Э.М. Нугаманова, С.А. Пешков // Вестник ОГУ. - 2011. - №131, - С. 358-360.
Сведения об авторе: Сизенцов Алексей Николаевич, доцент кафедры микробиологии Оренбургского государственного университета, кандидат биологических наук, доцент 460018, г. Оренбург, пр-т Победы, 13, тел. (3532) 372481, е-mail: [email protected]
UDC 579.62 Sizentsov A.N.
Orenburg state university, e-mail: [email protected]
THE ABILITY OF MICROORGANISMS OF BACILLUS OF PROBIOTIC PREPARATIONS TO THE ELECTION OF BIOACCUMULATION OF HEAVY METALS IN VITRO
This article presents the results of a study of the selective bioaccumulation of heavy metals by probiotic strains of microorganisms of the genus Bacillus. The data indicate a high level of sorption of lead, zinc and iron from the culture media and a slight accumulation of magnesium, cobalt and cadmium. Key words: probiotics, Bacillus, heavy metals, growth phase, bioaccumulation.
Bibliography:
1. Savelieva, T.A. spore-forming aerobic bacteria, used to get probiotics [electronic resource]. Access mode: http:// www.blagovesta.su. -7.10.09.
2. Sizentsov, A. N. Application of probiotic preparations with lead intoxication//Journal of veterinary medicine. - 2012. -Vol. 63. - No. 4, - P. 147-148.
3. Sizentsov, A. N. Efficacy of probiotic preparations with zinc intoxication//Journal of veterinary medicine. - 2013. - Vol. 65. -No. 2, - P. 34-36
4. Sizentsov, A. N. Ecological aspects of accumulation of lead and zinc pro-biotic preparations on the basis of sort Bacillus bacteria / A.N Sizentsov, A.I.Vishnyakov, A.E.Novikova // Messenger of the Orenburg state university. - 2011. - No. 4, -P. 7-9.
5. Green-Ruiz, C. Mercury (II) removal from aqueous solutions by nonviable Bacillus sp. from a tropical estuary // Bioresource Technology. 2006. V. 97. №10. P. 1907-1911.
6. Sizentsov, A. N. Vliyaniye of heavy metals on growth of pro-biotic strains of E. coli M-17, E. faecium, L. acidophilus, L. bulgaricus LB-51 and sort Bacillus bacteria in the conditions of in vitro / A.N. Sizentsov, E.M.Nugamanova, S.A.Peshkov // Messenger of the Orenburg state university. - 2011. - No. 131, - P. 358-360.
