Search academic texts

Registration Number

0823U100041, PhD dissertation

Title

Spread of copper-resistant microorganisms and prospects of their application for environmental protection

Author

Havryliuk Olesia Anatolyivna,

popup.head Hovorukha Vira M.
popup.head Mariychuk Ruslan T.
popup.opponent Kozyrovska Natalia O.
popup.opponent Ivanitsya Volodymyr O.
popup.review Kurdish Ivan Kyrylovych
popup.review Biliavska Liudmyla O.

Status

Доктор філософії, 091, Біологія. Біологія

Date

17-11-2022

Description

Токсичні сполуки Купруму є одними з найбільш поширених та екологічно небезпечних забруднювачів довкілля. Вони потрапляють у довкілля як у місцях родовищ, так і внаслідок промислової та побутової діяльності людини. Забруднення Купрумом згубно діє на екосистеми. Найбільш потужними джерелами забруднення Купрумом є гірнично-видобувні та гірничо-переробні підприємства, а також стічні води промислових підприємств. На сьогодні, пошук ефективних методів очищення екосистем від сполук Купруму є актуальним для збереження довкілля. Перспективною є розробка мікробних методів знешкодження сполук Купруму. Ці методи потребують виділення та вивчення мікроорганізмів, що стійкі до Купруму у високих концентраціях та здатні взаємодіяти з ним (накопичувати, відновлювати, осаджувати тощо). Скринінг екосистем на наявність таких мікроорганізмів, розуміння їх молекулярних і фізіологічних механізмів стійкості та детоксикації сполук Купруму мають пріоритетне значення для охорони довкілля. Ці знання є необхідними для розробки природоохоронних біотехнологій очищення купрумвмісних стічних вод та забруднених Купрумом ґрунтів. Резистентні та неадаптовані до Купруму мікроорганізми можуть бути використані для розробки промислових біотехнологій. Вперше експериментально підтверджено положення термодинамічного прогнозування про можливість росту та взаємодії мікроорганізмів з розчинними сполуками Купруму(ІІ) за його надвисоких, одномолярних (63546 мг/л Cu2+) концентрацій. Вперше проведено скринінг природних екосистем п’яти географічних регіонів земної кулі (України, Антарктиди, Арктики, Ізраїлю та Південної Америки) на наявність купрумрезистентних мікроорганізмів. Показано їх широке розповсюдження та визначено кількісні показники стійкості до токсичних сполук Купруму. Виявлено, що у зразках ґрунту, глини і піску у значній кількості (від n×102 до n×104 КУО/г) присутні мікроорганізми, стійкі до Купруму у надвисоких концентраціях (1000 – 15500 мг/л) за культивування на агаризованому поживному середовищі. Виділено 9 бактеріальних купрум-резистентних штамів (Pseudomonas lactis UKR1, P. panacis UKR 2, P. veronii UKR 3 і UKR4, Staphylococcus succinus Cop98, Pantoea agglomerans Cop101, Bacillus mycoides Cop102, B. megaterium Cop99, B. velezensis Cop41) та 1 штам дріжджів (Rhodotorula mucilaginosa UKR5), що здатні рости у присутності 1 моль/л, тобто 63546 мг/л Cu2+ у рідкому поживному середовищі. Вперше секвеновано геноми чотирьох штамів Pseudomonas lactis UKR1, P. panacis UKR 2, P. veronii UKR 3 і UKR4, що стійкі до 1 моль/л Cu2+ та показано здатність Pseudomonas lactis UKR1 взаємодіяти зі сполуками Купруму за усіма термодинамічно допустимими шляхами: іммобілізація (акумуляція в клітинах, відновлення до нерозчинних сполук та осадження без зміни валентного стану) та мобілізація. Геномні послідовності надстійких до Купруму штамів Pseudomonas lactis UKR1, Pseudomonas panacis UKR2, Pseudomonas veronii UKR3 та Pseudomonas veronii UKR4 зареєстровані у базі даних DDBJ/ENA/GenBank з номером доступу до біопроєкту PRJNA565195 та номерами доступу до геномів – VWXW00000000, VWXV00000000, VWXU00000000, VWXT00000000 відповідно. Проведено початковий скринінг геномів, що показав наявність генетичних детермінант, які кодують стійкість до Купруму – білки А, B, D, купрум-експортуюча АТФаза copA3, мідний шаперон copZ, а також двокомпонентна регуляторна система cusRS. Доведено здатність неадаптованого до Cu2+ облігатно-анаеробного водень-синтезувального штаму Clostridium butyricum 92 іммобілізувати Cu2+ з ефективністю 88,0–99,2% у концентраційному діапазоні 50 – 200 мг/л Cu2+. Проте ефективність іммобілізації Cu2+ надстійким до Купруму штамом P. lactis UKR1 становила лише 18–76,8% за вихідної концентрації 200 мг/л Cu2+. Вперше встановлено можливість регуляції видів взаємодії мікроорганізмів зі сполуками Купруму на прикладі штаму P. lactis UKR1. Доведено високу ефективність іммобілізації Cu2+ за відновлення до нерозчинного Cu2O↓ а також осадження Cu2+ без зміни валентного стану неадаптованими до Купруму низькопотенціальними воденьсинтезувальним та метаногенним угрупованнями. Теоретично обґрунтовано та підтверджено експериментально високу ефективність акумуляції рослинами іонів токсичних металів внаслідок їх стереохімічної аналогії з макроелементами. У вегетаційних умовах доведено ефективність використання тютюну справжнього Nicotiana tabacum L. сорту Djubek для вилучення сполук зазначених металів з контамінованих ґрунтів за високої вихідної концентрації кожного з металів – 500 мг/кг ґрунту.