Біодеградательні та нетоксичні мікробні поверхнево-активні речовини (ПАР) завдяки поверхнево-активним, емульгувальним властивостям, антимікробній та антиадгезивній активності є гідною альтернативою хімічним ПАР для використання у різних галузях промисловості, а також в охороні довкілля для деструкції ксенобіотиків.
Проте на теперішній час промисловий випуск ПАР мікробного походження обмежений лише невеликою кількістю фірм-виробників, хоча виробництво синтетичних ПАР у світі перевищує 20 млн т/рік. Така ситуація зумовлена недостатньо високою ефективністю мікробних технологій одержання поверхнево-активних речовин, однією з причин якої є високі витрати на процес біосинтезу, а також невисока концентрація синтезованих ПАР. Одним з підходів до зниження собівартості мікробних поверхнево-активних речовин є використання як субстратів промислових відходів [8-10].
Ще однією проблемою технологій одержання мікробних ПАР є можливість змінення їх властивостей залежно від умов культивування продуцента, оскільки вони є вторинними метаболітами і синтезуються у вигляді комплексу подібних сполук. Крім того, наявність у складі промислових відходів токсичних домішок також може впливати на хімічний склад, а отже й на властивості синтезованих поверхнево-активних речовин.
Дисертаційна робота присвячена встановленню умов культивування Rhodococcus erythropolis IMВ Ac-5017 на різних вуглецевих субстратах, що забезпечують синтез поверхнево-активних речовин з високою антимікробною та антиадгезивною активністю (у тому числі, й здатністю до руйнування біоплівок), а також високою ефективністю деструкції нафтових забруднень.
У дисертаційній роботі встановлено можливість заміни традиційних субстратів на відпрацьовану соняшникову олію та відходи виробництва біодизелю, що дає змогу не тільки утилізувати токсичні промислові відходи і здешевити процес біосинтезу ПАР R. erythropolis IMВ Ac-5017, а й отримати цільовий продукт з високою біологічною активністю.
Встановлено, що ПАР, синтезовані R. erythropolis IMВ Ac-5017 на усіх субстратах (етанол, очищений гліцерин, відходи виробництва біодизелю, рафінована та відпрацьована соняшникова олія різної якості) характеризувалися високою антимікробною активністю щодо бактерій і дріжджів роду Candida (мінімальні інгібуючі концентрації від 2 до 500 мкг/мл), здатністю у невисоких концентраціях (3-9 мкг/мл) знижувати на 25-60 % адгезію тест-культур на абіотичних поверхнях, а також за концентрації 12-30 мкг/мл руйнувати на 20-80 % бактеріальні біоплівки.
Встановлено, що активатором НАДФ+-залежної глутаматдегірогенази (ключовий фермент біосинтезу поверхнево-активних аміноліпідів у R. erythropolis IMВ Ac-5017) є катіони кальцію. Додаткове внесення СaCl2 (0,1 г/л) у середовище культивування штаму ІМВ Ас-5017 супроводжувалося підвищенням НАДФ+-залежної глутаматдегірогеназної активності у два рази і синтезом ПАР, мінімальні інгібуючі концентрації яких щодо тест-культур були в 1,2-5 раз нижчими, їх адгезія на абіотичних матеріалах, оброблених такими ПАР, на 12-50 % нижчою, а ступінь руйнування біоплівок в середньому на 9-10 % вищою порівняно з показниками, встановленими для ПАР, одержаних на базовому середовищі без Са2+.
Внесення 0,1 мМ Сu2+ (активатор алкангідроксилази – першого ферменту катаболізму н-алканів) в експоненційній фазі росту R. erythropolis IMВ Ac-5017 на невуглеводневих субстратах (етанол, гексадекан, відпрацьована соняшникова олія) супроводжувалося утворенням ПАР, за наявності яких ступінь розкладання нафти підвищувався на 8-13 % порівняно з використанням препаратів ПАР, синтезованих у середовищі без катіонів міді.
Ступінь деструкції через 17-20 діб комплексних з важкими металами (0,1 М Cu2+, 0,01 М Cd2+ і 0,01 мМ Pb2+) нафтових забруднень у воді (2,6 г/л) і ґрунті (20,0 г/кг) за наявності 5 % культуральної рідини після вирощування R. erythropolis ІМВ Ac-5017 на етанолі, гексадекані і відпрацьованій олії з добавленням 0,1 М Cu2+ досягав 70-99 %.
На відміну від відомих у світі поверхнево-активних речовин синтезованих актинобактеріями роду Rhodococcus, ПАР штаму ІМВ Ас-5017 є препаратами мультифункціонального призначення, оскільки крім високої ефективності деструкції нафтових забруднень, у тому числі й комплексних з важкими металами, ПАР характеризуються високою антимікробною та антиадгезивною активністю, у тому числі й здатністю до деструкції біоплівок.
Ключові слова: Rhodococcus erythropolis IMВ Ac-5017, поверхнево-активні речовини, промислові відходи, біологічна активність, деструкція ксенобіотиків.
