Registration Number
0826U005202, PhD dissertation
Status
Доктор філософії
Date
14-10-2026
popup.evolution
o
Чому дисертація має статус "Запланована"?
Title
Metabolites of bacteria of the family Bacillaceae as promising agents for the production of biodegradable plastics
Author
Alina V. Kharchuk,
popup.head Maksym A. Kharkhota
popup.opponent Mykola V. Patyka
popup.opponent Oksana I. Skrotska
popup.opponent Nataliia Y. Vasylieva
popup.review Halyna O. Iutynsʹka
popup.rada
Institute of Microbiology and Virology named after D. K. Zabolotny of the National Academy of Sciences of Ukraine
Description
Дисертаційна робота присвячена науковому обґрунтуванню можливості використання метаболітів бактерій родини Bacillaceae, а саме полі-β-гідроксиалканоатів (ПГА), для створення біодеградабельних і біосумісних матеріалів та композитів на їх основі.Накопичення синтетичних полімерів є однією з найгостріших екологічних проблем XXI століття. Поширені пластики стійкі до природної деградації, а їх фрагментація призводить до утворення мікро- та нанопластику. Серед біопластиків ПГА вирізняються поєднанням біодеградабельності, біосумісності та широкого спектра фізико-хімічних і механічних властивостей. ПГА перспективні для медичних виробів, оскільки продукти їх деградації, зокрема 3-гідроксибутират, є природними метаболітами ссавців. Представники Bacillaceae є перспективними продуцентами завдяки відсутності ліпополісахаридів, що важливо для біомедичного застосування.Дані про виділення та характеристику аеробних спороутворювальних бактерій-продуцентів ПГА з території України практично відсутні. Це є географічною прогалиною з огляду на різноманіття екотопів України, зокрема Чорнобильської зони відчуження.
Метою дисертаційної роботи було визначити здатність бактерій родини Bacillaceae до біосинтезу ПГА, вивчити фізико-хімічні та механічні властивості синтезованих продуктів і розробити на їх основі біодеградабельні матеріали медичного призначення.
Об'єктом дослідження були біосинтез ПГА аеробними спороутворювальними бактеріями родини Bacillaceae та формування полімерних матеріалів і композитів на їх основі.
Проведено скринінг 300 ізолятів аеробних спороутворювальних бактерій, виділених із ґрунту, донних відкладень і філосфери рослин в Україні, Єгипті, Індії, Еквадорі та Туреччині. Виявлено 58 штамів-продуцентів ПГА, що належать до клад Bacillus subtilis, Bacillus cereus та Priestia endophytica. Вперше виділено й досліджено вітчизняні штами-продуценти ПГА, у тому числі з донних відкладень водойм Чорнобильської зони відчуження.
За результатами поліфазного таксономічного аналізу найперспективніші штами ідентифіковано як B. pseudomycoides CHAES I 2_2, Bacillus sp. 5w2, Priestia endophytica UCM B-5715 та Priestia endophytica CHAES 5_14. Аналіз повногеномних послідовностей виявив повний кластер генів біосинтезу ПГА, ортологічний до валідованих кластерів Bacillus cereus YB-4 та Priestia megaterium ATCC 11561, вперше для штамів роду Priestia. Реконструкція метаболічних шляхів підтвердила участь ацетил-КоА-ацетилтрансферази, ацетоацетил-КоА-редуктази та ПГА-синтази PhaC у синтезі полімеру, а ПГА-деполімерази — у його деградації.
Для детального вивчення відібрано P. endophytica CHAES 5_14. Встановлено, що штам синтезує полі-3-гідроксибутират (ПГБ) у вигляді внутрішньоклітинних гранул. Середня молекулярна маса полімеру становить 181442 Да, температура склування — 2,3 °C, піки плавлення — 155 і 164,5 °C, теплота плавлення — 77,3 Дж/г, початок термічної деструкції — 271 °C. Міцність на розтяг плівок ПГБ становить 21,2±3 МПа, подовження при розриві — 12,5±4 %, що підтверджує перспективність полімеру для біомедичного застосування.
Розроблено композити ПГБ з гідроксиапатитом (ПГБ/ГА). Їх міцність на розтяг становила 14,3±2 МПа, подовження при розриві — 8,5±1,2 %. Матеріал є перспективним для кісткових імплантатів.
Оптимізовано умови глибинного культивування P. endophytica CHAES 5_14 у лабораторному біореакторі: рН 7,0, температура 37 °C, глюкоза як джерело вуглецю та глутамінова кислота як джерело азоту. Максимальний синтез ПГБ — 1,32 г/л — зафіксовано на 16-й годині у стаціонарній фазі. Планування експерименту типу DSD виявило значущі фактори середовища та потенціал подальшого підвищення виходу полімеру.
ПГБ і ПГБ/ГА не проявляли антимікробних властивостей, але можуть бути носіями біологічно активних речовин. На клітинній лінії MA-104 загибель клітин становила близько 5 %. Підшкірна імплантація щурам Wistar протягом 22 діб не спричиняла вираженої системної запальної відповіді, відторгнення чи локальних некрозів; встановлено задовільну тканинну інтеграцію та відсутність токсичного впливу на печінку і шкіру.
За чотири тижні інкубації у фізіологічному розчині та плазмі крові ПГБ і ПГБ/ГА зберігали структурну стабільність. У природному ґрунті чистий ПГБ втрачав близько 85,8 % початкової маси, а ПГБ/ГА — 44,0 %, що свідчить про вищу стійкість композиту. Дані СЕМ та FTIR підтвердили мікробно-опосередковану деградацію матеріалів.
Практичне значення роботи полягає у створенні першої в Україні колекції бактерій-продуцентів ПГА, комплексній характеристиці перспективних штамів, встановленні оптимальних умов синтезу, розробленні методів виділення й очищення полімеру та створенні матеріалів на основі ПГБ, перспективних для тканинної інженерії кістки та як носіїв біологічно активних речовин.
Registration Date
2026-09-11
popup.nrat_date
2026-09-11 / 2026-10-01
