Деградація ксенобіотиків за допомогою мікроорганізмів

1.

Лекція 3
Деградація ксенобіотиків
за допомогою
мікроорганізмів

2. Доля ксенобіотика у навколишньому середовищі

Ксенобіотик
Біологічна
трансформація
Мінералізація
Накопичення
Полімеризація

3. Доля ксенобіотика у навколишньому середовищі

Зміни у хімічній структурі ксенобітика можуть
призвести до зниження біодеградабельності

4. Плазміди Pseudomonas, їхній розмір і сполуки, за руйнування яких відповідальні ферменти, що кодуються цими плазмідами

ПЛАЗМІДА
Сполука, що деградується
SAL
Саліцилат
Саліцилат
Саліцилат
Ксилол і толуол
2,4-дихлорфеноксіоцтова кислота
2,4-дихлорфеноксіоцтова кислота
2,4-дихлорфеноксіоцтова кислота
Камфора
Ксилол
3,5-дихлорбензоат
3-хлорбензоат
Ксилол і толуол
Нафталін
Ксилол і толуол
SAL
SAL
TOL
pJPl
pJP2
pjP3
САМ
XYL
Рас31
рас25
pWWO
NAH
XYL-K
Розмір плазміди,
т.п.н.
60
72
83
113
87
54
78
225
15
108
102
176
69
135

5.

Бактерії, що
руйнують
негалогеновані
ароматичні
з'єднання, як
правило,
перетворюють їх у
катехол (рис) чи
прото-катехоат :

6. Метаболічні шляхи біодеградації ксенобиотиків, створені методами генної інженерії

Деякі мікроорганізми мають природну здатність до деградації
різних ксенобіотиків, однак варто мати на увазі, що:
жоден з них не може руйнувати всі органічні сполуки;
деякі органічні сполуки у високій концентрації пригнічують
функціонування чи ріст деградуючих їх мікроорганізмів;
більшість джерел забруднення містить суміш хімікатів, і
мікроорганізм, здатний руйнувати один чи декілька її
компонентів, може інактивуватися іншими компонентами;
багато неполярних з'єднань адсорбуються частками ґрунту
і стають менш доступними;
біодеградация органічних сполук часто відбувається досить
повільно.

7.

На початку 1970 років лабораторія Герберта Бойера з
Каліфорнійського університету у місті Сан-Франциско
виділила фермент, здатний розрізати ДНК в
специфічних положеннях (рестриктазу). В цей же час
лабораторія Стенлі Коена в Стенфорді розробила
метод для вбудови невеличкої циклічної частини ДНК,
що була названа “плазміда”, в бактерію, яка
запрацювала як діюча ксерокопіювальна машина,
відтворюючи гени кожного разу, коли мікроб ділився.
Доповіді про ці результати були зроблені у 1972 р. на
конференції на Гаваях, і результатом цього стала
спільна робота по об’єднанню методів у єдину
технологію. Через декілька місяців об’єднана
лабораторія мала технологію “клонування” генів, яка
стала серцем засобів розшифровки структури ДНК,
генетичної інженерії та, зрозуміло, біотехнології

8.

КЛОНУВАННЯ РЕКОМБІНАНТНОЇ ДНК

9.

Герберт Бойєр
1936
2001 г., Сан-Франциско,
25-а річниця фірми Genentech
Роберт Свенсон
1922
В 1980 р. Г. Бойєр і Р. Коен одержали перший
патент. Патенти принесли більше ніж 250 млн.
доларів роялті своїм власникам, перш ніж
закінчився строк їх дії у 1997 р.

10.

Створення бактеріального штаму, здатного руйнувати камфору,
октан, ксилол і нафталін.

11. Використання іммобілізованих клітин мікроорганізмів

Клітинна іммобілізація –
це процес, при якому
клітини
прикріплюються до
будь-якої поверхні
так, щоб їх
гідродинамічні
характеристики
відрізнялися від
характеристик
навколишнього
середовища.
Типи іммобілізації клітин:
а - прикріплення; б – залучення;
в – включення; г - агрегація

12. Переваги використання іммобілізованих клітин:

Можливість легкої організації
безперервного процесу;
Збільшення загальної продуктивності;
Легке розділення клітин і рідини;
Можливість повторного використання
клітин;
Посилення масообміну між газовою та
рідинною фазами;
Можливість роботи в режимі ідеального
витиснення.

13. МЕТОДИ КЛІТИННОЇ ІММОБІЛІЗАЦІЇ

ПРИКРІПЛЕННЯ - клітини будь-яким способом
прикріплюються до поверхні або твердого носія.
Може бути адгезивним або хімічно індукованим.
ЗАЛУЧЕННЯ - клітини поміщають усередину
різних простих матеріалів, як приготовлених
заздалегідь, так сформованих in situ навколо
клітин.
ВКЛЮЧЕННЯ - сутність полягає в іммобілізації
шляхом включення клітин у заздалегідь
підготовлену або утворену оболонку.
АГРЕГАЦІЯ - клітини іммобілізують шляхом
флокуляції з утворенням великих агрегатів.

14. ТИПИ РЕАКТОРІВ З ІММОБІЛІЗОВАНИМИ КЛІТИНАМИ

Рис. Типи реакторів з
іммобілізованими клітинами:
а - краплинний біофільтр;
б - кошиковий реактор;
в - реактор з нерухомим шаром;
г - пластинчастий реактор;
д - реактор з обертовими дисками;
е -реактор з псевдорозрідженим
шаром;
ж - реактор із циркуляцією шару
носія;
з - струминний реактор;
1 - насадка із частками близьких
розмірів;
2 - насадка із частками різних
розмірів;
3, 5 - утримуючі пластини;
4, 6 - розподільники повітря