Изучение скорости биодеструкции амфотерного сурфактанта кокамидопропилбетаина бактериями рода Pseudomonas и активным илом

Резюме: Целью работы являлось исследование скорости процесса биодеструкции кокамидопропилбетаина бактерииями рода Pseudomonas и активного ила. В качестве штаммов-деструкторов были взяты микроорганизмы: Pseudomonas fluorescens TR (ВКПМ В-4881), Pseudomonas putida TП-19 (B-6582), Pseudomonas stutzeri T (B-4904), Pseudomonas putida TШ-18 (B-2950), Pseudomonas putida TO (B-3959), Pseudomonas mendocina 2S (B-4710), Pseudomonas oleovorans TF4-1L (B-8621) и активный ил, полученный с аэротенков действующего предприятия Кузбасса. Биоокисление ПАВ проводили в стеклянных колбах объемом 250 см³, помещенных в шейкер-инкубатор, в условиях постоянной температуры 30 ºС для чистых культур и 18 ºС – для активного ила. Штамм-деструктор должен обладать способностью за минимальный временной интервал снижать концентрацию сурфактанта до безопасных значений. Штаммы Pseudomonas stutzeri T (В-4904) и Pseudomonas fluorescens TR (В-4881) показали наименьший период полураспада сурфактанта – 2,5 и 2,6 суток соответственно. Несколько большие периоды показали штаммы Pseudomonas putida TO (В-3959), Pseudomonas putida TШ-18 (В-2950) и Pseudomonas oleovorans TF4-1L (В-8621) – 3,0; 4,5 и 4,9 суток соответственно. Наибольший период полураспада ПАВ показали микроорганизмы Pseudomonas mendocina 2S (В-4710) – 5,5 суток, и Pseudomonas putida TП-19 (В-6582) – 6,0 суток. Максимальная степень биодеструкции сурфактанта наблюдалась при действии биоценоза микроорганизмов. За 14 суток концентрация кокамидопропилбетаина снизилась до 0,27% от его начальной концентрации. Показана эффективность использования бактерий рода Pseudomonas в качестве деструкторов сурфактантов. Бактерии данного рода имеют короткое время генерации, высокую скорость наращивания биомассы по сравнению с бактериями-деструкторами других родов и меньший период адаптации к ПАВ по сравнению с активным илом. Были подобраны штаммы микроорганизмов Pseudomonas, способных за минимальный временной интервал снижать концентрацию ПАВ до безопасных значений для последующей разработки технологии получения эффективного биопрепарата, предназначенного для очистки сточных вод от амфотерных сурфактантов.

1. Hamouda T., Myc A., Donovan B., Shih A.Y., Reuter J.D., Baker J.R. A novel surfactant nanoemulsion with a unique non-irritant topical antimicrobial activity against bacteria, enveloped viruses and fungi // Microbiological Research. 2001. Vol. 156. Issue 1. P. 1–7. https://doi.org/10.1078/0944-5013-00069

2. Reijmar K., Schmidtchen A., Malmsten M. Bactericidal and hemolytic properties of mixed LL-37/surfactant systems // Journal of Drug Delivery Science and Technology. 2007. Vol. 17. Issue 4. P. 293– 297. https://doi.org/10.1016/S1773-2247(07)50098-5

3. Salishcheva O.V., Prosekov A.Y. Antimicrobial activity of mono- and polynuclear platinum and palladium complexes // Foods and Raw Materials. 2020. Vol. 8. Issue 2. P. 298–311. https://doi.org/10.21603/2308-4057-2020-2-298-311

4. Finnerty W.R. Biosurfactants in environmental biotechnology // Current Opinion in Biotechnology. 1994. Vol. 5. Issue 3. P. 291–295. https://doi.org/10.1016/0958-1669(94)90031-0

5. Souza E.C., Vessoni-Penna T.C., de Souza Oliveira R.P. Biosurfactant-enhanced hydrocarbon bioremediation: An overview // International Biodeterioration and Biodegradation. 2014. Vol. 89. P. 88– 94. https://doi.org/10.1016/j.ibiod.2014.01.007

6. Shao W., Zhang J., Wang K., Liu C., Cui S. Cocamidopropyl betaine-assisted foam separation of freshwater microalgae Desmodesmus brasiliensis // Biochemical Engineering Journal. 2018. Vol. 140. P. 38–46. https://doi.org/10.1016/j.bej.2018.09.006

7. Vonlanthen S., Brown M.T., Turner A. Toxicity of the amphoteric surfactant, cocamidopropyl betaine, to the marine macroalga, Ulva lactuca // Ecotoxicology. 2018. Vol. 20. Issue 1. P. 202–207. https://doi.org/10.1007/s10646-010-0571-3

8. Sun X.-X., Han K.-N., Choi J.-K., Kim E.-K. Screening of surfactants for harmful algal blooms mitigation // Marine Pollution Bulletin. 2004. Vol. 48. Issue 9-10. P. 937–945. https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2003.11.021

9. Nogales L.M., Jiménez L.L., Abarca L.E., Gil M.M., López-Nieves M. Cocamidopropyl Betaine Surfactant 0.075% Solution in Physiological Serum for Hygiene Process of COVID-19 Intubated Patients // International Journal of Pharmaceutical Compounding. 2020. Vol. 24. Issue 5. P. 358–364.

10. Garcia M.T., Campos E., Ribosa I. Biodegradability and ecotoxicity of amine oxide based surfactants // Chemosphere. 2007. Vol. 69. Issue 10. P. 1574–1578. https://doi.org/10.1016/-j.chemosphe-re.2007.05.089

11. Rios F., Lechuga M., Fernandez-Serrano M., Fernandez-Arteaga A. Aerobic biodegradation of amphoteric amine-oxide-based surfactants: effect of molecular structure, initial surfactant concentration and pH // Chemosphere. 2017. Vol. 171. P. 324– 331. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2016.12.070

12. Merkova M., Zalesak M., Ringlova E., Julinova M., Ruzicka J. Degradation of the surfactant Cocamidopropyl betaine by two bacterial strains isolated from activated sludge // International Biodeterioration and Biodegradation. 2018. Vol. 127. P. 236–240. https://doi.org/10.1016/j.ibiod.2017.12.006

13. Коршунова Т.Ю., Кузина Е.В., Рафикова Г.Ф., Логинов О.Н. Бактерии рода Pseudomonas для очистки окружающей среды от нефтяного загрязнения // Экобиотех. 2020. Т. 3, N 1. С. 18-32. https://doi.org/10.31163/2618-964X-2020-3-1-18-32

14. Филатов Д.А., Овсянникова В.С., Алтунина Л.К., Сваровская Л.И. Влияние композиций на основе ПАВ на биодеструкцию вязких парафинистых нефтей // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2012. N 1(2). С. 106–112.

15. Закиров Р.К., Ахмадуллина Ф.Ю., Балымова Е.С. Перспективы сонохимической обработки сточных вод, содержащих синтетические поверхностно-активные вещества // Теоретическая и прикладная экология. 2020. N 4. С. 111–116. https://doi.org/10.25750/1995-4301-2020-4-111-116

16. Gholami A., Golestaneh M., Andalib Z. A new method for determination of cocamidopropyl betaine synthesized from coconut oil through spectral shift of Eriochrome Black T // Spectrochimica Acta – Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy. 2018. Vol. 192. P. 122–127. https://doi.org/10.1016/j.saa.2017.11.007

17. Asabina E.A., Chetverikov S.P., Loginov O.N. Optimization of biosynthesis of phytopathogen growth inhibitors by bacteria of Pseudomonas genus // Biotechnology in Russia. 2009. Issue 3. P. 81–89.

18. Анохина Т.О., Сиунова Т.В., Сизова О.И., Захарченко Н.С., Кочетков В.В. Ризосферные бактерии рода Pseudomonas в современных агробиотехнологиях // Агрохимия. 2018. N 10. С. 54–66. https://doi.org/10.1134/S0002188118100034

19. Сибиева Л.М., Дегтярева И.А., Сироткин А.С., Бабынин Э.В. Состав микробного сообщества активного ила в процессах совместной биологической и реагентной очистки сточных вод // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2019. Т. 9. N 2. С. 302–312. https://doi.org/10.21285/2227-2925-2019-9-2-302-312

20. Кобзев Е.Н., Петрикевич С.Б., Шкидченко А.Н. Исследование устойчивости ассоциации микроорганизмов-нефтедеструкторов в открытой системе // Прикладная биохимия и микробиология. 2001. Т. 37. N 4. С. 413–417.

21. Шкидченко А.Н., Аринбасаров М.У. Изучение нефтедеструктивной активности микрофлоры прибрежной зоны Каспийского моря // Прикладная биохимия и микробиология. 2002. Т. 38. N 5. С. 509–512.