BioScience Blog – Научный Биологический блог

Биологическая особенность актинобактерий рода Rhodococcus -способность к окислительной трансформации природных и антропогенных углеводородов. Данное свойство определяет интерес к данной группе актинобактерий как объекту промышленного использования и перспективных технологий. Реализация биотехнологического потенциала родококков требует разработки устойчивых биокатализаторов. Один из эффективных особовсп повышения стабильности биокатализаторов — использование приема адсорбционной иммобилизации бактериальных клеток. В качестве носителей иммобилизованных клеток широко применяются криогели на основе синтетических полимерных материалов. Гели на основе полиакриламида обладают высокой механической прочностью и химической стабильностью, а так же допускают возможность химических модификаций для получения желаемых свойств (в частности, гидрофобизация адсорбента для повышения сродства гелевого носителя к клеткам углеводородокисляющих бактерий и гидрофобному субстрату) [1].

Цель настоящей работы — изучение процесса адсорбции клеток Rhodococcus ruber на колонке, содержащей криогель на основе полиакриламида (криоПААГ), гидрофобизованного н-додеканом (С12) в различных концентрациях (0,1, 1 и 5 мол.%).

В работе использовали чистую культуру Rhodococcus
ruber ИЭГМ 231 из Региональной профилированной коллекции алканотрофных микроорганизмов (акроним ИЭГМ, #768 во Всемирной Федерации коллекций культур (WFCC), www.iegm.ru/iegmcol/strains/index.html). Родококки выращивали в мясопептонном бульоне на орбитальном шейкере при 28°С в течение 3 сут. Определение адсорбционной емкости гелевого носителя в отношении клеток родококков проводили путем пропускания клеточной суспензии (20-150 мл) через сорбционную колонку (6,0×1,0 см), заполненную криоПААГ (6,0 г), с последующим отмыванием клеток фосфатным буфером. КриоПААГ-колонки были приготовлены путем криополимеризации водного раствора акриламида и N,N’-метилен-бис-акриламида в соотношении 30:1 при – 12ºC и последующего оттаивания [1]. С целью повышения сродства клеток родококков к гелевому носителю использовали прием гидрофобизации адсорбента с помощью еканан-дод. В качестве контрольных образцов использовали криоПААГ-колонки без содержания н-додекана. Степень бактериальной адсорбции клеток родококков определяли путем измерения оптической плотности (ОП600) суспензии   клеток   до   и   после   прохождения   через   колонку   на

спектрофотометре. Функциональную стабильность и каталитическую активность иммобилизованных на гелевом носителе клеток родококков оценивали в присутствии модельной нефти, а так же при сравнении со свободными клетками родококков с помощью респирометра Columbus Micro-Oxymax®. Все эксперименты проводили в трехкратной повторности.

При изучении адсорбции клеток R. ruber на криоПААГ колонках с различной степенью гидрофобности показано (рис. 1), что число прочно закрепленных (не отмываемых фосфатным буфером) клеток родококков при повышении концентрации н-додекана от 0,1 до 1 мол.% возрастает на 40% и составляет 97% закрепленных клеток. Дальнейшее повышение гидрофобности гелевого носителя до 5 мол.% н-додекана не приводит к увеличению числа адсорбированных клеток, что свидетельствует о достижении максимальной (6,8×108 кл/мл) сорбционной емкости криоПААГ-колонки в отношении R. ruber.

Рис 1. Адсорбция клеток R.
ruber на криоПААГ колонках с различной степенью гидрофобности.

При изучении функциональной стабильности и каталитической активности иммобилизованных на гидрофобном криоПААГ клеток родококков с помощью респирометра Columbus Micro-Oxymax® установлено, что скорость потребления O2 и выделения CO2 клетками в присутствии  модельной  нефти   составляют   1,360  и   0,006  мкл·мин-

1               ед. сух. веса-1 соответственно. При этом высокая респираторная активность иммобилизованных клеток сохраняется в течение двух недель. Результаты сравнительного анализа дыхательной активности иммобилизованных и свободных клеток родококков свидетельствуют, что скорость потребления

02                       клетками, иммобилизованными на криоПААГ-колонках, превосходит данный показатель для свободных родококков в 9,4 раза.

Полученные данные могут быть использованы при разработке эффективного биокатализатора для направленной трансформации углеводородных соединений и биоочистки нефтезагрязненной воды.

Исследование выполнено при поддержке гранта Президента РФ "Ведущие научные школы" №НШ-4112.2008.4 и программы Президиума РАН «Молекулярная и клеточная биология».

Литература

1. Lozinsky V.I. et al. Study of cryostructurization of polymer systems. VIII. Characteristics features of the formation of cross-linked poly(acrylamide) cryogels under different thermal conditions // Acta Polymerica. – 1989. – V. 40, № 1.-Р. 8-15.