Preview

Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология

Расширенный поиск

Эффекты анионактивного поверхностно-активного вещества додецилсульфата натрия на адгезию клеток штамма Micrococcus luteus 1-и на поверхности углеродных материалов

https://doi.org/10.21285/2227-2925-2023-13-3-370-381

EDN: UMGJYE

Аннотация

Адгезия микроорганизмов на различных поверхностях играет важнейшую роль во многих биотехнологических процессах. Широко распространенным компонентом сточных вод является анионактивное поверхностно-активное вещество додецилсульфат натрия. Поверхностно-активные вещества оказывают большое влияние на все межфазные реакции, в том числе и в технологии микробных топливных элементов. Поэтому было изучено действие додецилсульфата натрия на сорбцию клеток штамма Micrococcus luteus 1-и, обладающего электрогенной активностью в микробных топливных элементах, на поверхности различных углеродсодержащих электродных материалов, применяемых в технологии биологических топливных элементов:

1)           углеродная ткань; 2) углеродный войлок; 3) измельченные графитовые контактные троллейбусные вставки (летние); 4) березовый активированный уголь. С применением методов спектрофотометрии и микроскопии показано, что в условиях наших опытов присутствие додецилсульфата натрия в диапазоне концентраций 10−200 мг/л усиливало сорбцию клеток Micrococcus luteus 1-и на поверхностях испытуемых углеродных материалов. Максимальное увеличение сорбции за 2 ч экспозиции выявлено при внесении 100 мг/л этого поверхностно-активного вещества, оно составляло для березового активированного угля – 21%, для углеродной ткани – 26%, для углеродного войлока – 24% относительно контроля (без поверхностно-активного вещества). Продемонстрированная в работе достаточно эффективная адгезия клеток Micrococcus luteus 1-и на различных углеродных материалах, в том числе в присутствии довольно высоких концентраций додецилсульфата натрия, подтверждает перспективность данного штамма для применения в различных типах микробных топливных элементов.

Об авторах

М. Н. Саксонов
Иркутский государственный университет
Россия

Саксонов Михаил Наумович - кандидат биологических наук, старший научный сотрудник.

664003, Иркутск, ул. Карла Маркса, 1



Г. О. Жданова
Иркутский государственный университет
Россия

Жданова Галина Олеговна - научный сотрудник,

664003, г. Иркутск, ул. Карла Маркса, 1



Д. И. Стом
Иркутский государственный университет; Байкальский музей СО РАН; Иркутский национальный исследовательский технический университет
Россия

Стом Дэвард Иосифович - доктор биологических наук, профессор, главный научный сотрудник, Байкальский музей СО РАН; заведующий лабораторией водной токсикологии, Иркутский государственный университет, Иркутский НИТУ.

664520, п. Листвянка, ул. Академическая, 1; 664003, г. Иркутск, ул. Карла Маркса, 1; профессор; 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.



С. В. Алферов
Тульский государственный университет
Россия

Алферов Сергей Валерьевич - кандидат химических наук, заведующий лабораторией экологической и медицинской биотехнологии, НИЦ «БиоХимТех».

300012, Тула, ул. Фридриха Энгельса, 157



А. Б. Купчинский
Байкальский музей СО РАН
Россия

Купчинский Александр Борисович - кандидат биологических наук, директор.

664520, п. Листвянка, ул. Академическая, 1



Ю. Ю. Петрова
Сургутский государственный университет
Россия

Петрова Юлия Юрьевна - кандидат химических наук, доцент, директор Института естественных и технических наук.

628412, Сургут, ул. Энергетиков, 22



С. А. Сасим
Иркутский государственный университет
Россия

Сасим Сергей Александрович – кандидат геолого-минералогических наук, доцент, заведующий кафедрой полезных ископаемых, геохимии, минералогии и петрографии.

664003, Иркутск, ул. Карла Маркса, 1



М. Ю. Толстой
Иркутский национальный исследовательский технический университет
Россия

Толстой Михаил Юрьевич - кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой инженерных коммуникаций и систем жизнеобеспечения, директор инновационного центра «Энергоэффективность», научный руководитель лаборатории качества воды.

664074, Иркутск, ул. Лермонтова, 83



А. Д. Стом
Иркутский государственный университет
Россия

Стом Алина Дэвардовна - кандидат биологических наук, доцент.

664003, Иркутск, ул. Карла Маркса, 1



А. Н. Чеснокова
Иркутский национальный исследовательский технический университет
Россия

Чеснокова Александра Николаевна - кандидат химических наук, доцент.

664074, Иркутск, ул. Лермонтова, 83



Б. В. Кукшинов
ФГБУ «Центр агрохимической службы «Иркутский»
Россия

Кукшинов Баяр Викторович - руководитель аналитической лаборатории.

664510, Иркутская область, р-н Иркутский, п. Дзержинск, ул. Садовая, 1



Список литературы

1. Lobakova E.S., Aleskerova L.E., Orlova A.A., Vasil’eva S.G., Ismailov A.D. Effect of polyethyleniminebased sorbents on the luminescence of photobacteria. Microbiology. 2017;86:155-157. https://doi.org/10.1134/S002626171701009X.

2. Hurtado-Gallego J., Pulido-Reyes G., González-Pleiter M., Fernández-Piñas F. Luminescent microbial bioassays and microalgal biosensors as tools for environmental toxicity evaluation. In: Handbook of Cell Biosensors. Springer, Cham; 2022. https://doi.org/10.1007/978-3-030-23217-7_89.

3. Hussain F., Ashun E., Jung S.P., Kim T., Lee S.-H., Kim D.-J., et al. A direct contact bioassay using immobilized microalgal balls to evaluate the toxicity of contaminated field soils. Journal of Environmental Management. 2022;321:115930. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2022.115930.

4. Hamimed S., Mahjoubi Y., Abdeljelil N., Gamraoui A., Othmani A., Barhoum A., et al. Chemical sensors and biosensors for soil analysis: principles, challenges, and emerging applications. Elsevier; 2023, p. 669-698. https://doi.org/10.1016/B978-0-323-90222-9.00014-5.

5. Habermüller K., Mosbach M., Schuhmann W. Electron-transfer mechanisms in amperometric biosensors. Fresenius Journal of Analytical Chemistry. 2000;366:560-568. https://doi.org/10.1007/s002160051551.

6. Goswami P. Advanced materials and techniques for biosensors and bioanalytical applications. Boca Raton, CRC Press, 2020. 314 р. https://doi.org/10.1201/9781003083856.

7. Mohan J.M., Amreen K., Javed A., Dubey S.K., Goel S. Emerging trends in miniaturized and microfluidic electrochemical sensing platforms. Current Opinion in Electrochemistry. 2022;33:100930. https://doi.org/10.1016/j.coelec.2021.100930.

8. Andriukonis E., Celiesiute-Germaniene R., Ramanavicius S., Viter R., Ramanavicius A. From microorganism-based amperometric biosensors towards microbial fuel cells. Sensors. 2021;21(7):2442. https://doi.org/10.3390/s21072442.

9. Schachinger F., Chang H., Scheiblbrandner S., Ludwig R. Amperometric biosensors based on direct electron transfer enzymes. Molecules. 2021;26(15):4525. https://doi.org/10.3390/molecules26154525.

10. Alvarino T., Lema J., Omil F., Suárez S. Trends in organic micropollutants removal in secondary treatment of sewage. Reviews in Environmental Science and Biotechnology. 2018;17:447-469. https://doi.org/10.1007/s11157-018-9472-3.

11. Stom D.I., Konovalov A.S., Butyrin M.V., Tyutyunin V.V., Saksonov M.V., Penzina T.A. Change in toxicity of model arsenic contaminant in the presence of humates and activated zeolites. Modern Applied Science. 2015;9(1):223-230. https://doi.org/0.5539/mas.v9n1p223.

12. Kureel M.K., Geed S.R., Giri B.S., Rai B.N., Singh R.S. Biodegradation and kinetic study of benzene in bioreactor packed with PUF and alginate beads and immobilized with Bacillus sp. M3. Bioresource Technology. 2017;242:92-100. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2017.03.167.

13. Scaffaro R., Lopresti F., Catania V., Santisi S., Cappello S., Botta L., et al. Polycaprolactone-based scaffold for oil-selective sorption and improvement of bacteria activity for bioremediation of polluted water: porous PCL system obtained by leaching melt mixed PCL/PEG/NaCl composites: oil uptake performance and bioremediation efficiency. European Polymer Journal. 2017;91:260-273. https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2017.04.015.

14. Chen Y., Yu B., Lin J., Naidu R., Chen Z. Simultaneous adsorption and biodegradation (SAB) of diesel oil using immobilized Acinetobacter venetianus on porous material. Chemical Engineering Journal. 2016;289:463-470. https://doi.org/10.1016/j.cej.2016.01.010.

15. Lin J., Gan L., Chen Z., Naidu R. Biodegradation of tetradecane using Acinetobacter venetianus immobilized on bagasse. Biochemical Engineering Journal. 2015;100:76-82. https://doi.org/10.1016/j.bej.2015.04.014.

16. Khandaker Sh., Das S., Hossain Md.T., Islam A., Miah M.R., Awual Md.R. Sustainable approach for wastewater treatment using microbial fuel cells and green energy generation – a comprehensive review. Journal of Molecular Liquids. 2021;344:117795. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2021.117795.

17. Boas J.V., Oliveira V.B., Simões M., Pinto A.M.F.R. Review on microbial fuel cells applications, developments and costs. Journal of Environmental Management. 2022;307:114525. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2022.114525.

18. Ramya M., Kumar P.S. A review on recent advancements in bioenergy production using microbial fuel cells. Chemosphere. 2022;288:132512. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2021.132512.

19. Thapa B.S., Kim T., Pandit S., Song Y.E., Afsharian Y.P., Rahimnejad M., et al. Overview of electroactive microorganisms and electron transfer mechanisms in microbial electrochemistry. Bioresource Technology. 2022;347:126579. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2021.126579.

20. Nielsen C.K., Kjems J., Mygind T., Snabe T., Meyer R.L. Effects of Tween 80 on growth and biofilm formation in laboratory media. Frontiers in Microbiology. 2016;22(7):1878. https://doi.org/10.3389/fmicb.2016.01878.

21. Vaccari L., Allan D.B., Sharifi-Mood N., Singh A.R., Leheny R.L., Stebe K.J. Films of bacteria at interfaces: three stages of behavior. Soft Matter. 2015;11:60626074. https://doi.org/10.1039/c5sm00696a.

22. Qi L., Christopher G.F. Effects of non-ionic surfactant on the formation of pellicles by Pseudomonas aeruginosa. Rheologica Acta. 2022;61:59-68. https://doi.org/10.1007/s00397-021-01313-0.

23. Zhang Y., Jiang J., Zhao Q., Gao Y.Zh., Wang K., Ding J., et al. Accelerating anodic biofilms formation and electron transfer in microbial fuel cells: role of anionic biosurfactants and mechanism. Bioelectrochemistry. 2017;117:48-56. https://doi.org/10.1016/j.bioelechem.2017.06.002.

24. Konovalova E.Yu., Barbora L., Chizhik K.I., Stom D.I. Micrococcus luteus and Serratia marcescens, as a new association of bioagents for microbial fuel cells. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2020;408:012080. https://doi.org/10.1088/1755-1315/408/1/012080.

25. Kuznetsov A.V., Khorina N.N., Konovalova E.Yu., Amsheev D.Yu., Ponamoreva O.N., Stom D.I. Bioelectrochemical processes of oxidation of dicarboxylic amino acids by strain Micrococcus luteus 1-I in a biofuel cell. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2021;808:012038. https://doi.org/10.1088/1755-1315/808/1/012038.

26. Maksimov A.Yu., Maksimova Yu.G., KuznetsovaM.V., Olontsev V.F., Demakov V.A. Immobilization of Rhodococcus ruber Strain gt1, possessing nitrile hydratase activity, on carbon support. Applied Biochemistry and Microbiology. 2007;43(2):193-198. https://doi.org/10.1134/S000368380702007X. EDN: LKSIVV.

27. Wu H., Liu X., Shi Ch., Yang J., Yang Z., Zhao Sh. Action modes of surfactants on biodegradation of Wudong low-rank coal by Pseudomonas aeruginosa. Research Square. 2022. https://doi.org/10.21203/rs.3.rs-1410150/v1.

28. Li Q., Logan B.E. Enhancing bacterial transport for bioaugmentation of aquifers using low ionic strength solutions and surfactants. Water Research. 1999;33(4):1090-1100. https://doi.org/10.1016/S0043-1354(98)00291-7.

29. Powelson D.K., Mills A.L. Water saturation and surfactant effects on bacterial transport in sand columns. Soil Science. 1998;163(9):694-704.

30. Streger S.H., Vainberg S., Dong H., Hatzinger P.B. Enhancing transport of Hydrogenophaga flava ENV735 for bioaugmentation of aquifers contaminated with methyl tert-butyl ether. Applied and Environmental Microbiology. 2002;68(11):5571-5579. https://doi.org/10.1128/АЕМ.68.11.5571-5579.2002.

31. Marchesi J.R., Russell N.J., White G.F., House W.A. Effects of surfactant adsorption and biodegradability on the distribution of bacteria between sediments and water in a freshwater microcosm. Applied and Environmental Microbiology. 1991;57(9):2507-2513. https://doi.org/0099-2240/91/092507-07$02.00/0.

32. Janek T., Lukaszewicz M., Krasowska A. Antiadhesive activity of the biosurfactant pseudofactin II secreted by the Arctic bacterium Pseudomonas fluorescens BD5. BMC Microbiology. 2012;12:24. https://doi.org/10.1186/1471-2180-12-24.

33. Koubali H., Latrache H., Zahir H., El Louali M. Kinetics of adhesion Staphylococcus aureus on glass in the presence of sodium lauryl sulfate. Journal of Surfactants and Detergents. 2021;24(3):483-490. https://doi.org/10.1002/jsde.12484.

34. Sodagari M., Wang H., Newby B.Z., Ju L.K. Effect of rhamnolipids on initial attachment of bacteria on glass and octadecyltrichlorosilane-modified glass. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 2013;103:121-128. https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2012.10.004.

35. Gross M.J., Logan B.E. Influence of different chemical treatments on transport of Alcaligenes paradoxus in porous media. Applied and Environmental Microbiology. 1995;61(5):1750-1756. https://doi.org/10.1128/aem.61.5.1750-1756.1995.

36. Shen Y., Li P., Chen X., Zou Y., Li H., Yuan G., et al. Activity of sodium lauryl sulfate, rhamnolipids, and N-acetylcysteine against biofilms of five common pathogens. Microbial Drug Resistance. 2020;26(3):290-299. https://doi.org/10.1089/mdr.2018.0385.

37. Zhong H., Liu G., Jiang Y., Brusseau M.L., Liu Z., Liu Y., et al. Effect of low concentration rhamnolipid on transport of Pseudomonas aeruginosa ATCC 9027 in an ideal porous medium with hydrophilic or hydrophobic surfaces. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 2016;139:244-248. https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2015.11.024.

38. Liu G., Zhong H., Jiang Y., Brusseau M.L., Huang J., Shi L., et al. Effect of low-concentration rhamnolipid biosurfactant on Pseudomonas aeruginosa transport in natural porous media. Water Resources Research. 2017;53(1):361-375. https://doi.org/10.1002/2016WR019832.


Рецензия

Для цитирования:


Саксонов М.Н., Жданова Г.О., Стом Д.И., Алферов С.В., Купчинский А.Б., Петрова Ю.Ю., Сасим С.А., Толстой М.Ю., Стом А.Д., Чеснокова А.Н., Кукшинов Б.В. Эффекты анионактивного поверхностно-активного вещества додецилсульфата натрия на адгезию клеток штамма Micrococcus luteus 1-и на поверхности углеродных материалов. Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2023;13(3):370-381. https://doi.org/10.21285/2227-2925-2023-13-3-370-381. EDN: UMGJYE

For citation:


Saksonov M.N., Zhdanova G.O., Stom D.I., Alferov S.V., Kupchinsky A.B., Petrova Yu.Yu., Sasim S.A., Tolstoy M.Yu., Stom A.D., Chesnokova A.N., Kukshinov B.V. Effects of the anionactive surfactant sodium dodecyl sulfate on the adhesion of cells of the strain Micrococcus luteus 1-i to the surface of carbon materials. Proceedings of Universities. Applied Chemistry and Biotechnology. 2023;13(3):370-381. (In Russ.) https://doi.org/10.21285/2227-2925-2023-13-3-370-381. EDN: UMGJYE

Просмотров: 291


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2227-2925 (Print)
ISSN 2500-1558 (Online)