Анотація до роботи:

Лозова О.Г. Дріжджі – сорбенти деяких іонів важких металів. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за спеціальністю 03.00.07 – мікробіологія. – Інститут мікробіології і вірусології ім. Д.К. Заболотного НАН України, 2004.

Дисертація присвячена вивченню біосорбційних властивостей дріжджів різних таксономічних груп по відношенню до іонів міді, свинцю та шестивалентного хрому, дослідженню їх стійкості та росту при високих концентраціях іонів важких металів в середовищі, визначенню біосорбційної спроможності на основі оцінки експериментальних ізотерм сорбції.

Для більш ефективного пошуку сорбентів зазначених вище іонів важких металів серед великої кількості штамів дріжджів був застосований модифікований нами метод Thomas Pumpel et al. За допомогою цього методу за величиною зони сорбції серед 113 штамів дріжджів були відібрані 7 активних штамів сорбентів Rhodotorula mucilaginosa УКМ-1776, Rh. aurantiaca УКМ-1195, Rhodotorula sp.4, Williopsis californica УКМ-248, Candida krusei УКМ-61т, Saccharomyces cerevisiae УКМ-1968, Cryptococcus sp. WT. Визначена їх стійкість до високих (до 750 мг/л) концентрацій іонів ВМ в середовищі. Вивчена фізіологія росту дріжджів та зміни рН середовища при їх культивуванні за присутності іонів ВМ.

Визначені оптимальні умови для проведення сорбційних експериментів. Такими умовами є рН 5.0, температура 28⁰С, концентрація біомаси 25мг/л АСP в 25 мл MES буфера, тривалість контакту – 3 години. Встановлені рівні максимальної сорбційної спроможності дріжджів та спорідненості біомаси до іонів ВМ на основі експериментально отриманих ізотерм сорбції в однакових контрольованих умовах при математичному моделюванні біосорбційного процесу окремо для кожного з досліджуваних штамів дріжджів. Найвищий рівень десорбції іонів міді, свинцю та хрому спостерігали при використанні як елюанта 0.1N ЕДТА. Визначено, що в три-металічних системах іони металів сорбуються клітинами дріжджів у менших кількостях ніж в бі-металічних та моно-металічних.

Результати проведених досліджень дають підставу рекомендувати найбільш активні штами-сорбенти важких металів C. krusei УКМ-61т, Rh. aurantiaca УКМ-1195, Rhodotorula sp. 4, Cryptococcus sp. WT та W. californica УКМ-248 для впровадження нових біотехнологічних процесів очистки промислових стічних вод від забруднення цими металами, або їх вилученням з розчинів.

1. Вперше проведений пошук дріжджів різних таксономічних груп, здатних сорбувати іони міді (II), свинцю (II) та хрому (VI). За допомогою модифікованого нами методу скринінгу на чашках з агаром серед 113 штамів – представників 23 видів 10 родів виявлено значну кількість сорбентів, серед яких перспективними є штами Rhodotorula mucilaginosa УКМ-1776, Rhodotorula aurantiaca УКМ-1195, Rhodotorula sp.4, Williopsis californica УКМ-248, Candida krusei УКМ-61т, Saccharomyces cerevisiae УКМ-1968, Cryptococcus sp. WT.

2. Вперше встановлені найбільш стійкі до високих концентрацій іонів ВМ (до 500 мг/л) штами дріжджів: для Cu²⁺ – штами Rh.aurantiaca УКМ-1195, Cryptococcus sp.WT; для Pb²⁺ – Cryptococcus sp.WT, Rh.mucilaginosa УКМ-1776; для Cr⁶⁺ – W.californica УКМ-248, C.krusei УКМ-61т.

3. Показано, що при культивуванні дріжджів в середовищі з іонами важких металів зменшується кількість біомаси, значно збільшується тривалість lag-фази, зменшується - фази експоненційного росту і збільшується - фази затримки росту, стаціонарної фази росту пігментовані штами набувають на 24 години культивування пізніше, ніж не пігментовані. Присутність в середовищі іонів Pb²⁺ та Cr⁶⁺ знижує рН від 5.0 до 2.0-3.5, іонів Cu²⁺ - до 4.0.

4. Встановлені оптимальні умови для проведення сорбційних експериментів. Такими умовами є рН 5.0, температура 28⁰С, концентрація біомаси 25мг/л АСP в 25 мл MES буфера, тривалість контакту – 3 години.

5. У випадку використання нежиттєздатної біомаси для іонів Cu²⁺ в порівнянні з існуючими дріжджами-сорбентами, отриманий конкурентно спроможний біосорбент C. krusei УКМ-61т (71 мг/г), для іонів свинцю – Rh. aurantiaca УКМ-1195 (46,6 мг/г), для іонів шестивалентного хрому - Rhodotorula sp. 4 (52,5 мг/г); життєздатної біомаси – для іонів Cu²⁺ Cryptococcus sp. WT (24,2 мг/г), для іонів Pb²⁺ Cryptococcus sp. WT (31,1 мг/г), для іонів Cr⁶⁺ W. californica УКМ-248 (46,8 мг/г).

6. Кращим елюантом іонів важких металів з поверхні клітин дріжджів є 0.1N ЕДТА, де найвищий рівень десорбції іонів Cu²⁺ і Pb²⁺ Rh. aurantiaca УКМ-1195 був відповідно 85 та 92 %, іонів Cr⁶⁺ у W. californica УКМ-248 – 81 %, що дає можливість рекомендувати дані штами для подальшого повторного використання у циклі сорбція-десорбція.

7. Присутність в розчині декількох іонів важких металів зменшує рівень їх сорбції. В три-металічних системах іони металів сорбуються клітинами дріжджів у менших кількостях ніж в бі-металічних та моно-металічних. Активність сорбції кожного іону зменшуються у напрямі Pb²⁺ > Cu²⁺ > Cr⁶⁺.

8. Результати проведених досліджень дають нам змогу рекомендувати найбільш активні штами-сорбенти важких металів родів Rhodotorula, Williopsis, Candida, Saccharomyces, Cryptococcus для впровадження нових біотехнологічних процесів очистки промислових стічних вод від забруднення цими металами, або їх вилученням з розчинів.

Публікації автора:

1. Подгорский В.С., Касаткина Т.Р., Лозовая О.Г. Дрожжи – биосорбенты тяжёлых металлов //Мікробіол. журн. – 2004. – т.66, №1. – с. 91-103 (Здобувачем особисто здійснений аналіз літературних даних, проведений пошук праць в Інтернеті та проведені теоретичні узагальнення матеріалу)

2. Лозовая О.Г., Касаткина Т.Р., Подгорский В.С. Поиск биосорбентов тяжёлых металлов среди дрожжей различных таксономических групп //Мікробіол. журн. – 2004. – т.66, №2. – с. 92-100 (Здобувачем особисто проведено експериментальні дослідження з пошуку різноманітних біосорбентів важких металів серед дріжджів, здійснено аналіз та інтерпретацію одержаних результатів, підготовку статті до друку)

3. Лозовая О.Г. Токсичность свинца и влияние его на физиологическую активность дрожжей //Современные проблемы токсикологии. – 2004. №2. – с. 27-30

4. Лозовая О.Г., Касаткина Т.Р., Подгорский В.С. Влияние хрома (VI) на физиологию роста и сорбционную способность дрожжей // Мікробіол. журн. – 2004. – т.66, №3. – с. 42-50 (Здобувач особисто брав участь в проведенні експериментів по вивченню параметрів росту та сорбційної здатності дріжджів, аналізі одержаних даних та написанні статті)

5. Kasatkina T.P., Fomina M.A., Podgorsky V.S., Lozovaya O.G. Yeasts and mycelial fungi as sorbents of heavy metals // II Международная научно-практическая конференция “Тяжёлые металлы, радионуклиды и элементы-биофилы в окружающей среде”, 16-18 октября 2002, Семипалатинск, Казахстан. Доклады конференции, том 2. – c. 524-530 (Здобувачем особисто проведено аналіз літературних даних, брав участь в проведенні експериментів з вивчення біосорбційної здатності дріжджів, провів аналіз даних, готував матеріали статті до друку)

6. Kasatkina T., Lozovaya O., Podgorsky V. Chromium (VI) biosorption by yeasts: influence of pH and biomass concentration on the biosorption // 11^th European Congress on Biotechnology, 24-29 August 2003, Basel, Switzerland. Book of Abstract. – p. 128

7. Podgorsky V.S., Lozovaya O.G., Kasatkina T.P., Fomina M.A. Agar-plate screening of effective metal biosorbents among yeasts // 15^th International Biohydrometallurgy Symposium, 14-19 September 2003, Athens-Hellas, Greece. CD-Symposium proceedings. – 10 p. (Здобувач безпосередньо брав участь в проведенні модифікації методу скринінгу на чашках з агаром, проводив пошук ефективних сорбентів іонів важких металів, здійснював аналіз даних, готував матеріали статті до друку).

8. Лозовая О.Г., Касаткина Т.П., Подгорский В.С. Оценка и прогнозирование сорбционных свойств дрожжей сорбентов ионов тяжёлых металлов // 8-я Междунар. Пущинская школа-конференция молодых учёных “Биология – наука XXI века”, 17-21 мая 2004, Пущино, Россия. Сборник тезисов. – с. 268-269

9. Лозовая О.Г., Касаткина Т.П., Подгорский В.С. Дрожжи – сорбенты тяжёлых металлов и их использование при очистке почв // Междунар. Науч. Конф. “Современные проблемы загрязнения почв”, 24-28 мая 2004, Москва, Россия. Сборник тезисов. – с. 321-323

10. Лозова О.Г., Касаткіна Т.П., Підгорський В.С. Дріжджі-десорбенти іонів важких металів // III (X) з’їзд Товариства Мікробіологів України, 15-17 вересня 2004 р., Одеса. Збірник тез. – с. 63