CC BY
1ТУРЛИ ХИЛ ПОЛИЭТИЛЕН ТУРЛАРИГА МИКРООРГАНИЗМЛАРНИНГ ТАЪСИРИНИ СКРИНИНГ
ЦИЛИШ
1 Алиев З.З, 2Назиров М.М, 3Халилов И.М, 4Сафаров Х.Ш, 5Бобокулов М.Ш,
6Халилова Ф.М
1,2,з,4,5у3рфд Микробиология институти, Тошкент, Узбекистан, 6Бухоро Давлат
Университети, Бухоро, Узбекистон https://doi.org/10.5281/zenodo.11224878
Аннотация. Pseudomanas putida, Pseudomonas aeruginosa, Rahnella aquatili, Enterobacter cloacae, Enterobacter ludwigii бактерия штаммларининг LPEM2 озуца мущтида +28° да устирилганда полиэтилен (LDPE, HDPE), полиэтилентерефталат (PET) ва поливинилпиролидон-PVP ларнинг биопарчаланиши натижасида културал суюцлигига органик моддалар %осил цилганлигини УБ спектрофотометр тахлилидан фойдаланилди. Културал суюцликда HDPE биодегридацияси урганилган штаммлар орасида 275 ва 450 нм тулцинузунликлари оралигида контролга нисбатан 13.99 баробарга энг куп органик бирикмалар %осил цилиши E.clоаcае штаммида цайд этилди. LDPE (0.4 цалинликдаги) парчаланиши урганилганда контролга нисбатан энг куп органик модда уосил цилиши E.cloacae штаммида 11.42 марта куп органик бирикмалар уосил цилганлиги кузатилди. PVP нинг биодегридацияси контролга нисбатан энг куп органик модда %осил цилиши E.ludwigii штаммида 20.82 марта куп эканлиги аницланди. Тадцицотлар натижаларига асосланибтанлаболинган бактериялардан E.cloacae штаммиHDPE, LDPE ва PET да %амда E.ludwigii штамми PVP да энг куп органик модда %осил цилиши текширилди.
Калит сузлар: полиэтилен, бактериялар, HDPE, LDPE, PET, PVP, LPEM озуца мущти, биодегридация, деполимеризация, УБ спектрофотометр.
Аннотация. УФ-спектрофотометр показал, что штаммы бактерий Pseudomanas putida, Pseudomonas aeruginosa, Rahnella aquatili, Enterobacter cloacae, Enterobacter ludwigii продуцируют органические вещества в культуральной жидкости в результате биодеградации полиэтилена (ПЭНП, ПЭВП), полиэтилентерефталата (ПЭТ) и поливинилпирролидона. Для анализа использовали -PVP при выращивании в питательной среде LPEM2 при +28°С. Среди изученных штаммов биодеградации ПЭВП в культуральной жидкости отмечено, что штамм E. cloacae продуцирует наибольшее количество органических соединений в 13,99 раза больше по сравнению с контролем в диапазоне длин волн 275 и 450 нм. При изучении разложения ПЭВП (толщина 0,4) было обнаружено, что штамм E. cloacae продуцирует в 11,42 раза больше органических соединений, чем контроль. Установлено, что биодеградация ПВПу штамма E.ludwigii в 20,82 раза выше по сравнению с контролем. По результатам исследований подтверждено, что штамм E. cloacae продуцирует наибольшее количество органических веществ в ПЭНД, ПЭВД и ПЭТ, а штамм E. ludwigii в ПВП.
Ключевые слова: полиэтилен, бактерии, НДПЭ, ПЭВД, ПЭТ, ПВП, питательная среда ЛПЭМ, биодеградация, деполимеризация, УФ-спектрофотометр.
Abstract. A UV spectrophotometer showed that bacterial strains Pseudomanas putida, Pseudomonas aeruginosa, Rahnella aquatili, Enterobacter cloacae, Enterobacter ludwigii
produce organic substances in the culture liquid as a result of the biodegradation ofpolyethylene (LDPE, HDPE), polyethylene terephthalate (PET) and polyvinylpyrrolidone. -PVP was used for analysis when grown in LPEM2 nutrient medium at +28°C. Among the studied strains of HDPE biodegradation in the culture liquid, it was noted that the E. cloacae strain produces the largest amount of organic compounds, 13.99 times more compared to the control in the wavelength range of275 and 450 nm. When studying the degradation of HDPE (0.4 thickness), the E. cloacae strain was found to produce 11.42 times more organic compounds than the control. It was found that the biodegradation of PVP in the E.ludwigii strain is 20.82 times higher compared to the control. According to the research results, it was confirmed that the E. cloacae strain produces the largest amount of organic substances in HDPE, LDPE and PET, and the E. ludwigii strain in PVP.
Keywords: polyethylene, bacteria, LDPE, LDPE, PET, PVP, LPEM nutrient medium, biodegradation, depolymerization, UV spectrophotometer.
Бугунги кунда атроф-мух,итда нефть-пластмасса чикиндиларининг тупланиши асосий глобал муаммодир, чунки бу материаллар табиий биодеградация жараёнларига чидамлидир. Уларнинг шахдр чикинди тизимларида куп микдорда тупланиши натижасида микро ва нано улчамдаги пластик зарралар энди куруклик ва сув экотизимларида йигилмокда [1].
2022-йилда синтетик пластмассаларнинг глобал ишлаб чикарилиши 400,3 миллион тоннага етди. Бу утган йилга нисбатан карийб 1,6 фоизга усиш демакдир [2]. Полиэтилентерефталат (ПЭТ), полиэтилен (ПЭ), полиуретан (ПУ), полистирол (ПС), полипропилен (ПП) ва поливинилхлорид (ПВХ) каби синтетик пластмассалар саноат ва маиший йуналишларнинг доирасида кенг кулланилиб келмокда [3].
Пластмассаларни микробиал ёки ферментатив воситалар билан деградацияси нефть-пластмасса чикиндиларини кайта ишлаш учун мономерларга деполимеризация килиш ёки уларни карбонат ангидрид, сув ва янги биомассага минераллаштириш, шу билан бирга юкори кийматли биомах,сулотлар ишлаб чикариш учун истикболли ишдир. ПЭ ни гидролизлашга кодир микроорганизмлар тупрокдан, денгиз сувидан, компостдан ва фаол лойдан ажратилган [4].
Abrusci ва бошкалар Bacillus spp. каби бактерия турлари, Fontanella ва бошкалар Rhodococcus spp. ни ва Rajandas ва бошкалар Pseudomonas spp. ни, Sahebnazar ва бошкалар Aspergillus ва Fusarium каби замбуруглар полимернинг углерод занжирларини биодеградацияга сезгир х,олга келтирадиган ультрабинафша (УВ) ёки Ammala ва бошкалар термик муолажалар каби дастлабки ишлов беришнинг баъзи шаклларидан сунг ПЭ ни деполимеризация килишлари курсатилган [5;6;7;8;9]. Montazer ва бошкалар Pseudomonas putida ИРН22, Acinetobacter pittii ИРН19, Micrococcus luteus ИРН20 каби ва Kyaw ва бошклар турли хил Pseudomonas, Pseudomonasa, Pseudomonasae ПАО1 ва Pseudomonas syringae, Yoon ва бошкалар Pseudomonas sp. E4 ни ва Peixoto ва бошкалар Comamonas, Delftia ва Stenotrophomonas авлодлари бактериал штаммлар ишлов берилмаган ПЭ нинг микробиал деградацияси хдкида хабар берилган [4;10;11;12].
Тажриба учун соф култура х,олатдаги Pseudomanas putida, Pseudomonas aeruginosa, Rahnella aquatili, Enterobacter cloacae, Enterobacter ludwigii штаммлари танлаб олинди. Ушбу штаммлар таъсирида LDPE, PET ва PVP булаклари биодеградацияси суюк LPEM2 (900 мл дистилланган сувга NH4NO3-1,0 г; MgSO4.7H20-0,7 г; (NH4)2SO4-1,0 г;
MgSO4.7H20-0,7 г; микроэлемент-1мл; (100 мл микроэлемент тайёрлаш учун NaCl-0,5 г; ZnSO4.7H2O -0,2 г; Fe EDDHA-0,2 г; CuS045H20-0,2 г; MnSO4.H2O -0,1 г.) кушилади. Фосфат буфери учун 100 мл дистилланган сувга KH2PO4 -0,7 г; K2HP04-0,7 г кушилади; pH-6,5) озика мух,итида (30 кун давомида +32°C, 180 rpm/тезликли тебратгичда ) амалга оширилди.
Тажриба учун паст зичликдаги полиэтилен (LDPE), полиэтилентерефталат (PET) ва поливинилпиролидон-PVP танлаб олинди ва улар маълум улчамда булакларга булиниб, электрон тарози ёрдамида огирлиги улчанди. Сунгра бу булаклар 70% ли этанолда стерилизация килиниб, ламинар боксда хдво окими билан куритилди. 250 мл LPEM2 озука мух,итига P. putida, P. aeruginosa, R aquatili, E. cloacae, E. ludwigii бактерия штаммлари экилди ва х,ар бир идишга биттадан пластик булаклари солиниб, +28°C 150 rpm да 30 кун давомида термотебратгичда инкубация килинди. 30 кундан сунг х,ар бирдан 50 мл суюклиги олиниб центрифуга (Allegra Х-30р centrifuge, 4700 rpm, 20 мин давомида) килинди. Супернатант 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.
Х,озирги кунда дунё микёсида турли хил полиэтиленлар ишлатилади. Уларнинг кимёвий таркиби ва калинлиги х,ам турлича. Ушбу тадкикотда HDPE, LDPE, PET ва PVP каби полиэтиленларнинг микроорганизлар томонидан парчаланилиши куриб чикилди.
УБ спектрофотометр натижаларидан олинган маълумотларни математик MathCAD дастурида х,исобланганда, агар контрол вариантда (бактериясиз озика мухитига солинган PE) PE парчаланишини 1 тенг деб х,исобласак, маълум бир тулкин узунликлардаги фоизлар контролга нисбатан неча баробар куп парчаланганлигини билдиради (1 -жадвал).
Жадвалда куриниб турибдики HDPE биодегридацияси кулланилган штаммлар орасида 275 ва 450 нм тулкин узунликлари оралигида контролга
1-жадвал
^улланилга н бактерия штамми Ютилиш чиз^и, l, нм
Органик модда нисбати 275-310 310-330 330-450
HDPE LDPE 0.4 HDPE LDPE 0.4 HDPE LDPE 0.4 HDPE LDPE 0.4
контрол 1 1 0,61 0,63 0,21 0,27 0,18 0,1
P.putida 5,47 2,94 3,34 1,85 1,15 0,79 0,98 0,29
P.aeruginosa 9,09 6,02 5,55 3,79 1,91 1,63 1,64 0,6
Rahnella sp 7,77 3,52 4,74 2,22 1,63 0,95 1,4 0,35
E.cloacae 13,99 11,42 8,54 7,2 2,94 3,08 2,52 1,14
E.ludwigii 8,45 9,58 5,16 6,04 1,78 2,59 1,52 0,96
Юкори занжирли полиэтилен (HDPE) хдмда куйи занжирли полиэтилен (LDPE 0.4) парчаланишининг УБ пектрофотометрия натижалари нисбатан энг юкори парчаланиш E.clоаcае штамми (13.99 баробар куп) эканлиги аникланди. P.aeruginosa ва E.ludwigii штаммлари эса мос равишда контролга нисбатан 9,09 ва 8.45 баробар куп органик бирикмалар х,осил килиб биопарчаланишни курсатди. P. putida штамми HDPE нинг биопарчалаши буйича контролга нисбатан 5.47 баробар куп органик модда х,осил килиши кузатилди.
Полиэтиленнинг бошка бир тури LDPE (0.4 калинликдаги) ни юкорида кулланилган штаммлар билан инкубация килиб парчаланиши урганилганда, контролга нисбатан энг куп органик модда х,осил килиши E.cloacae штаммида (11.42 баробар куп) эканлиги аникланди.
E. ludwigii штаммида контролга нисбатан 9.58 маротаба куп эканлиги урганилди (1-жадвал). Долган штаммларда 275 ва 450 нм тулкин узунлигида кам микдорда органик бирикма х,осил килганлиги кайд этилиб, бунда P.aeruginosa, Rahnella sp, ва P. putida штаммлари контролга нисбатан мос равишда 6.02; 3.52 ва 2.94 баробар куп фаолликни намоён этди.
Бир ой давомида PET нинг юкоридаги бешта штаммлар таъсирида парчаланиши тахлил килинди (2-жадвал). Бунда энг юкори парчаланиш E.cloacae штаммида назоратга нисбатан 18.17 баробар куп органик модда х,осил килгани кузатилди. Контролга солиштирганда энг кам органик модда х,осил килиши P. putida штаммида (5.09 моротаба куп) эканлиги аникланди.
2-жадвалдаги PVP биодегридацияси шуни курсатдики, бунда полиэтиленнинг бошка турларидан фарк килиб, контролга нисбатан энг куп органик модда х,осил килиши E.ludwigii штаммида (20.82 баробар куп) эканлиги кузатилди. E.cloacae, P.aeruginosa ва Rahnella sp. штаммларида мос равишда назоратга 18.81; 15.85 ва 9.15 баробар куп органик модда х,осил килганлиги аникланди.
2-жадвал
Полиэтилен терефталат (PET) ва поливинилпиролидон (PVP) парчаланишининг УБ спектрофотометрия натижалари
^уланилган бактерия штамми Ютилиш чизиги, l, нм
Органик модда нисбати 275-310 310-330 330-450
PET PVP PET PVP PET PVP PET PVP
Контрол 1 1 0,59 0,71 0,21 0,15 0,2 0,14
P.putida 5,09 1,2 3 0,85 1,07 0,76 1,02 0,71
P.aeruginos a 15,13 15,85 8,93 11,25 3,18 2,27 3,03 2,12
Rahnella sp 6,61 9,15 3,9 6,49 1,39 0,99 1,32 0,93
E.cloacae 18,17 18,81 10,72 13,35 3,82 2,73 3,63 2,54
E.ludwigii 15,79 20,82 9,31 14,78 3,32 2,37 3,16 2,21
Юкорида келтирилган полиэтиленнинг барча турлари ичида энг куп органик модда х,осил килиши E.ludwigii штамми PVP биодегридатсиясида назоратга нисбатан 20.82 маротаба куп органик модда х,осил килганлиги тадкик этилди. Полиэтиленнинг колган учта турида х,ам E.cloacae штамми бошка штаммларга караганда купрок органик модда х,осил килган. Полиэтиленнинг парчаланиши натижасида х,осил буладиган органик моддалар микдори назоратга нисбатан энг кам нисбат P. putida штаммида PVP парчаланиши (1.20 баробар куп) эканлиги кузатилди.
Тадкикот натижаларига асосланган холда контролга нисбатан энг юкори спектри, 295 нм тулкин узунлигида E.cloacae штаммида кайд этилди. Тулкин узунлиги ошган сари културал суюкликнинг оптик зичлиги камайганлигини куришимиз мумкин (1а-расм).
а б
1- расм. LDPE а)-0.2 да хамда б) HDPE (0,4 калинликда) да устирилган бактерия штаммларининг органик моддалар хосил килиши буйича УБ спектри.
Нисбатан калинрок булган полиэтилен HDPE 0.4 нинг бактериялар иштирокида парчаланиши урганилганда, бунда спектрофотометрнинг 295нм тулкдин узунлигида энг юкори УБ спектри E.cloacae штаммида эканлигини куришимиз мумкин. Бошка штаммларда хам назоратга нисбатан юкори спектрни хосил килди (1б-расм).
а б
2-расм. а) PET да хдмда б) PVP да устирилган бактерия штаммларининг органик моддалар хосил килиши буйича УБ спектри.
2а-расмда хам энг юкори спектр E.cloasae штаммида эканлиги аникланди. Юкорида келтирилган уч хил полиэтилен турларининг барчасида энг юкори спектр битта E.cloasae штаммга тугри келади. Бу штамм углерод манбаи сифатида факат полиэтилендан фойдаланилган озика мухитида устирилганда, културал суюкликка полиэтилен парчаланиш махсулотларини бошка штаммларга караганда купрок хосил килиши аникланди.
Полиэтиленнинг бошка тури PVP кулланилганда бошка турларидан фаркли уларок E.ludwigii штаммида энг юкори спектрни хосил килди. Ушбу тадкикот натижаларига асосланиб E.cloacae ва E.ludwigii штаммлари бошкаларига нисбатан олганда купрок полиэтиленни парчалаш хусусиятига эга деган хулосага келиш мумкин (2б-расм).
Хулоса. LDPE нинг биодеградацияси учун ишлатиладиган штаммлар орасида назоратга нисбатан 275 ва 450 нм тулкин узунлиги диапазонида энг катта ПЭ парчаланишида E. cloacae штаммида 13,99 марта, P. aeruginosa штаммида 9,09 марта ва E. ludwigii штамми 8 ,45 марта, шунингдек P. putida штамми 5,47 марта куп органик бирикмалар хосил булган. HDPE нинг (калинлиги 0,4 мм) парчаланишини урганаётганда энг куп органик моддаларни E. cloacae штаммлари - 11,42 марта, E. ludwigii штамми - 9,58
марта, P. aeruginosa, Rahnella sp ва P. putida штаммларида мос равишда назоратга нисбатан - 6,02; 3,52 ва 2,94 марта купрок органик бирикмалар х,осил килганлиги тахлил килинди. E. ludwigii штаммида PVP нинг биодеградацияси назоратга нисбатан 20,82 марта юкори эканлиги аникланди. E. cloacae, P. aeruginosa ва Rahnella sp. штаммларида эса PVP ни парчаланишидан х,осил булган органик бирикмалар микдори 18,81; 15,85 ва 9,15 мартани ташкил килди. Тадкикот натижаларига кура, HDPE, LDPE ва PET даги органик моддаларнинг энг катта микдори E. cloacae штамми томонидан, PVP ни парчаланишидан эса E. ludwigii штамми томонидан х,осил булиши кайд этилди.
REFERENCES
1. Alvarez-Hernândez, C., Cairos, C., Lopez-Darias, J., Mazzetti, E., HernândezSânchez, C., Gonzâlez-Sâlamo, J., et al. (2019). Microplastic debris in beaches of Tenerife (Canary Islands, Spain). Mar. Pollut. Bull. 146, 26-32. https://doi:10.1016/j.marpolbul.2019.05.064.
2. Annual production of plastics worldwide from 1950 to 2022/ https://www.statista.com/statistics/282732/global-production-of-plastics-since-1950/
3. Ahmed, T., Shahid, M., Azeem, F., Rasul, I., Shah, A. A., Noman, M., et al. (2018). Biodegradation of plastics: current scenario and future prospects for
4. environmental safety. Environ. Sci. Pollut. Res. Int. 25, 7287-7298. https://doi :10.1007/s11356-018-1234-9
5. Montazer, Z., Najafi, M.B.H., Levin, D.B., 2020. Challenges with verifying microbial degradation of polyethylene. Polymers (Basel, Switz.) 12 (1), 123. https://doi .org/10.3390/polym 12010123
6. Abrusci, C., Pablos, J. L., Marin, I., Espi, E., Corrales, T., and Catalina, F. (2013). Comparative effect of metal stearates as pro-oxidant additives on bacterial biodegradation of thermal- and photo-degraded low density polyethylene mulching films. Int. Biodeterior. Biodegrad. 83, 25-32. https://doi:10.1016/j.ibiod.2013.04.002.
7. Fontanella, S., Bonhomme, S., Koutny, M., Husarova, L., Brusso, J. M., Courdavault, J. P., et al. (2010). Comparison of the biodegradability of various polyethylene films containing pro-oxidant additives. Polym. Degrad. Stab. 95,1011-1021. https://doi:10.1016/j.polymdegradstab.2010.03.009.
8. Rajandas, H., Parimannan, S., Sathasivam, K., Ravichandran, M., and Yin, L. S. (2012). A novel FTIR-ATR spectros copy based technique for the estimation of low-density polyethylene biodegradation. Polym. Test. 31, 1094-1099. https://doi :10.1016/j.polymertesting.
9. Sahebnazar, Z., Shojaosadati, S. A., Mohammad-Taheri, M., and Nosrati, M. (2010). Biodegradation of low-density polyethylene (LDPE) by isolated fungi in solid waste medium. Waste Manage. 30, 396-401. https://doi:10.1016/j.wasman.2009.09.027
10. Ammala, A., Bateman, S., Deana, K., Petinakis, E., Sangwan, P., Wong, S., et al. (2011). An overview of degradable and biodegradable polyolefins. Prog. Polym. Sci. 36, 1015-1049. https://doi :10.1016/j.progpolymsci.2010.12.002.
11. Kyaw, B. M., Champakalakshmi, R., Sakharkar, M. K., Lim, C. S., and Sakharkar, K. R. (2012). Biodegradation of low density polythene (LDPE) by Pseudomonas species. Indian J. Microbiol. 52, 411-419. https://doi:10.1007/s12088-012-0250-6.
12. Yoon, M.G., Jeon, H.J., Kim, M.N., 2012. Biodegradation of polyethylene by a soil bacterium and alkB cloned recombinant cell. J. Biorem. Biodegrad. 3 (4), 145. https://doi.org/10.4172/2155-6199.1000145.
13. Peixoto, J., Silva, L. P., and Krüger, R. H. (2017). Brazilian Cerrado soil reveals an untapped microbial potential for unpretreated polyethylene biodegradation. J.Hazard. Mater. 324, 634644. https://doi:10.1016/j.jhazmat.2016.11.037.
