Возможности использования базидиального гриба Trametes hirsuta MT-17.24

Резюме: Существующие методы утилизации технологических жидкостей, используемых при строительстве нефтяных и газовых скважин (химическая нейтрализация отработанных растворов, термический метод, загущение), несмотря на их эффективность, зачастую являются дорогостоящими и неэкологичными. Базидиальные грибы являются природными деструкторамиксилотрофами, перерабатывающими лигноцеллюлозный субстрат – один из самых устойчивых биополимеров в природе. Перспективы применения ферментных препаратов на основе базидиальных грибов в качестве биодеструкторов органических веществ особенно очевидны в связи с высокотехнологичностью и безотходностью их производства. Цель работы заключалась в получении ферментного препарата на основе штамма базидиального гриба Trametes hirsute MT-17.24 и исследовании его способности к биодеструкции полианионной целлюлозы, применяемой в качестве структурообразователя технологических жидкостей в процессе строительства и ремонта нефтяных и газовых скважин. Проведен скрининг целлюлазной активности штаммов: Fomitopsis pinicola MT-5.21, Fomes fomentarius MT-4.05, Lactarius necator, Schizophyllum commune MT-33.01, Trametes versicolor It-1, Trametes hirsute MT-17.24, Trametes hirsuta MT-24.24. Для получения ферментного препарата был выбран штамм T. hirsuta MT-17.24, продемонстрировавший наиболее высокий коэффициент целлюлазной активности – 10,9. Подобрана среда для твердофазного культивирования данного штамма. Ферментативная активность ферментного препарата была изучена на модельной буровой технологической жидкости. В ходе 10-часового эксперимента было зафиксировано, что при использовании 1%-го ферментного препарата пластическая вязкость технологической жидкости снижается с 16 до 8 мПа·с. По результатам проведенной работы можно сделать однозначный вывод об эффективности применения ферментного препарата на основе базидиальных грибов в качестве биодеструктора полианианионной целлюлозы.

1. Mahto V., Sharma V.P. Rheological study of a water based oil well drilling fluid // Journal of Petroleum Science and Engineering. 2004. Vol. 45. Issue 1-2. P. 123–128. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2004.03.008

2. Gao X., Chang Y., Shi L., Li H., Zhao J., Sha B., et al. Treatment of waste drilling mud by domesticated complex microbial flora // Acta Microbiologica Sinica. 2019. Vol. 59. Issue 01. P.134–144. https://doi.org/10.13343/j.cnki.wsxb.20180093-en

3. Bland R.G., Clapper D.K., Fleming N.M., Hood C.A. Biodegradation and drilling fluid chemicals. Society of Petroleum Engineers. SPE/IADC Drilling Conference, Amsterdam Netherlands. 22–25 February 1993. https://doi.org/10.2118/25754-ms

4. Al-Hameedi A.T.T., Alkinani H.H., Alkhamis M.M., Dunn-Norman S. Utilizing a new eco-friendly drilling mud additive generated from wastes to minimize the use of the conventional chemical additives // Journal of Petroleum Exploration and Production Technology. 2020. Vol. 10. P. 3467–3481. https://doi.org/10.1007/s13202-020-00974-6

5. Elisashvili V.I., Khardziani T.Sh., Tsiklauri N.D., Kachlishvili E.T. Cellulase and xylanase activities in higher basidiomycetes // Biochemistry (Moscow). 1999. Vol. 64. Issue 6. P. 718–722. https://doi.org/10.1023/B:WIBI.0000043195.80695.17

6. Khvedelidze R., Tsiklauri N., Kutateladze L., Sadunishvili T., Darbaidze Z., Kvesitadze E. Enzymatic hydrolysis of lignocellulosic agricultural wastes to fermentable glucose // Agricultural Research and Technology: Open Access Journal.2018. Vol. 17. Issue 5. P. 00199–00205. 556042. https://doi.org/10.19080/ARTOAJ.2018.17.556042

7. Максина Е.В., Пименов А.А., Ермаков В.В., Быков Д.Е. Экспериментальная оценка возмож- ности применения ферментативного обезвожи- вания отработанного бурового раствора // Нефтяное хозяйство 2014. N 9. С. 125-127.

8. Kozhevnikova E.Y., Petrova D.A., Novikov A.A., Shnyreva A.V., Barkov A.V., Vinokurov V.A. Prospects for the use of new basidiomycete strains for the direct conversion of lignocellulose into ethanol // Applied Biochemistry and Microbiology. 2017. Vol. 53. Issue 5. P. 557–561. https://doi.org/10.1134/S0003683817050106

9. Максина Е.В., Ермаков В.В. Биологическая деструкция отработанных полисахаридсодер- жащих буровых растворов // Экология и про- мышленность России. 2016. Т. 20. N 9. C. 12–15. https://doi.org/10.18412/1816-0395-2016-9-12-15

10. Karlsson J., Momcilovic D., Wittgren B., Schülein M., Tjerneld F., Brinkmalm G. Enzymatic degradation of carboxymethyl cellulose hydrolyzed by the endoglucanases Cel5A, Cel7B, and Cel45A from Humicola insolens and Cel7B, Cel12A and Cel45Acore from Trichoderma reesei // Biopolymers. 2001. Vol. 63. Issue 1. P. 32–40. https://doi.org/10.1002/bip.1060

11. Kozhevnikova E.Y., Petrova D.A., Novikov A.A., Shnyreva A.V., Barkov A.V., Vinokurov V.A. Prospects for the use of new basidiomycete strains for the direct conversion of lignocellulose into ethanol // Applied Biochemistry and Microbiology. 2017. Vol. 53. Issue 5. P. 557–561. https://doi.org/10.1134/S0003683817050106

12. Betty Anita B., Thatheyus A.J., Ramya D. Biodegradation of carboxymethyl cellulose using Aspergillus flavus // Science International. 2013. Vol. 1. Issue 4. P. 85–91. https://doi.org/10.17311/sciintl.2013.85.91

13. Kozhevnikova E.Y., Petrova D.A., Kopitsyn D.S., Novikov A.A., Shnyreva A.V., Barkov A.V., et al. New strains of basidiomycetes that produce bioethanol from lignocellulose biomass // Applied Biochemistry and Microbiology. 2016. Vol. 52. Issue 6. P. 638–642. https://doi.org/10.1134/S0003683816060090

14. Kasana RC, Salwan R, Dhar H, Dutt S, Gulati A. A rapid and easy method for the detection of microbial cellulases on agar plates using Gram’s iodine. Current Microbiology. 2008;57(5):503–507. https://doi.org/10.1007/s00284-008-9276-8

15. Bradner J.R., Gillings M., Nevalainen K.M.H. Qualitative assessment of hydrolytic activities in Antarctic microfungi grown at different temperatures on solid media // World Journal of Microbiology and Biotechnology. 1999. Vol. 15. Issue 1. P. 131–132. https://doi.org/10.1023/A:1008855406319

16. Kreutz С., Timmer J. Systems biology: experimental design // The FEBS Journal. 2009. Vol. 276. Issue 4. P. 923–942. https://doi.org/10.1111/j.1742-4658.2008.06843.x

17. Bisswanger H. Practical enzymology. Second, completely revised edition. Weinheim: Wiley-VCH Verlag GmbH and Co, 2011. 376 p.

18. Miller G.L. Use of dinitrosalicylic acid reagent for determination of reducing sugar // Analytical Chemistry. 1959. Vol. 31. Issue 3. P. 426–428. https://doi.org/10.1021/ac60147a030

19. Ghose T.K. Measurement of cellulase activities // Pure and Applied Chemistry. 1987. Vol. 59. Issue 2. P. 257–268. https://doi.org/10.1351/pac198759020257