ВЫДЕЛЕНИЕ УРЕОЛИТИЧЕСКИХ БАКТЕРИЙ, ПЕРСПЕКТИВНЫХ ДЛЯ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОГО ОСАЖДЕНИЯ КАЛЬЦИТА Курманбаев А.А.,Нагметова Г.Ж.,Бижанова Л.Ж.,Ягофарова А.Я.,Шурабаев Б.М.

РГП «Национальный центр биотехнологии»


Номер: 4-1
Год: 2017
Страницы: 53-57
Журнал: Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук

Ключевые слова

биокирпич, осаждение кальцита, уреолитическиебактерии, bio-brick, calcite precipitation, ureolytic bacteria

Просмотр статьи

⛔️ (обновите страницу, если статья не отобразилась)

Аннотация к статье

Цель исследования заключалась в выделении уреолитических бактерий, перспективных для осаждения кальцита. Всего было получено 105 изолятов, все изоляты были проверены на уреазную активность методом кондуктометрии. По результатам анализа было отобрано 3 штамма с наибольшей уреазной активностью, перспективных для проведения работ по биоцементации в полевых условиях.

Текст научной статьи

Введение Микробное осаждение кальцита (МОК) является одним из основных объектов изучения в рамках нового направления прикладной науки - биогеотехнологии. Суть технологии состоит в осаждении из порового раствора кальцита в результате метаболизма микроорганизмов. Осаждение можно индуцировать несколькими путями, например, гидролизом мочевины, денитрификацией и сульфатредукцией. Ферментативный гидролиз мочевины микроорганизмами - наиболее энергоэффективный процесс, уреазная активность присуща многим микроорганизмам. Штамм Sporosarcinapasteurii - щелочелюбивая бактерия с чрезвычайно высокой уреазной активностью, которая искусственно вносится в грунты в лабораториях для индуцирования осаждения кальцита [1,287]. Эта бактерия использует мочевину как источник энергии и продуцирует ионы аммония (NH4+), увеличивающие рН окружающей среды и вызывающие осаждение ионов Са2+ и СО32- в виде СаСО3. Локальное увеличение рН часто является причиной того, что клетки микроорганизмов становятся центрами нуклеации для кристаллизации. Осаждение кальцита описывается следующим средним уравнением реакции: Са2+ + СО32-→СаСО3↓ (1) Микробиологически индуцированное осаждение кальцита протекает в соответствии с уравнениями [3, 301]: Са2+ + НСО3- + ОН-→ СаСО3↓ + Н2О (2) Са2+ + 2НСО3- → СаСО3↓ + СО2↑ + Н2О (3) Микроорганизмы, проявляющие уреазную активность, обнаружены в микробных комплексах многих грунтов, в том числе, плывунных песках, которые чаще всего и являются объектом закрепления. Таким образом, принос в грунт мочевины и источника кальция (чаще всего, это CaCl2) ведет к цементации песка, ликвидации плывунных свойств, остановки механической суффозии и т.п. [4]. Лабораторные испытания показали существенное (более, чем в 1000 раз) увеличение прочности таких систем, снижение водопроводимости на 2 порядка, увеличение прочности при малых нагрузках на 3 порядка. Даже после разрушения цемента в результате сдвига уменьшение пористости (или увеличение плотности) существенно влияет на параметры материала [1,300]. Первые применения этой технологии известны в дорожном строительстве, а также описан случай закрепления галечниковых грунтов для прокладки трубопровода в Нидерландах [1,288]. В качестве цементирующего вещества можно использовать и другие соединения, выпадающие в осадок в результате микробиологических процессов. Это фосфат кальция, соединения магния, оксиды и гидроксиды железа [5,695]. Активно применяются технологии кольматирования песчаных грунтов биопленками. Они позволяют понизить фильтрационную способность грунтов, увеличить адсорбцию мигрирующих элементов и могут быть использованы в основании отвалов, свалок, хранилищ отходов, а также в гидротехническом строительстве [6, 1306]. Перспективными являются и «обратные» технологии при необходимости увеличения пористости и водопроводимости грунтов. Возможно также искусственное разжижение песчаных грунтов, используя микробиологическое газообразование [4]. Кроме упомянутых биогеотехнологий, микробиологические методы могут найти применение и для решения других задач инженерной геологии, таких как: осаждение ионов кальция из водных растворов с целью снижения жесткости природных вод или деминерализации пластовых вод нефтяных месторождений; снижение промышленных выбросов углекислого газа в атмосферу за счет фиксации углекислого газа в виде карбонатных солей; твердофазный захват неорганических контаминантов из воды и водоносных горизонтов с целью предотвращения дальнейшего распространения загрязнения; создание искусственных геохимических барьеров для природоохранных целей [2,19]. В наших исследованиях из почв пастбищных угодий были выделены уреолитические бактерии, перспективные для биогеотехнологии. В статье приведены данные по оценке уреазной активности,выделенныхизолятов. Материалы и методы Источником выделения бактерий с уреазной активностью послужили образцы пастбищных почв, отобранных на территории поселка Коздикара Западно-Казахстанской области Сырымского района, скотных дворов Карагандинской области Нуринского района, п. ИльинкаМакинского района Акмолинской области, п. Кайнарбулак Чимкентской области и илов сточных вод г. Астана (КОС «Астана су арнасы»). Для выделения бактерий использовали селективную среду по методу Д. Клауса [7,1804]. Для скринигауреазной активности бактерий использовался мочевинныйагарКристинсена [8, 2036]. Состав (г/л); мочевина-20,0; NaCl-5,0; пептон-1,0; глюкоза-1,0; KH2PO4-2,0; феноловый красный-0,012 и агар-15.0; (pH 6,5). Мочевина стерилизовалась отдельно фильтрацией и добавлялась к солям после их автоклавирования. Среда разливалась в пробирки и скашивалась. Скошенныйагар засевали бактериями и инкубировали при 30°C. Положительный результат оценивали по развитию розового окрашивания. Идентификацию изолятов проводили методом прямого белкового профилирования. Масс-спектрометрический анализ был осуществлен с использованием MALDI-TOF масс-спектрометра Microflex («BrukerDaltonics», Германия). Одиночные колонии были нанесены на плашку в двух повторностях, затем в каждый образец добавляли по 1мкл матричного раствора содержащего HCCA (Sigma), 50% ацетонитрила (Sigma), 10% трифторуксусной кислоты (Sigma) в воде, используемой для хроматографирования. После высыхания жидкой матрицы при комнатной температуре, плашку помещали в MALDI-TOF масс-спектрометр Microflex («BrukerDaltonics», Германия) для анализа. Для записи, обработки и анализа масс-спектров было использовано программное обеспечение фирмы «BrukerDaltonics» (Германия): flexControl 2.4 (Build 38) и flexAnalysis 2.4 (Build 11). Кластерный анализ, сопоставление получаемых масс-спектров с имеющимися базами данных производили с помощью программного пакета Biotyper 4.0 (BrukerDaltonics, Германия) Уреазную активность определяли кондуктометрически на кондуктометре Consort C932 (Бельгия). Биоцементацию проводили согласно описанию, изложенному в источнике [9, 272]. Результатыисследований В ходе выполнения работы было получено 105 изолятов, проявившие положительную реакцию на уреазу на среде Кристенсена(рис. 1). а) б) а) - контроль, б) - положительный результат, отражающий наличие уреазной активности изолята Рис.1 - Рост изолята на среде Кристенсена Изоляты с положительной результатом на среде Кристенсена были прокультивированы на селективном агаре, по результатам роста был отобран 21 изолят, далее провели идентификацию на масс спектрометре Microflex.По результатам идентификации большинство культур микроорганизмов были отнесены к роду Bacillus. Результаты идентификации приведены в таблице 1. Таблица 1 Результаты идентификации штаммов Результат идентификации Наименование № п.п. Enterobactercloacae У1 1 Не определено У2 2 Lysinibacillusboronitolerans У3 3 Bacillusmegaterium У4 4 Bacilluscereus У5 5 Bacilluspumilus У6 6 Aeromonasmedia У7 7 Lysinibacillusboronitolerans У8 8 Bacilluspumilus У9 9 Aeromonasmedia У10 10 Bacilluspumilus У11 11 Enterobactercloacae У12 12 Не определено У13 13 Lysimbacillussphaericus У14 14 Не определено У15 15 Не определено У16 16 Не определено У17 17 Brevibacillusbrevis У18 18 Bacillusmegaterium У19 19 Bacillusthuringiensis У20 20 Не определено У21 21 Все изоляты были проверены на уреазную активность методом кондуктометрии на электрохимическом анализаторе Consort C932. На рисунке 2 представлена гистограмма распределения активности уреазыисследованных штаммов. Рис. 2- Уреазная активность изолятов По результатам анализа было отобрано 4 штамма с наибольшей уреазной активностью:Bacillusmegaterium, Bacilluspumilus, Bacilluscereus, Aeromonasmedia. Опыты по биоцементации песка с данными штаммами проводили в пластиковых стаканчиках на 100 мл. Сухой песок по 60 г плотно набивали в сосуд, затем его обрабатывали фиксирующим раствором 0,1M CaCl2 в соотношении 5:1. После фиксирующего раствора вносили суспензию бактерий с титром 108 КОЕ/мл. Цементирующий раствор (1,5М растворы CaCl2 и 1,5M мочевины) пропускали через стаканчик с периодом 5 часов в течение 5 дней. На дне стаканчика имелся дренажный сток для удаления избытка раствора. Один день оставался на прекращение процесса. По завершению опыта песчаные колонки сушили и тактильно оценивали их твердость. Процесс и его результат биоцементации показан на рисунке 3. а) б) а)- процесс биоцементации, б)- результат биоцементации Рис. 3 - Биоцементация Выводы Таким образом, в результате работы было получено 105 изолятов, проявившие положительную реакцию на уреазу. В результате скринига с мочевиной из них было отобрано 21 изолят и идентифицированы на масс спектрометре. По результатам уреазной активности для дальнейшей работы отобраны три штамма уреолитических бактерий: Bacillusmegaterium, Bacilluspumilus и Bacilluscereus, перспективных для проведения работ по биоцементации в полевых условиях.

Научные конференции

 

(c) Архив публикаций научного журнала. Полное или частичное копирование материалов сайта возможно только с письменного разрешения администрации, а также с указанием прямой активной ссылки на источник.