Деградация пиридина и его производных представителями родов Arthrobacter и Rhodococcus

Еще одним важным результатом является апробация возможности и использования протеомного анализа МАЛДИ для характеристики белковых профилей клеток Arthrobacter и Rhodococcus. Сравнение белковых спектров клеток, выращенных на среде с пиридином или органической среде, позволило сделать следующие выводы: 1) клетки артробактера и родококка, вне зависимости от условий их роста имеют в МАЛДИ-спектре пики, характеризующие их таксономическую принадлежность на уровне рода; 2) белковые спектры клеток одного и того же штамма различались в зависимости от источников питания; 3) белковые спектры клеток артробактера и родококка, выращенного на среде с пиридином, и имели один набор пиков, отсутствующих при росте на органической среде, и, по-видимому, принадлежащих белкам, вовлеченным в систему деградации пиридинов.

Выводы

1. Выделены и идентифицированы высокоэффективные штаммы бактерий-деструкторов пиридинов, обладающие более высокой деградативной активностью, чем их мировые аналоги, утилизирующие за короткий срок (24-36 ч) высокие концентрации (1,5-3,0 г/л) пиридина и его метил- и диметилпроизводных в качестве единственных источников углерода, азота и энергии. Штаммы рекомендованы для очистки от пиридиновых токсикантов промышленных сточных вод, а также с целью биоремидиации почв (Патент №4222352/31-13, 1993 г).

2. Катаболизм пиридиновых соединений выделенными штаммами идет через окисление гетероцикла. Первой стадией является гидроксилирование с образованием 2- и 3- гидроксипроизводных с превращением их в ди- и трипроизводные с последующим раскрытием цикла. Утилизация субстратов штаммом Аrthrobacter sp. КМ-4, сопровождается синтезом пигментов, интенсивность которого коррелирует с количеством вносимого субстрата.

3. При катаболизме пиридина Аrthrobacter sp. КМ-4 и Rhodococcus wratislaviensis KM-P, впервые выделены и идентифицированы продукты гидратации пиридина, 2-гидроксипиридина и 2,3-дигидроксипиридина, что позволяет сделать вывод о происхождении атома кислорода в гидроксильных группах у С-2 и С-3 из воды. Раскрытие пиридинового кольца на уровне дигидроксипиридинов происходит путем гидролиза по С-N связи с образованием кетокислот специфического строения.

4. Обнаружено, что при катаболизме 2-метилпиридина после раскрытия гидроксилированного кольца, и в орто- и в мета-положении, реализуются несколько путей: а) образование, пятичленных циклов - N-ацетилпиррола и N-формил-2-метилпиррола; б) разрыв кольца на уровне дигидрокси-2-метилпиридина; с образованием 4-оксопентановой кислоты; в) окисление дигидрокси-2-метилпиридина до тригидрокси-2-метилпиридина, который конденсируется с образованием пигмента азахиноновой природы.

5. Установлено, что продуктами конденсации 2,3-дигидрокси-4-метилпиридина и 2,3,6-тригидрокси-4-метилпиридина в процессе метаболизма 4-метилпиридина являются розовый и голубой пигменты, соответственно; структура голубого пигмента установлена. Раскрытие цикла у 4-метил- и 2,6-диметилпиридинов проходит только в мета-положении.

6. Обнаружено, что при катаболизме 2,4-диметилпиридина штаммом Rhodococcus erythropolis 2.4DMP, происходит как гидроксилирование кольца, так к окисление метильных групп 2,4-ДМП.

7. Оптимизированы условия хранения штамма Аrthrobacter sp. КМ-4, при которых после 20 лет хранения бактерий лиофилизированных в лошадиной сыворотке с 5% мезо-инозита количество жизнеспособных клеток и утилизирующая активность штаммов сохраняется на высоком уровне.

8. Проведен сравнительный анализ методом МАЛДИ белкового профиля клеток штаммов Arthrobacter sp. KM-4 и Rhodococcus wratislaviensis КМ-Р, развивающихся на среде с пиридином. Показаны наличие общих сигналов, отсутствующих при росте штаммов на богатых питательных средах без пиридина.

9. Иммобилизованные в альгнате кальция или суспензионные клетки Arthrobacter sp. KM-4 способны эффективно окислять пиридин, что можно рекомендовать для разработки биотехнологии очистки от пиридиновых токсикантов сточных вод и в целях биоремидиации почв.

штамм деструктор пиридин бактерия

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи в журналах, рекомендуемых ВАК РФ

1. Хасаева Ф.М., Воробьева Л.И., Модянова Л.В., Терентьев П.Б. Arthrobacter crystallopoietes KM-4 - штамм-деструктор метил- и диметилпиридинов. //Биотехнология. 2007. № 3. С.58-63.

2. Хасаева Ф.М., Воробьева Л.И., Модянова Л.В., Терентьев П.Б. Утилизация штаммом Arthrobacter crystallopoietes KM-4 метил- и диметилпиридинов. //Биотехнология. 2007. № 4. С.61-63.

3. Хасаева Ф.М., Воробьева Л.И., Модянова Л.В., Терентьев П.Б. Деструкция 2,6-метилпиридина штаммом Arthrobacter crystallopoietes KM-4. //Биотехнология. 2007. № 4. С.64-68

4. Хасаева Ф.М., Воробьева Л.И., Модянова Л.В., Терентьев П.Б. Деструкция 4-метилпиридина штаммом Arthrobacter crystallopoietes KM-4. //Биотехнология. 2007. № 6. С.50-54.

5. Хасаева Ф.М., Воробьева Л.И., Модянова Л.В., Терентьев П.Б.Биодеградация 2,4-диметилпиридина штаммом Rhodococcus sp. //Биотехнология. 2008. № 1 С.72-78.

6. Хасаева Ф.М., Терентьев П.Б. Изучение начальных путей катаболизма пиридина штаммом Arthrobacter sp. KM-4. //Вода: химия и экология. 2008. №4. С.35-40.

7. Хасаева Ф.М., Терентьев П.Б. Установление путей катаболизма пиридина штаммом Arthrobacter sp. KM-4. //Вода: химия и экология. 2008. №6. С.35-41.

8. Хасаева Ф.М., Колганова, Т.В., Турова Т.П. Утилизация 2,4-диметилпиридина штаммом Rhodococcus erythropolis 2.4DMP. //Биотехнология. 2008. №3. С.85-89.

9. Khasaeva F., Vasilyuk N., Terentyev P., Troshina M., Lebedev A. GC/MS Study of microbiological destruction of pyridine and its methyl derivatives. //Environmental Chemisrty Letters. 2010. (in press).

10. Хасаева Ф.М., Василюк Н.В., Лебедев А.Т., Колганова, Т.В., Турова Т.П. Штамм бактерий Rhodococcus wratislaviensis KM-Р - деструктор незамещенного пиридина. //Вода: химия и экология. 2010. №6. С.29-33.

11. Хасаева Ф.М. Изучение путей катаболизма незамещенного пиридина штаммом бактерий Rhodococcus wratislaviensis KM-Р. //Вода: химия и экология. 2011. №1.С.30-36.

12. Хасаева Ф.М., Василюк Н.В., Лебедев А.Т. Изучение путей катаболизма 2-метилпиридина штаммом бактерий Arthrobacter sр. КМ-2МР. Микробиология, 2010. (в печати).

Статьи в других журналах и сборниках

13. Хасаева Ф.М., Воробьева Л.И., Модянова Л.В., Терентьев П.Б., Бундель Ю.Г. Очистка окружающей среды от алкилпиридинов. //В кн. «Охрана окружающей среды», 1988. Братислава, ЧССР.

14. Хасаева Ф.М. Методы хранения штамма Arthrobacter crystallopoietes KM-4. //Сборник научных статей «Проблемы и перспективы повышения продуктивных и племенных качеств сельскохозяйственных животных» г. Нальчик, 2001. С. 21-24.

15. Хасаева Ф.М., Мирзоев Р.С., Хочуев И.Ю., Валехова М.А. Исследование токсичности бентонитовых глин, месторождения «Герпегеж» методом биотестирования. //Межвузовский сборник. Материалы Всероссийской научно-практической конференции. Проблемы и перспективные направления прикладной биологической науки в начале XXI века. Часть 2. Москва - Нальчик, 2003 г. С. 54-58

Патенты

Хасаева Ф.М., Воробьева Л.И., Довгилевич Е.В., Таптыкова С.Д., Модянова Л.В., Терентьев П.Б., Бундель Ю.Г. Штамм Arthrobacter crystallopoietes КМ-4, используемый для очистки сточных вод от 2,6-демитилпиридина, 2-метилпиридина и 4-метилпиридина. Патент на изобретение № 4222352/31-13. 1993 г.

Материалы научных конференций

16. Khasaeva F.M., Vorobyeva L.I., Modyanova L.V. Degradation of 2,4 - Iutidine by mixed culture of microorganisms. //Pros. 8 International biotechnology, Simposium, 17-22 july, 1988. Paris, Franse.

17. Khasaeva F.M., Vorobyeva L.I., Modyanova L.V., Taptykova S.D. Unique properties of new isolates of Arthrobacter. //3 Symposium of Europ. Grup of Actinomicetologists, 2-4 september, 1988, V.I, p. C.6. Budapest, Hyngary.

18. Khasaeva F.M., Sidyakina T.M., Modyanova L.V., Taptykova S.D. Juroival and biochemical activity of bacteria Arthrobacter crystallopoietes VKM Ac-1098 after freeze-drying and cryopreservation. //Abst. IV International Congress on Culture Collection, 28 October -5 November, 1988. Washington, USA.

19. Хасаева Ф.М., Базарова И.М.Агапова С.Р. Разработка биотехнологических методов детоксикации промышленных сточных вод. //Конференция молодых ученых «Человек в биосфере», 1988 г, C. 86. Москва.

20. Khasaeva F.M., Basarova I.V., Vorobyeva L.I., Terentyev P.B., Modyanova L.V. Degradation of 4-methylpyrdine by coryneform bacteria. Tifth international symposium on microbiology 27 august-1 septenber, 1989, Kyoto, Japan.

21. Хасаева Ф.М., Модянова Л.В., Базарова И.М., Терентьев П.Б. Микробиологический метод очистки промышленных сточных вод от пиридинов. //Труды VIII научно-технической конференции молодых ученых, 1989 г, Нальчик.

22. Хасаева Ф.М., Модянова Л.В.,Терентьев П.Б. Микробиологический метод детоксикации промышленных сточных вод от пиридиновых оснований. //Международный симпозиум по гидробиологии, 1990 г, Нальчик.

23. Хасаева Ф.М., Воробьева Л.И., Артеменко К.А., Терентьев П.Б., Лебедев А.Т. Характеристика микроорганизмов методом MALDI - TOF. //3-ий съезд ВМСО и всероссийская конференция с международным участием «Масс-спектрометрия и ее прикладные проблемы» 03-07 сентября 2007 г. Москва.

24. Хасаева Ф.М., Воробьева Л.И., Евтушенко Л.И. Выживаемость и деградирующая активность штаммов-деструкторов пиридиновых производных после 15-20 лет хранения. //Международная научная конференция «Микроорганизмы и биосфера» Москва, 19-20 ноября 2007 г.

25. Хасаева Ф.М., Терентьев П.Б., Лебедев А.Т., Трошина М.А. Аэробная детоксикация ксенобиотиков штаммом Arthrobacter sp. и Rhodococcus opacus. //Международная научно-практическая конференция БИОТЕХНОЛОГИЯ. Вода и пищевые продукты. Москва, 11-13 марта 2008 г.

26. Хасаева Ф.М., Трошина М.А., Терентьев П.Б., Лебедев А.Т. Штамм ARTHROBACTER SP. KM-4 - деструктор пиридина и алкилпиридинов. //Ломоносовские чтения. Москва, Апрель, 2008 г.

27. Воробьева Л.И., Воробьева Н.В., Хаджаев Е.Ю., Хасаева Ф.М. Пропионовокислые бактерии как пробиотики. //Международная конференция «Пробиотики, птебиотики и синбиотики». С-Питербург, май 2007г. С.59.

28. Khasaeva F., Terentyev P., Troshina M., Lebedev A. GC-MS Study of microbiological destruction of pyridine with its alkyl derivatives and MALDI characterization of the strain destructor. //56^th ASMS Conference on Mass Spectrometry, jule 1-5, 2008. Denver, USA.

29. Lebedev A., Khasaeva F., Vasilyuk N. Rhodococcus and Arhrobacter strains - new bacterial destructor of pyridine and alkylpyridines. //FEMS-2009, 28 june-03 jule 2009, Gotenburg, Sweden.

30. Lebedev A., Khasaeva F. Pyridine and alkylpyridines: biodegradation by microordanisms. //Conference on Mass Spectrometry, 30 august-03 september 2009. Bremen, Germany.

31. Василюк Н.В., Присяжная Н.В., Хасаева Ф.М. Видовое разнообразие актиномицетов рода Kribbella. //Всероссийская конференция «Экотоксикология», 26-30 октября 2009г. г. Пущино. Московская обл.

Размещено на Allbest.ru