Биотрансформация ксенобиотиков - Биология и естествознание реферат

Главная

Биология и естествознание
Биотрансформация ксенобиотиков

Локализация процессов биотрансформации. Биодоступность органических ксенобиотиков. Микроорганизмы-деструкторы химических загрязнений в условиях смешанного загрязнения почв. Галотолерантные бактерии-деструкторы полициклических ароматических углеводородов.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Стремительные темпы развития промышленного производства, химизация народного хозяйства ведут к появлению во внешней среде большого количества разнообразных химических соединений, постоянно загрязняющих биосферу и пагубно влияющих на живую природу.
В силу различных причин многие химические вещества, поступающие в организм и ранее не встречающиеся в нем, получили название чужеродных или ксенобиотиков (от греческих слов xenos - чужой, biotos- жизнь). К таким веществам относятся синтетические и природные лекарственные препараты, пестициды, промышленные яды,отходы производств, пищевые добавки, косметические средства и прочие.
Актуальность проблем, рассматриваемых в ксенобиологии все возрастает. Это обусловлено тем, что ежегодно на Земле синтезируются десятки тысяч новых соединений. Ряд из них вовлекаются в круговорот веществ в природе. Чем шире масштабы производства химических соединений, тем больше влияние они оказывают на биологические процессы в почве, водоемах и на суше, тем сильнее проявляются побочные и отдаленные последствия их действия на живые системы.
Воздействие ксенобиотиков на живой мир, и на человека в частности происходит, в самых различных комбинациях этих соединений не только друг с другом, но и с фактором окружающей среды. Поэтому многие из ксенобиотиков, вошедших в сегодняшнюю практику могут являться носителями опасного биологического действия.
Биотрансформация органических ксенобиотиков
Многие ксенобиотики, попав в организм, подвергаются биотрансформации и выделяются в виде метаболитов. В основе биотрансформации по большей части лежат энзиматические преобразования молекул. Биологический смысл явления - превращение химического вещества в форму, удобную для выведения из организма, и тем самым, сокращение времени его действия.
Метаболизм ксенобиотиков проходит в две фазы (рисунок 1).
Рисунок 1. Фазы метаболизма чужеродных соединений
В ходе первой фазы окислительно-восстановительного или гидролитического превращения молекула вещества обогащается полярными функциональными группами, что делает ее реакционно-способной и более растворимой в воде. Во второй фазе проходят синтетические процессы конъюгации промежуточных продуктов метаболизма с эндогенными молекулами, в результате чего образуются полярные соединения, которые выводятся из организма с помощью специальных механизмов экскреции.
Разнообразие каталитических свойств энзимов биотрансформации и их низкая субстратная специфичность позволяет организму метаболизировать вещества самого разного строения. Вместе с тем, у животных разных видов и человека метаболизм ксенобиотиков проходит далеко не одинаково, поскольку энзимы, участвующие в превращениях чужеродных веществ, часто видоспецифичны.
Следствием химической модификации молекулы ксенобиотика могут стать:
3. Изменение характера токсического действия;
4. Инициация токсического процесса.
Метаболизм многих ксенобиотиков сопровождается образованием продуктов существенно уступающих по токсичности исходным веществам. Так, роданиды, образующиеся в процессе биопревращения цианидов, в несколько сот раз менее токсичны, чем исходные ксенобиотики. Гидролитическое отщепление от молекул зарина, зомана, диизопропилфторфосфата иона фтора, приводит к утрате этими веществами способности угнетать активность ацетилхолинэстеразы и существенному понижению их токсичности. Процесс утраты токсикантом токсичности в результате биотрансформации обозначается как "метаболическая детоксикация". В процессе метаболизма других веществ образуются более токсичные соединения. Примером такого рода превращений является, в частности, образование в организме фторуксусной кислоты при интоксикации фторэтанолом.
В ряде случаев в ходе биотрансформации ксенобиотиков образуются вещества, способные совершенно иначе действовать на организм, чем исходные агенты. Так, некоторые спирты (этиленгликоль), действуя целой молекулой, вызывают седативно-гипнотический эффект (опьянение, наркоз). В ходе их биопревращения образуются соответствующие альдегиды и органические кислоты (щавелевая кислота), способные повреждать паренхиматозные органы и, в частности, почки. Многие низкомолекулярные вещества, являющиеся факультативными аллергенами, подвергаются в организме метаболическим превращениям с образованием реакционноспособных промежуточных продуктов. Так, соединения, содержащие в молекуле амино- или нитрогруппу в ходе метаболизма превращаются в гидроксиламины, активно взаимодействующие с протеинами крови и тканей, формируя полные антигены. При повторном поступлении таких веществ в организм помимо специфического действия развиваются аллергические реакции.
Порой сам процесс метаболизма ксенобиотика является пусковым звеном в развитии интоксикации. Например, в ходе биологического окисления ароматических углеводородов инициируются свободно-радикальные процессы в клетках, образуются ареноксиды, формирующие ковалентные связи с нуклеофильными структурами клеток (белками, сульфгидрильными группами, нуклеиновыми кислотами и т.д), активирующие перекисное окисление липидов биологических мембран (рисунок 2). В итоге инициируется мутагенное, канцерогенное, цитотоксическое действие токсикантов.
Аналогично ареноксидам на клетки действуют N-оксиды, нитрозамины, гидроксиламины, также являющиеся канцерогенами и мутагенами. В опытах на собаках установлена прямая зависимость между канцерогенной активностью (рак мочевого пузыря) и концентрацией в моче продуктов N-окисления веществ в ряду: 1-нафтиламин, 2-нафтиламин, 4-аминодифенил. По такому же механизму действуют на организм галогенированный бензол, нафтанол и многие другие ксенобиотики. Процесс образования токсичных продуктов метаболизма называется "токсификация", а продукты биотрансформации, обладающие высокой токсичностью - токсичными метаболитами. Во многих случаях токсичный метаболит является не стабильным продуктом, подвергающимся дальнейшим превращениям. В этом случае он также называется промежуточным или реактивным метаболитом. Реактивные метаболиты это как раз те вещества, которые часто и вызывают повреждение биосистем на молекулярном уровне. Общим свойством практически всех реактивных метаболитов является их электродефицитное состояние, т.е. высокая электрофильность. Эти вещества вступают во взаимодействие с богатыми электронами (нуклеофильными) молекулами, повреждая их. К числу последних относятся макромолекулы клеток, в структуру которых входят в большом количестве атомы кислорода, азота, серы. Это, прежде всего, белки и нуклеиновые кислоты. Реактивные метаболиты либо присоединяются к нуклеофильным молекулам, образуя с ними ковалентные связи, либо вызывают их окисление. В обоих случаях структура макромолекул нарушается, следовательно, нарушаются и их функции.
Биоактивация далеко не всегда сопровождается повреждением биосубстрата, поскольку одновременно в организме протекают процессы детоксикации и репарации. Интенсивность этих процессов может быть достаточной для компенсации ущерба, связанного с образованием реактивных метаболитов. Тем не менее при введении высоких доз токсиканта, повторном воздействии защитные механизмы могут оказаться несостоятельными, что и приведет к развитию токсического процесса.
Концепция l и ll фазы метаболизма ксенобиотиков
l фаза метаболизма в широком смысле может быть определена, как этап биотрансформации, в ходе которого к молекуле соединения либо присоединяются полярные функциональные группы, либо осуществляется экспрессия таких групп, находящихся в субстрате в скрытой форме. Это достигается либо путем окисления или (значительно реже) восстановления молекул с помощью оксидо-редуктаз, либо путем их гидролиза эстеразами и амидазами.
Фаза ll - этап биологической конъюгации промежуточных продуктов метаболизма с эндогенными молекулами, такими как глутатион, глюкуроновая кислота, сульфат и т.д. Специфические системы транспорта конъюгированных дериватов обеспечивают их выведение из организма. В ходе биопревращений липофильный и, следовательно, трудновыводимый ксенобиотик становиться гидрофильным продуктом, что обусловливает возможность его быстрой экскреции.
Классическим примером биотрансформации ксенобиотиков является метаболизм бензола в организме (рисунок 2)
В ходе l фазы метаболизма обеспечивается превращение жирорастворимого субстрата в полярный продукт путем включения в молекулу гидроксильной группы. В ходе ll фазы образовавшийся фенол взаимодействует с эндогенным сульфатом, в результате полярность образующегося продукта еще более возрастает. Фенилсульфат прекрасно растворяется в воде и легко выделяется из организма.
Локализация процессов биотрансформации
Основным органом метаболизма ксенобиотиков в организме человека и млекопитающих является печень, главным образом благодаря разнообразию и высокой активности здесь ферментов биотрансформации. Кроме того, портальная система обеспечивает прохождение всех веществ, поступивших в желудочно-кишечный тракт, именно через печень, до того, как они проникнут в общий кровоток. Это также определяет функциональное предназначение органа. Тончайшая сеть печеночных капилляров, огромная площадь контакта между кровью и поверхностью гепатоцитов, обеспечивающаяся микроворсинками базальной поверхности печеночных клеток, обусловливают высокую эффективность печеночной элиминации токсиканта на клеточном уровне.
Рисунок 3. Локализация этапов метаболических превращений ксенобиотиков в организме
Продукты l фазы метаболизма поступают в общий кровоток и могут оказывать действие на органы и системы. Печень выбрасывает в кровь и продукты ll фазы метаболизма. Из крови продукты превращения могут захватываться почками, легкими, другими органами, повторно печенью для экскреции с желчью. С желчью метаболиты поступают в кишечник, где частично реабсорбируются и повторно поступать в печень (цикл печеночной рециркуляции).
Несмотря на доминирующую роль печени в метаболизме ксенобиотиков, другие органы также принимают участие в этом процессе. Почки и легкие содержат энзимы и l и ll фаз метаболизма. Особенно велика роль почек, поскольку в этом органе имеется специфическая система захвата и катаболизма продуктов конъюгации, образующихся в печени. Активность других органов, таких как кишечник, селезенка, мышечная ткань, плацента, мозг, кровь - значительно ниже, однако наличие энзимов, катализирующих процессы биотрансформации, при отравлении токсифицирующимися ксенобиотиками, имеет ключевое значение в развитии патологических процессов в этих органах. В процессе внепеченочного метаболизма могут образовываться продукты, как аналогичные продуктам печеночного происхождения, так и отличные от них. Иногда в ходе внепеченочного метаболизма может осуществляться активация метаболитов, образующихся в печени.
Энзимы, участвующие в метаболизме ксенобиотиков, локализованы в основном внутриклеточно. Небольшое их количество определяется в растворимой фракции циотозоля, митохондриях, большинство же связаны с гладким эндоплазматическим ретикулумом. Методом ультрацентрфугирования гладкий эндоплазматический ретикулум выделяется из исследуемых клеток в виде фрагментов мембранных структур, называемых микросомами. Поэтому основная группа ферментов, участвующих в метаболизме ксенобиотиков, получила название "микросомальные энзимы".
Разнообразие чужеродных химических веществ, способных подвергаться в организме метаболическим превращениям, является следствием многообразия энзимов, участвующих в l фазе биотрансформации и их низкой субстратной специфичности. Многие из энзимов существуют в нескольких формах (изоферменты), различающихся по своим физико-химическим свойствам (молекулярная масса, электрофоретическая подвижность, абсорбцией света с разними длинами волн), отношению к индукторам и ингибиторам (см. ниже) и активностью в отношении субстратов различного строения.
Энзимы рассматриваемой группы, цитохромР-450 зависимые оксидазы (Р-450), как правило, обладают низкой субстратной специфичностью, вызывая превращения веществ самого разного строения, и потому часто называются оксидазами смешенной функции (ОСФ). Р-450 относятся к группе гемопротеинов типа цитохромов b - пигментов, активно связывающих монооксид углерода. Название "цитохромР-450" энзимы получили в силу того, что максимум поглощения света пигментом, связанным с СО, осуществляется при длине волны 450 нм.
Р-450 представляют собой семейство энзимов, локализующихся в эндоплазматическом ретикулуме, которые могут быть разделены с помощью иммунологических и иных методов на несколько подсемейств. Отдельные ткани содержат несколько различных изоформ Р-450. Встречаются тканеспецифичные формы энзимов. Изоферменты Р-450 часто проявляют перекрестную субстратную специфичность, таким образом, как правило, более чем один изофермент принимает участие в метаболизме ксенобиотика. Наличие специфических форм энзимов обусловлено генетическими механизмами, а повышение содержания в тканях различных изоферментов индуцируется действием на организм различных ксенобиотиков: лекарств, ядов, экотоксикантов. Р-450 подвержены не только активации, но и инактивации, как исходными ксенобиотиками, так и их реактивными метаболитами.
Реакции микросомального окисления, протекающие при участии Р-450, как правило, зависят от содержания O 2 и НАДФН в среде. Молекулярный кислород активируется цитохромомР-450 (или другими цитохормами, например, Р-448). Активация осуществляется с помощью НАДФН при участии флавин-содержащего энзима НАДФН-цитохромР-450 редуктазы. Поскольку донором электронов в превращениях субстратов, катализируемых этими энзимами, является НАДФН.
ЦитохромР-450, НАДФН-цитохромР-450 редуктаза и фосфолипиды биологических мембран, в которые встроены оба энзима, образуют микросомальный монооксигеназный комплекс. Несмотря на то, что энзимы комплекса связаны с биологическими мембранами, их свойства могут быть изучены in vitro.
Установлены основные закономерности протекания ферментативных процессов с участием микросомального монооксигеназного комплекса (рисунок 5).
Рисунок 5. Упрощенная схема превращения субстрата при участии Р 450
Как видно из рисунка на начальном этапе ксенобиотик (S) вступает во взаимодействие с окисленной формой цитохромаР-450. Затем к этому комплексу с помощью НАДФН-зависимой цитохромР-450 редуктазы присоединяется электрон, донором которого является восстановленный НАДФН. После этого комплекс взаимодействует с кислородом. После взаимодействия со вторым электроном (донор - НАДФН) происходит активация связанного с цитохромом кислорода, который приобретает способность связывать протоны и образовывать воду. Образовавшаяся при этом форма цитохромаР-450 гидроксилирует субстрат.
Метаболизируемое вещество не связывается непосредственно с геминовой группой цитохромаР-450. Оно присоединяется к белковой части цитохрома. Процесс превращения ксенобиотиков чувствителен к СО, поскольку это вещество вытесняет кислород из связи с железом геминовой группы цитохромаР-450. Некоторые оксидазы резистентны к СО (образование N-оксидов). Поскольку Р-450 - гемопротеины, их активность отчасти регулируется процессами синтеза гема, т.е. связана с метаболизмом железа. Нарушение метаболизма, голодание, понижение соотношения НАДФН/НАДФ + могут приводить к снижению активности Р-450.
Реакции, катализируемые цитохромомР-450.
Окисление ксенобиотиков при участии Р-450 - основной механизм их биотрансформации в l фазе метаболизма. Р-450 катализирует окисление практически всех классов органических молекул. Субстратом для энзимов являются и простые молекулы типа хлороформа и стероиды и сложные гетероциклические соединения, например антибиотик циклоспорин. Р-450 могут катализировать не только окисление, но и восстановление некоторых биосубстратов, например четыреххлористого углерода, галотана, некоторых других галогенированных углеводородов с образованием свободных радикалов. Такое необычное превращение реализуется в условия пониженного парциального давления кислорода в тканях.
Эпоксидирование и гидроксилирование ароматических соединений
Метаболизм полициклических и ароматических углеводородов сопровождается образованием реакционно-способных промежуточных продуктов метаболизма, в частности ареноксидов, способных вызывать некроз клеток и являющихся канцерогенами.
биотрансформация ксенобиотик микроорганизм
Эпоксид, возникающий в процессе метаболизма, может подвергаться неэнзиматическому гидролизу с образованием нафтанола, либо, взаимодействуя с эпоксидгидролазой, превращаться в дигидродиол, а также образовывать конъюгаты с глутатионом, которые выделяются из организма в виде производных меркаптуровой кислоты.
Эпоксидирование алифатических и алициклических соединений.
Многие алифитические и алициклические соединения, содержащие в молекуле непредельные связи метаболизируют с образованием чрезвычайно стабильных эпоксидов (превращение алдрина в диалдрин). Это же превращение лежит в основе образования канцерогенных продуктов метаболизма афлатоксинов:
Превращению могут подвергаться такие вещества, как анилин и его производные, ацетаминофлюорен и др. В результате окисления атома азота могут образовываться гидроксиламины, оксимы и N-оксиды
Оксимы образуются в процессе гидроксилирования иминов или первичных аминов
Десульфурирование и расщепление эфиров
Фосфоротиоаты (1) и фосфородитиоаты (2), являющиеся представителями большой группы инсектицидов, приобретают способность угнетать активность ацетилхолинэстеразы (за счет этого реализуется их биологическая активность) в результате ферментативного преобразования соединений
Процесс разрушения эфирных связей при атоме фосфора ФОС также во многом обусловлен действием Р-450, хотя процесс может идти и при участии гидролитических энзимов.
Классическим примером превращения данного типа является О деалкилирование р-нитроанизола. Поскольку продукт превращения легко определяется, реакцию нередко используют для оценки активности Р-450.
При участии цитохромаР-450 и других монооксигеназ происходит окисление тиоэфирных связей, в молекулах таких ксенобиотиков как хлорпромазин, альдикарб, метиокарб и др. Этот вид превращения характерен также для метаболизма сернистого иприта
Установлено, что при этом токсичность вещества возрастает (сульфон иприта токсичнее исходного вещества).
Помимо микросом, энзимы, участвующие в окислении ксенобиотиков, выявляются также в митохондриях и растворимой фазе цитозоля. Процесс дегидрирования ксенобиотиков проходит в организме чаще в форме гидроксилирования. Среди прочих веществ такому превращению подвергаются многочисленные спирты и альдегиды при участии алкоголь- и альдегиддегидрогеназ. Благодаря высокой активности этих энзимов, печень - основной орган метаболизма спиртов. Энзимы идентифицированы также в почках и легких. НАД-зависимая алкогольдегидрогеназа печени обладает невысокой субстратной специфичностью. Так, под влиянием этого энзима метаболизируют не только первичные и вторичные алифатические спирты, но и ароматические спирты, а также такие соединения, как р-нитробензиловый спирт и т.д. В результате окисления образуются соответствующие альдегиды:
В тканях человека и других млекопитающих содержатся ферменты, восстанавливающие молекулы некоторых ксенобиотиков. К их числу относятся, в частности, нитрозоредуктазы (превращают группы NO 2 - в NH 2 -), нитроредуктазы (восстанавливают нитраты до нитритов), азоредуктазы (активируют восстановительное расщепление азогрупп с образованием первичных аминогрупп), дегалогеназы (контролируют восстановительное дегалогенирование таких веществ как гексахлоран, ДДТ и др.).
Вторая фаза метаболизма. Конъюгация
Превращение молекул в первой фазе биотрансформации усиливает их полярность, уменьшает способность растворяться в липидах. Уже только благодаря этому целый ряд чужеродных соединений лучше выделяется с мочой. Эффект еще более усиливается, когда к образовавшимся в ходе 1 фазы метаболизма продуктам присоединяются такие эндогенные вещества, как ацетат, сульфат, глюкуроновая кислота, глутатион и т.д. Как и энзимы l фазы метаболизма ксенобиотиков, энзимы ll фазы обладают слабой субстратной специфичностью и участвуют в превращениях большой группы химических веществ.
Аминогруппы ароматических соединений часто подвергаются ацетилированию. Уксусная кислота переносится на аминогруппу в форме ацетил-КоА с помощью соответствующих трансфераз, в частности - ацетил-КоА:амин-N-ацетилтрансферазы. Ацетилированию могут подвергаться ариламингруппы, сульфамидные группы, алифатические амины, группы гидразина. У людей выражены генетически обусловленные различия в способности к реакции N-ацетилирования. Замедленное ацетилирование отмечается у гомозиготных по рецессивному аллелю индивидов. Высокая активность ацетилирования отмечается у гетерозиготных индивидов или людей, гомозиготных по доминантному аллелю.
Конъюгация с глюкуроновой кислотой.
Глюкуроновая кислота имеет большое значение в механизме биотрансформации ксенобиотиков.

Она активно присоединяется к молекулам алифатических и ароматических спиртов, органических кислот, серосодаржащих соединений. Процесс конъюгации приводит к образованию эфиров глюкуроновой кислоты - глюкуронидов. В реакцию конъюгации глюкуроновая кислота вступает в активной форме уридиндифосфоглюкуроновой кислоты (УДФГК) и переносится на молекулу-акцептор с помощью соответствующей трансферазы: УДФ-глюкуронозилтрансферазы (УДФ-ГТ). Энзим идентифицирован в микросомальной фракции клеток печени, почек, других органов. УДФГК образуется в процессе взаимодействия глюкозо-1-фосфата с уридинтрифосфорной кислотой (УТФ) в растворимой фракции цитозоля клеток. УДФ-ГТ индуцируется при поступлении в организм таких веществ, как фенобарбитал, ПАУ, диоксины, полигалогенированные бифенилы. С помощью конъюгации с глюкуроновой кислотой метаболизируют и некоторые эндогенные вещества, например стероиды и билирубин.
В кишечнике под влиянием глюкуронидазы, энзима кишечной микрофлоры, глюкурониды могут расщепляться с образованием веществ, способных к реабсорбции и обратному поступлению в кровь (явление кишечно-печеночной циркуляции ксенобиотика).
Факторы, влияющие на биотрансформацию ксенобиотиков
Чужеродные соединения, обычно метаболизируются несколькими различными путями, образуя множество метаболитов. Скорость, с которой протекает каждая из этих реакций и их относительная важность зависят от многих факторов в результате чего происходят изменения в картине метаболизма и возникают различия в токсичности. Эти факторы по своему происхождению могут быть генетическими, физиологическими или связанными с условиями окружающей среды.
К генетическим факторам относятся видовые различия и различия внутри одного вида.
К физиологическим факторам, которые влияют на метаболизм, относятся возраст, пол, состояние питания, заболевания и т. д. К факторам окружающей среды можно отнести стресс из-за неблагоприятных условий, облучение ионизирующий радиацией, свет , ОВП и т. д., наличие других ксенобиотиков, а также большое влияние на процессы (скорость) метаболизации природа (структура) самих ксенобиотиков.
Результат воздействия ксенобиотика на живой организм определяется свойствами ксенобиотика, организма, биоценоза и биотопа и обусловлен биодоступностью соединения. Под биодоступностью понимают способность различных соединений подвергаться биотрансформации. Биодоступность определяется генетическими свойствами организмов, осуществляющих трансформацию поступающих в организм веществ, условиями окружающей среды, влияющими на скорость переноса соединений в организмы и клетки, токсичностью соединений для организма-мишени и их концетрации в окружающей среде. В зависимости от времени полураспада химические соединения классифицируют на легко доступные (от 1 до 7 сут), умеренно доступные (от 7 сут до 4 недель), трудно доступные (от6 мес до 1 года).
Ключевой фактор в биодоступности ксенобиотика - его способность вступать в реакции подготовительного и центрального метаболизма, которая в свою очередь определяется свойствами ксенобиотика и зависит от особенностей организма. Выявлен ряд закономерностей биохимической доступности многих ксенобиотиков в зависимости от их химической структуры. Так наблюдается тенденция, чем сложнее молекула ксенобиотика, тем менее доступна для биодеградации, тем меньше микроорганизмов способно к ее утилизации. Например, скорость биодеградации насыщенных соединений, как правило, выше скорости биодеградации ненасыщенных; алифатических углеводородов выше, чем с разветвленной.
Ведущая роль в трансформации и минерализации органичсеких ксенобиотиков принадлежит хемоорганотрофным микроорганизмам. Важным аспектом улучшения экологического состояния окружающей среды является поиск микроорганизмов-деструкторов различных органических загрязнителей внешней среды, в т.ч. и почвы.
Одной из серьезных проблем защиты природной среды при нефтегазодобыче является ликвидация нефтяного загрязнения почвы. Нефть и нефтепродукты нарушают экологическое состояние почвенных покровов и в целом деформируют структуру биоценозом. Почва, обладающая огромной адсорбирующей способностью, аккумулирует в себе большую часть нефтяных загрязнений, изменяются ее физические, агрохимические и микробиологические характеристики. В результате утрачивается сельскохозяйственное значение угодий. В связи с этим необходимы экологически безопасные и экономически обоснованные методы, направленные на интенсификацию процессов биоразложения углеводородов и восстановление плодородия сельскохозяйственных земель.
Биологический препарат «АМИР» представляет собой сферические гранулы пористого стеклофосфатного носителя, диаметром 3-6 мм, и клеток микроорганизмов - деструкторов углеводородов, иммобилизованных в поры носителя. В одном грамме биопрепарата содержится не менее 10 9 жизнеспособных спор. Препарат обладает высокой окисляющей активностью в отношении углеводородов нефти и нефтепродуктов, переводит их в экологически нейтральные соединения. Способствует рекультивации среды обитания и восстановлению разрушенных экологических связей в биоценозе. Объектами применения могут быть загрязненные нефтепродуктами почвы и водоемы, промстоки предприятий и техногенно - разрушенные территории, при рН среды 4,5-8,2 и температуре 30-40 0 С.
Химический состав метафосфатов включает калий, магний, кальций и микроэлементы, которые обеспечивают в течение не менее 18 месяцев оптимальные условия для жизнедеятельности микроорганизмов. В качестве физиологически активных микроорганизмов используется комбинация из следующих, ниже перечисленных:
1. Протеолитические и амилолитические микроорганизмы Pseudomonas, Bacillus, Micrococcus, Spirillum.
2. Актиномицеты. Streptomyces, Streptoverticillium, Actinomadura, Nocardiopsis.
3. Азотофиксирующие бактерии. Azotobacter, Aerobacter, Achromobacter.
4. Целлюлозоразлагающие и гумусоразлагающие микроорганизмы. Trichoderma, Rhizoctonia, Cytophaga, Sporangium, Cellovibrio.
5. Денитрификаторы. Aerobacter, Micrococcus.
Технология применения и нормы расхода
До проведения очистки с помощью биопрепарата проводится системно-организованный мониторинг объекта, анализ степени загрязнения, биотесты активности почв/ водных акваторий. Составляется регламент необходимого комплекса работ, подбираются ассоциация штаммов микроорганизмов-деструкторов, оптимальная для применения на объекте.
Проведен поиск на загрязненных территориях микроорганизмов, способных разлагать в почве ПХБ. Выделены из почв и охарактеризованы 18 штаммов микроорганизмов-деструкторов ПХБ.
Наиболее эффективными оказались штаммы деструкторов ПХБ бактерий Alcaligenes latus ТХД-13 и дрожжей Hansemila californica AT. Они депонированы во Всероссийской Коллекции Промышленных Микроорганизмов под номерами В - 7505, Y- 2284. На них получены две международные патентные заявки по системе РСТ и оформляются два патента Российской Федерации. В полевых опытах установлено, что степень деструкции ПХБ микроорганизмами в почве in situ составила для Alealigenus latus ТХД-13 от 52 % до 78 %, для Hansenula californica AT от 60 % до 90 %.
Токсикологические испытания бактерий Alcaligenes latus ТХД-13 и дрожжей Hansenula californica AT показана их безопасность для теплокровных животных по показателям вирулентности, токсичности, токсигенности и диссеминации во внутренних органах белых мышей.
Эти микроорганизмы пригодны для использования при биоремедиации почв in situ.
Интродукция штаммов бактерий Alcaligenes latus ТХД-13 и дрожжей Hansenula californica AT в почву не оказывает существенного влияния на численность почвенной микрофлоры. В течение трех месяцев их численность неуклонно снижается с 106 до 104 КОЕ/г почвы для Alealigenus latus ТХД-13 и для Hansenula californica AT с 105 до 103 КОЕ/г почвы, достигая минимального уровня к концу 3 месяца.
Оптимальная концентрация суспензии микроорганизмов,вносимых в почву, загрязненную полихлорированными бифенилами, роставляет: для Alcaligenus latus ТХД-13 - 107 кл./мл, для Hansenula californica AT - 106 кл./мл. Норма расхода микробной суспензии составила 1 л/м2 почвы. При температуре воздуха 20-30°С и влажности почвы 60-80% достигается максимальная степень деструкции ПХБ в почве.
Оценена интегральная токсичность почвы, до и после проведения полевого эксперимента методом биотестирования и показано снижение интегральной токсичности почвы в процессе биоремедиации. Для почв, обработанных Alcaligenus latus ТХД-13, интегральная токсичность снизилась в течение трех месяцев со 100 до 69 %, для Hansenula californica AT со 100 до70%. Токсикологическая оценка рекультивированной почвы, проведенная на белых крысах, показала отсутствие выраженных патологических изменений в органах и крови лабораторных животных.
Галотолерантные бактерии-деструкторы полициклических ароматических углеводородов
Из почв и донных отложений района солеразработок выделены чистые культуры и сообщества микроорганизмов, способные использовать нафталин и фенантрен в качестве единственного источника углерода и энергии. Среди десяти подробно охарактеризованных штаммов-деструкторов нафталина, отнесенных к родам Rhodococcus, Arthrobacter (вид A. globiformis и A. nicotianae), Bacillus и Pseudomonas, шесть штаммов способны к росту на
Биотрансформация ксенобиотиков реферат. Биология и естествознание.
Реферат: Европейский союз как элемент международных отношений. Скачать бесплатно и без регистрации
Контрольная Работа 4 Класс Вербицкая
Контрольная работа: Основные направления в культуре и искусстве XIX века
Книга На Тему Грузовые Автомобильные Перевозки
Реферат по теме Полиплоидия и получение полиплоидов
Мой Любимый Пушкинский Герой Сочинение 7 Класс
Скандинавская Модель Общественно Политического Развития Эссе
Реферат по теме Аудит издержек производства и обращения
Курсовая работа по теме Предмет и методология теории государства и права
Реферат: Networking Essay Research Paper For my independent
Отчет по практике по теме Характеристика АО 'НК 'Казахстан темiр жолы'
Реферат: Програмування рекурентні послідовності та співвідношення
Реферат по теме The fastest computers of the world
Статья На Тему О Возможности Создания "Сверхъединичных" Теплогенераторов
Контрольная работа по теме Криминологическая характеристика изнасилований
Реферат по теме Социологический анализ развития Интернет
Курсовая Работа На Тему Управление Социальными Инновациями – Российский И Зарубежный Опыт
Ответ на вопрос по теме Руководство пользователя презервативами
Курсовая работа: Применение учетных регистров в бухгалтерии
Курсовая работа по теме Проект отделения шприцевания колбасного завода мощностью 20 т в смену
Биологические процессы в живых организмах - Биология и естествознание контрольная работа
Чрезвычайные ситуации техногенного характера - Безопасность жизнедеятельности и охрана труда контрольная работа
Теоретические основы безопасности жизнедеятельности - Безопасность жизнедеятельности и охрана труда реферат