ниска

В
В 		В

Персонализирани услуги

Списание

  • SciELO Analytics
  • Google Scholar H5M5 ()

Член

  • Испански (pdf)
  • Статия в XML
  • Препратки към статии
  • Как да цитирам тази статия
  • SciELO Analytics
  • Автоматичен превод
  • Изпратете статия по имейл

Индикатори

  • Цитирано от SciELO

Свързани връзки

  • Подобно в SciELO
  • uBio

Дял

Перуански вестник по биология

версия В он-лайн В ISSN 1727-9933

Rev. peru biol.V vol.17В n.1В LimaАприл В 2010

ОРИГИНАЛНИ РАБОТИ

Биоразграждане на полиетилен с ниска плътност чрез действие на микробен консорциум, изолиран от санитарно депо, Лима, Перу

Биоразграждане на полиетилен с ниска плътност чрез действието на микробен консорциум, изолиран от депо, Лима, Перу

Диего Урибе; Даниел Хиралдо; Сусана Гутиерес и Фернандо Мерино

Лаборатория по микробиология и микробна биотехнология, Факултет по биологични науки, Universidad Nacional Mayor от Сан Маркос. Апартамент 110058, Лима 11, Перу. Електронна поща Диего Урибе: [email protected]

В настоящата работа ние описваме активността на изолиране и биоразграждане на микроорганизмите върху полиетилен с ниска плътност. Микроорганизмите са изолирани от пластмасови материали с доказателства за влошаване от санитарно депо в Лима. Пробите бяха филтрирани и предварително избрани в среда с минерални соли при рН 5,5 и 7, съответно за гъбички и бактерии. Изолирани са 6 щама, идентифицирани като Pseudomonas sp. MP3a и MP3b, Penicillium sp. MP3a, Rhodotorula sp. MP3b, Hyalodendron sp. MP3c и неидентифицирана мая. Разграждащото действие на изолирания микробен консорциум се доказва от вариации в инфрачервения спектър на полиетилена по отношение на полимера без обработка, наблюдавайки намаляването на карбонилния индекс (83,89% при pH 7 и 4,08% при pH 5,5) и прекратяване с двойно връзки (19,77% при pH 7 и 6,47% при pH 5,5). Накрая се определя процентът на загубено тегло от полиетилена, подложен на изолираните щамове, като се наблюдава намаление от 5,4% при рН 7 и 4,8% при рН 5,5.

Ключови думи: Спектроскопия, полиетилен, пластмаси, биоразграждане, полимери.

В тази статия ние описваме активността на изолиране и биоразграждане на микроорганизмите върху полиетилен с ниска плътност. Микроорганизмите са събрани от пластмасови материали с доказателства за влошаване от депо. Пробите бяха филтрирани и избрани в среда с минерални соли при рН 5,5 и 7 за бактерии и гъби, съответно. Бяха изолирани шест щама, идентифицирани като Pseudomonas sp. Hyalodendron sp., Penicillium sp. и Rhodotorula sp. Микробната активност се доказва от промени в инфрачервения спектър на полиетилена по отношение на полимера без обработка. Наблюдавано е намаляване на карбонилния индекс (83,89% при рН 7 и 4,08% при рН 5,5) и индекс на двойни връзки (19,77% при рН 7 и 6,47% при рН 5,5). Накрая определихме процента загуба на тегло от полиетилена, подложен на активност на щамовете, с намаление от 5,4% при pH 7 и 4,8% при pH 5, 5.

Ключови думи: Спектроскопия, полиетилен, пластмаси, биоразграждане, полимери.

В момента пластмасите са широко използвани продукти и се произвеждат в големи количества; поради тяхната трудна минерализация обаче те са едни от най-важните замърсители в почвите и океаните (Allsopp et al. 2007).

Изследванията по проблема с пластмасите са насочени към намиране на различни алтернативи за повторна употреба или разграждане. Произведени са варианти на пластмаси, които съдържат прооксиданти или биологично разградими полимери и които позволяват пълната им минерализация (Burgess-Cassler et al. 1991; Scott 1990; Johnson et al. 1993). В момента изследванията върху бактерии, актиномицети и гъби (Lee et al. 1990), които оптимално биоразграждат тези полимери, или определят условията, които биха благоприятствали това действие в околната среда, са от особено значение (Bonhommea et al. 2003; Orhan et al . 2004). От друга страна, микроорганизмите, способни да синтезират биоразградими полимери, са изследвани за създаване на нови пластмаси (Martins & Marconato 2006) и микроорганизми, които произвеждат извънклетъчни ензими, които променят физичните и химичните свойства на полимера (Burgess-Cassler et al. 1991; Pometto et al. 1992; Iman and Gould 1990; Ishigaki et al. 2000).

Тази работа изследва проби от влошен пластмасов материал при търсене на микроорганизми с капацитет за биоразграждане върху полиетилен с ниска плътност (LDPE) и оценява тяхната активност при контролирани условия.

Материали и методи

Колекция. - Три проби от пластмасови материали с признаци на влошаване бяха събрани между 15 и 20 см дълбочина, те бяха събрани от платформа № 1 на санитарното депо Portillo Grande в Лурин, Лима. Пробите бяха прехвърлени с охлаждащ материал в лабораторията за обработка.

Селективно обогатяване. - Пробите бяха потопени във физиологичен разтвор (0,85% NaCl), енергично разклащайки съдържанието, за да ресуспендират прилепналите към пластмасата микроорганизми; по-късно те бяха филтрирани с хартия Whatman с различна порьозност, накрая тя беше концентрирана върху мембранен филтър 0,45 µm; който служи като инокулум за обогатяваща среда при pH 7,0 за изолиране на бактерии и при pH 5,5 за селекция на гъби и дрожди.

Микроорганизмите с капацитет за биоразграждане са предварително подбрани в среда с минерални соли (MSM) (Bonhommea et al. 2003), съставена от (g.L -1) MgS04 (7H20), 0.5 g; KH2P04, 0,5 g; Na2 HPO4 (12Н20), 2.52 g; NH 4 Cl, 1 g; CaCl2, 0,002 g; MnS04 (7H2O), 0,007 g; FeSO 4 (7H2O), 0,001 g и ZnSO 4 (7H2O), 0,007 g. Допълнено с 0,02% екстракт от дрожди и 20 g химически чисти полиетиленови мъниста с ниска плътност (единствен източник на въглерод), дезинфекцирани в 10% (v/v) натриев хипохлорит и детергент, стерилна вода, темперирана при 80 ° C и етилов алкохол при 70 ° C.

Идентификация. - Културите са разработени в контейнери с херметично затваряне, заемащи по-малко от първата трета от общия обем на колбата (100 ml); инкубира се в продължение на 45 дни при стайна температура (20 ºC). Разгледани са контроли без инокулация и за двете условия (рН 7,0 и рН 5,5). След 45 дни 10 ml от обогатителната култура се прехвърлят в нова MSM + LDPE среда, но без дрожден екстракт. Тази култура е разработвана в продължение на 60 дни.

Микроорганизмите, избрани при обогатяването, се посяват чрез изчерпване на хранителен агар, културите при рН 7,0 и тези, съответстващи на рН 5,5 на глюкозен агар Sabouraud. Получените микроорганизми от всяка изолация се консервират върху TSA и ASG агар в наклонена равнина за намерените микробни групи.

За идентифициране на родовете бяха проведени биохимични тестове за Грам положителни микроорганизми (каталаза, оцветяване на спори, подвижност, асимилация на въглехидрати) и API 20NE за Грам отрицателни изолати. Гъбите са идентифицирани чрез развитието на микрокултури в ASG за разпознаване на репродуктивни структури.

FTIR анализ на полиетилен с ниска плътност. - Като предходна стъпка към количествената оценка, беше извършен анализ чрез инфрачервена спектроскопия на PEBD мъниста, използвани в една от културите за обогатяване, за да се провери съществуването на микробна атака от щамовете по време на процеса на предварителен подбор. Използвано е оборудване FTIR (инфрачервена спектроскопия с преобразуване на Фурие), където PEBD е анализиран, за да се получат характерните функционални групи и редукционните индекси на C-O и C = C, които означават ефектите на биоразграждане върху полимера.

Количествен тест за разграждане на LDPE. - Количественият тест за способността за биоразграждане се състои от определяне на количеството загубено тегло в период на инкубация от 2 месеца на предварително претеглен лист LDPE.

За това бяха направени клетъчни суспензии във физиологичен разтвор, съвместими с McFarland епруветка 2, с изолираните щамове, съответстващи на всеки консорциум, които бяха инокулирани в MSM среда (100 ml) с предварително стерилизирани LDPE дискове и претеглени на аналитична везна. (± 0,001 g). Инкубационните условия бяха подобни на споменатите в продължение на 60 дни. В края на инкубацията LDPE се дезинфекцира, за да се елиминира биофилмът, генериран на повърхността, пластмасовите дискове се претеглят и се определя процентът на загубено тегло. Претеглянето се извършва в три екземпляра.

Резултати и дискусия

През последните 2 месеца на инкубация в проба номер 3 (MP3) се наблюдава развитието на мицели на повърхността на PEBD мъниста и появата на много тънки филми като доказателство за възможна микробна атака.

Два щама бяха изолирани в културата при pH 7,0 и 4 щама при pH 5,5 от културата, разработена за MP3 (Таблица 1).

Качественият анализ на FTIR на LDPE зърната на MP3 културите, обозначава вариации в пиковете, съответстващи на функционалните групи, присъстващи в полиетилен (етиленов полимер), които са инвариантни по природа (Фиг. 1).

Спектрите показват значителни вариации в CO групите (контрол 1726.17 cm -1; pH 5.5, 1727.97 cm -1; pH 7.0, 1721.10 cm -1) и C = C (контрол 1371, 77 cm -1; pH 5.5, 1371.05 cm -1; рН 7,0, 1371,85 cm -1) (Фиг. 2, 3 и 4). Тази култура е избрана за този тест, тъй като показва доказателства за микробна активност поради появата на мицели и малки биофилми на повърхността. FTIR позволява да се покаже намаление от 83,89% от въглеродния източник, съответстващ на функционалната група CO за pH 7,0 и по същия начин за C = C с редукционен индекс от 19,77% при pH 5,5 (Таблица 2).

Тези данни са получени чрез установяване на връзка между пиковата абсорбция на функционалните групи CO (близо до 1700-1735 cm -1) и C = C (близо до 1340-1410 cm -1) и абсорбцията на CH пик 2 (близо до 1465).

Получава се 5,4% намаление на общото тегло на полиетилена под действието на консорциума, съставен само от бактерии (рН 7,0). Процентът на загубено тегло, получен при използване на изолирани дрожди и гъби, е 4,8% (рН 5,5), което, макар и по-ниско, е важен резултат за условията, при които е разработен тестът.

Извършените тестове използват един източник на въглерод през целия инкубационен период, основната характеристика на всеки тест за биоразграждане. Това се прилага от предварителния подбор на щамовете, за да се извърши изолирането. За първата култура за обогатяване решихме да използваме, освен източника на въглерод, много малък процент (0,02%) екстракт от дрожди в средата; тъй като преди това е бил тестван с добри резултати, въпреки че други автори обмислят използването на глюкоза или друг източник на въглерод, който се елиминира от културата чрез последователни пасажи в определени моменти. Като се има предвид това, заключаваме, че използването на предшественик на растежа в минимални концентрации би помогнало да се „предложи” развитието на умерен растеж на микроорганизмите, присъстващи в пробата, така че те след това да бъдат ефективно възстановени в следващ период на подбор с източника изпитваният въглерод, в този случай полиетилен с ниска плътност.

По време на втория етап на обогатяване, при който се използва само MSM + LDPE, беше възможно да се наблюдава развитието на мицели и биофилм, образуван на повърхността на полимерните зърна, което подчерта значението на тази проба за последващото изолиране на техните консорциуми . Развитието на биофилми или мицели на повърхността на полиетилена би показало влошаващото се или разграждащо действие на микроорганизмите.

Родовете, идентифицирани в MP3 консорциумите за култура, са микроорганизми, споменати в произведения, свързани с биоразграждането и биоразграждането на пластмасите; по този начин имаме различни видове Pseudomonas, които са способни да упражняват разграждаща активност върху полимери като полиуретан (Howard 2002) и поливинилхлорид, наред с други молекули, като полиетиленгликол (Obradors & Aguilar 1991), които също са плячка на метаболизма гъвкавост на този щам (Wasserbauer et al. 1990). Различните видове Bacillus са способни да произвеждат екзоензим, който влияе върху целулозния ацетат, материал, използван за рентгеново развитие в медицината (Ishigaki et al. 2000). Видовете Penicillium показват своята разграждаща активност върху полиетилена заедно с Bacillus sp. (Seneviratne et al. 2006). Съобщава се и за биологично влошаване от водорасли и други видове микроорганизми като Sphingomonas sp., Arthrobacter sp. (Imam & Gould 1990), Streptomyces sp. (Lee et al. 1990), Brevibacillus sp. (Hadad et al. 2005) и Flavobacterium sp. (Koutny 2009). Към този списък, нашата работа докладва Hyalodendron sp.

Микробната активност върху пластмасите се дава чрез ензимно действие, много автори предполагат, че същият ензим, който инициира разграждането на въглеводородите (алкан моноксигеназа), е отговорен за микробната атака върху повърхността на синтетичните полимери (Seneviratne 2006).

Трябва да се отбележи, че възстановяването на щам в деградационен консорциум не означава непременно, че той е способен сам да минерализира полимера в неговата пълнота. Извършени са проучвания, които показват, че наличието на гъбички в този тип консорциум поражда възможността за съмнение относно неговата способност за разграждане; Факт е, че те са толкова биохимично гъвкави, че могат да приемат като източник на въглерод продуктите от разграждането на другите щамове, съставляващи консорциума, поради което би било важно да се разработят индивидуални тестове за биоразграждане за всеки открит микроорганизъм.

Авторите благодарят на д-р Педро Кастеланос за помощта при идентифицирането на гъбичките.

Allsopp M., A. Walters, D. Santillo, et al. 2007. Замърсяване с пластмаса в световния океан. GreenPeace. (достъп: 16.01.2010 г.)

Bonhommea S., A. Cuerb, A.M. Delortb, et al. 2003 Биоразграждане на полиетилена в околната среда. Разграждане и стабилност на полимера 81: 441-452.

Burgess-Cassler A., ​​S.H. Имам и Дж. Гулд 1991. Амилазни дейности с високо молекулно тегло от бактерии, разграждащи нишестено-пластмасови филми. Приложна и екологична микробиология 57: 612-614.

Gulmine J.V., P.R. Янисек, Х.М. Heise, et al. 2002. Характеризиране на полиетилен от FTIR. Изпитване на полимери 21: 557-563.

Hadad D., S. Geresh & A. Sivan 2005. Биоразграждане на полиетилен от термофилната бактерия Brevibacillus borstelensis. Списание за приложна микробиология 98: 1093-1100.

Хауърд Г.Т. 2002. Биоразграждането на полиуретана: преглед. Международно биоразграждане и биоразграждане 49: 245-252.

Имам С.Х. & Gould J.M. 1990. Адхезия на Amylolytic Arthrobacter sp. Към пластмасови филми, съдържащи нишесте. Приложна и екологична микробиология 56: 872-876

Ishigaki T., W. Sugano, M. Ike, et al. 2000. Ензимно разграждане на целулозна ацетатна пластмаса чрез нова разграждаща се бактерия Bacillus sp. S2055. Journal of Bioscience and Bioingineering 90 (4): 400-405.

Джонсън К. Е., А.Л. Pometto III & Z.L. Николов 1993. Разграждане на разградими нишестено-полиетиленови пластмаси в компостна среда. Приложна и екологична микробиология 59: 1155-1161.

Koutny M., P. Amato, M. Muchova и др. 2009. Почвени бактериални щамове, способни да растат на повърхността на окислен полиетиленов филм, съдържащ прооксидантни добавки. Международно биоразграждане и биоразграждане 63: 354-357.

Лий Б., А.Л. Pometto III, A. Fratzke, et al. 1990. Биоразграждане на разградим пластмасов полиетилен от видове Phanerochaete и Streptomyces. Приложна и екологична микробиология 57: 678-685.

Lucas N., C. Bienaime, C. Belloy, et al. 2008. Полимерно биоразграждане: Механизми и техники за оценка. Хемосфера 73: 429-442

Martins S. M. & J.C. Marconato 2006. Biodegradáveis ​​Polymers - частично решение за намаляване на количеството на две пластмасови остатъци. Quim. Nova 29 (4): 811-816.

Obradors N. & J. Aguilar 1991. Ефективно биоразграждане на високомолекулни полиетиленови гликоли от чисти култури от Pseudomonas stutzeri. Приложна и екологична микробиология 57 (8): 2383-2388

Орхан Й., Й. Хренови? & H. Büyükgüngör. 2004. Биоразграждане на пластмасови торби с компост при контролирани почвени условия. Протокол Чим. Слов. 51: 579-588.

Pometto III A.L., B. Lee & K.E. Джонсън 1992. Производство на извънклетъчен разграждащ полиетилен ензим (и) от Streptomyces Species. Приложна и екологична микробиология 58: 731-733.

Scott G. 1990. Фотобиоразградими пластмаси: тяхната роля в опазването на околната среда. Разграждане и стабилност на полимера 29: 135-154.

Seneviratne G., N. S. Tennakoon, M. L. M. A. W. Weerasekara et al 2006. Полиетиленово биоразграждане чрез развит биофилм Penicillium-Bacillus. Текуща наука 90 (1): 20-21.

Wasserbauer R., M. Beranovti & D. Vancurovk 1990 Биоразграждане на полиетиленови почви от бактериални и чернодробни хомогенати. Биоматериали 11: 36-40

Доклад, представен на XVIII научна среща на Изследователския институт по биологични науки „Антонио Раймонди“, „200 години от рождението на Чарлз Дарвин и 150-годишнината от публикуването на„ За произхода на видовете чрез средствата на естествения подбор “. От 19 до 21 август 2009г.

Публикувано в печат: 20.10.2010
Публикувано онлайн: 29.09.2010