következőkből

В
В 		В

Testreszabott szolgáltatások

Magazin

  • SciELO Analytics
  • Google Tudós H5M5 ()

Cikk

  • Spanyol (pdf)
  • Cikk XML-ben
  • Cikk hivatkozások
  • Hogyan lehet idézni ezt a cikket
  • SciELO Analytics
  • Automatikus fordítás
  • Cikk küldése e-mailben

Mutatók

  • Idézi SciELO

Kapcsolódó linkek

  • Hasonló a SciELO-ban
  • uBio

Részvény

Perui Journal of Biology

verzióВ on-line ISSN 1727-9933

Rev. peru biol.В.17В n.1В LimaВ 2010. ápr

Eredeti munkák

Kis sűrűségű polietilén biodegradációja egy egészségügyi hulladéklerakóból izolált mikrobiális konzorcium hatására, Lima, Peru

Kis sűrűségű polietilén biodegradációja egy hulladéklerakóból izolált mikrobiális konzorcium hatására, Lima, Peru

Diego Uribe; Daniel Giraldo; Susana Gutiérrez és Fernando Merino

Mikrobiológiai és mikrobiológiai biotechnológiai laboratórium, Biológiai Tudományok Kar, Universidad Nacional de San Marcos polgármester. Apartado 110058, Lima 11, Peru. Email Diego Uribe: [email protected]

Jelen munkánkban leírjuk a mikroorganizmusok kis sűrűségű polietilénen történő izolálását és biodegradációs aktivitását. A mikroorganizmusokat műanyagból izolálták, és a limai egészségügyi hulladéklerakóban romlás mutatkozott. A mintákat szűrjük és ásványi só táptalajban (pH = 5,5) és 7-re előszelektáljuk gombák és baktériumok szempontjából. 6 törzset izoláltunk, Pseudomonas sp. MP3a és MP3b, Penicillium sp. MP3a, Rhodotorula sp. MP3b, Hyalodendron sp. MP3c és azonosítatlan élesztő. Az izolált mikrobiális konzorcium lebontó hatását a polietilén infravörös spektrumának változása bizonyította a kezelés nélküli polimerhez viszonyítva, figyelemmel kísérve a karbonilindex csökkenését (83,89% 7-es pH-nál és 4,08% -ot 5,5-nél), valamint kettős befejezéssel. kötések (19,77% pH 7-nél és 6,47% pH 5,5-nél). Végül meghatároztuk az izolált törzseknek kitett polietilén által elvesztett tömeg százalékos arányát, 5,4% -os csökkenést figyelve meg pH 7-nél és 4,8% -ot pH 5,5-nél.

Kulcsszavak: Spektroszkópia, polietilén, műanyagok, biodegradáció, polimerek.

Ebben a cikkben leírjuk a mikroorganizmusok kis sűrűségű polietilénen történő izolálását és biodegradációs aktivitását. A mikroorganizmusokat műanyagból gyűjtötték, és bizonyították, hogy a hulladéklerakó romlik. A mintákat leszűrtük, és ásványi só táptalajban szelektáltuk pH = 5,5-nél és 7-nél baktériumok és gombák szempontjából. Hat törzset izoláltunk, Pseudomonas sp. Hyalodendron sp., Penicillium sp. és a Rhodotorula sp. A mikrobiális aktivitást a polietilén infravörös spektrumában bekövetkezett változások bizonyították kezelés nélkül a polimerrel szemben. A karbonil-index csökkenését (83,89% 7-es pH-nál és 4,08% -ot 5,5-nél) és a kettős kötés-indexet (19,77% 7-es pH-nál és 6,47% -ot 5,5-nél) figyelték meg. Végül meghatároztuk a törzsek aktivitásának kitett polietilén által elvesztett tömeg százalékos arányát, pH 5-nél 5,4% -kal, pH 5-nél 5% -kal 5.

Kulcsszavak: Spektroszkópia, polietilén, műanyagok, biodegradáció, polimerek.

Jelenleg a műanyagokat széles körben használják és nagy mennyiségben gyártják; Nehéz mineralizációjuk miatt azonban az egyik legfontosabb szennyező anyag a talajban és az óceánokban (Allsopp et al. 2007).

A műanyagok problémájának kutatása különböző alternatívák megtalálására irányul az újrafelhasználás vagy lebomlás szempontjából. Olyan műanyagváltozatokat állítottak elő, amelyek prooxidánsokat vagy biológiailag lebontható polimereket tartalmaznak, és amelyek lehetővé teszik azok teljes mineralizálódását (Burgess-Cassler és mtsai 1991; Scott 1990; Johnson és mtsai 1993). Jelenleg különös jelentőséggel bírnak azok a baktériumok, aktinomicéták és gombák (Lee és mtsai 1990), amelyek optimálisan biodegradálják ezeket a polimereket, vagy meghatározzák azokat a körülményeket, amelyek kedveznének ennek a cselekvésnek a környezetben (Bonhommea és mtsai 2003; Orhan és mtsai. 2004). Másrészt biológiailag lebomló polimerek szintetizálására képes mikroorganizmusokat vizsgálnak új műanyagok létrehozására (Martins & Marconato 2006), valamint olyan mikroorganizmusokra, amelyek extracelluláris enzimeket állítanak elő, amelyek megváltoztatják a polimer fizikai és kémiai tulajdonságait (Burgess-Cassler et al. 1991; Pometto és mtsai 1992; Iman és Gould 1990; Ishigaki és mtsai 2000).

Ez a munka a romlott műanyag mintáinak vizsgálatát végzi, alacsony sűrűségű polietilénen (LDPE) történő biodegradációs képességű mikroorganizmusok felkutatása céljából, és ellenőrzött körülmények között értékeli azok aktivitását.

Anyagok és metódusok

Gyűjtemény. - 15 és 20 cm mélységben három, romlás jeleit mutató műanyag mintát gyűjtöttek, amelyeket a Lima Lurínban található Portillo Grande egészségügyi hulladéklerakó 1. számú peronjáról gyűjtöttek. A mintákat hűtőanyaggal a laboratóriumba vitték feldolgozásra.

Szelektív dúsítás. - A mintákat sóoldatba (0,85% NaCl) merítettük, a tartalmat erőteljesen rázva a műanyaghoz tapadt mikroorganizmusok újraszuszpendálásához; később különböző porozitású Whatman-papírral leszűrték, végül 0,45 µm-es membránszűrőn bepárolták; amely oltóanyagként szolgált a dúsító közeghez pH 7,0-nél a baktériumok izolálásához és pH 5,5-nél a gombák és élesztők kiválasztásához.

A biodegradációs képességű mikroorganizmusokat ásványi sóközegben (MSM) (Bonhommea és mtsai. 2003) választottuk ki, amely 0,5 g (g.L-1) MgS04 (7H20) -ból állt; 0,5 g KH2P04; Na2HPO4 (12H20), 2,52 g; NH4CI, 1 g; CaCl2, 0,002 g; MnS04 (7H20), 0,007 g; 0,001 g FeS04 (7H20) és 0,007 g ZnS04 (7H20). 0,02% élesztő kivonattal és 20 g kémiailag tiszta, kis sűrűségű polietilén gyöngyökkel (egyedüli szénforrás) kiegészítve, 10% (v/v) nátrium-hipoklorit és mosószer oldattal, 80 ° C-on hőkezelt steril vízzel és 70 ° C-os etil-alkohollal fertőtlenítve.

Azonosítás. A tenyészeteket hermetikusan záródó tartályokban fejlesztették ki, amelyek a lombik teljes térfogatának (100 ml) kevesebb mint az első harmadát elfoglalták; inkubáljuk 45 napig szobahőmérsékleten (20 ° C). Az oltás nélküli kontrollokat mindkét esetben (pH 7,0 és pH 5,5) vettük figyelembe. 45 nap elteltével 10 ml dúsítási tenyészetet egy új MSM + LDPE táptalajba helyeztünk, de élesztő kivonat nélkül. Ezt a kultúrát 60 napig fejlesztették.

A dúsításban kiválasztott mikroorganizmusokat tápanyag-agarra történő lemerítéssel oltottuk be, a tenyészeteket 7,0 pH-értéken és a Sabouraud glükóz-agaron 5,5-nek megfelelő mikroorganizmusokat oltottuk be. Az egyes izolációkból kapott mikroorganizmusokat TSA és ASG agaron ferde síkban konzerváltuk a talált mikrobacsoportokhoz.

A nemzetségek azonosításához biokémiai vizsgálatokat végeztek Gram pozitív mikroorganizmusokkal (kataláz, spórafestés, motilitás, szénhidrát asszimiláció) és API 20NE Gram negatív izolátumok esetében. A gombákat az ASG-ben mikrokultúrák kifejlesztésével azonosították a reproduktív struktúrák felismerésére.

Kis sűrűségű polietilén FTIR-elemzése. - A kvantitatív értékelés előző lépéseként az egyik dúsító kultúrában használt PEBD gyöngyök infravörös spektroszkópiás elemzését végeztük a mikrobiális támadás fennállásának igazolása érdekében. törzsek által az előszelekciós folyamat során. FTIR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy) berendezést alkalmaztunk, ahol az LDPE-t elemezve kaptuk meg a jellegzetes funkcionális csoportokat és a C-O és C = C redukciós indexeket, amelyek a polimer biológiai lebonthatását jelzik.

Az LDPE lebomlásának kvantitatív tesztje. - A biodegradációs képesség kvantitatív tesztje egy korábban lemért LDPE-lap 2 hónapos inkubációs periódus alatt elvesztett tömegének meghatározásából állt.

Ehhez sejtszuszpenziókat készítettünk sóoldatban, kompatibilisek a McFarland 2 csővel, az egyes konzorciumoknak megfelelő izolált törzsekkel, amelyeket MSM táptalajba (100 ml) oltottunk be korábban sterilizált LDPE lemezekkel, és analitikai mérleggel lemértük. (± 0,001 g). Az inkubációs körülmények hasonlóak voltak az említettekkel, 60 napig. Az inkubáció végén az LDPE-t fertőtlenítették, hogy eltávolítsák a felszínen keletkező biofilmet, lemérjük a műanyag korongokat, és meghatározzuk a leadott tömeg százalékát. A mérést három példányban hajtottuk végre.

Eredmények és vita

Az utolsó 2 hónapos inkubálás során a PEBD gyöngyök felületén a micellák kialakulását és a nagyon vékony filmek megjelenését figyelték meg a 3. számú mintában (MP3), egy esetleges mikrobiális támadás bizonyítékaként.

Két törzset izoláltunk a tenyészetben 7,0 pH-értéken és 4 törzset 5,5 pH-értéken az MP3 számára kifejlesztett tenyészetből (1. táblázat).

Az MP3 kultúrák LDPE gyöngyeinek FTIR kvalitatív elemzése a polietilénben (etilén polimer) jelen lévő funkcionális csoportoknak megfelelő csúcsok variációit jelöli, amelyek természetüknél fogva változatlanok (1. ábra).

A spektrumok szignifikáns eltéréseket mutattak a CO csoportokban (kontroll 1726,17 cm -1; pH 5,5, 1727,97 cm -1; pH 7,0, 1721,10 cm -1) és C = C (kontroll 1371, 77 cm -1; pH 5,5, 1371,05 cm) -1; pH 7,0, 1371,85 cm-1) (2., 3. és 4. ábra). Ezt a tenyésztést azért választottuk erre a tesztre, mert mikrobiális aktivitást mutatott a micellák és a kis biofilmek megjelenése miatt a felszínen. Az FTIR lehetővé tette a CO funkcionális csoportnak megfelelő szénforrás 83,89% -os redukcióját pH 7,0-nál és ugyanúgy C = C esetén 19,77% redukciós indexet pH 5,5 mellett (2. táblázat).

Ezeket az adatokat a CO funkcionális csoport (közel 1700-1735 cm-1) és a C = C (közel 1340-1410 cm-1) funkcionális csoportok abszorpciójának csúcsabszorpciója és a CH (közel 1465).

A kizárólag baktériumokból álló konzorcium (pH 7,0) hatására a polietilén össztömegének 5,4% -os csökkenését sikerült elérni. Az izolált élesztők és gombák alkalmazásával elvesztett tömeg százalékos aránya 4,8% (pH 5,5) volt, ami ugyan alacsonyabb, de szignifikáns eredmény a teszt kifejlesztésének körülményei között.

Az elvégzett tesztek egyetlen szénforrást használtak az inkubációs periódus alatt, amely minden biodegradációs vizsgálat fő jellemzője. Ezt a törzsek előzetes szelekciója alapján alkalmaztuk az izolálás elvégzésére. Az első dúsítási kultúra mellett úgy döntöttünk, hogy a szénforrás mellett nagyon kis százalékban (0,02%) élesztőkivonatot alkalmazunk a táptalajban; mivel korábban jó eredménnyel tesztelték, bár más szerzők fontolóra veszik a glükóz vagy más szénforrás használatát, amely bizonyos időpontokban egymást követő passzálások útján kikerül a kultúrából. Ennek fényében arra a következtetésre jutunk, hogy a növekedési prekurzor minimális koncentrációban történő alkalmazása segítene "javaslatot tenni" a mintában jelen lévő mikroorganizmusok mérsékelt növekedésének kialakulására, hogy ezeket aztán a következő szelekciós periódusban hatékonyan kinyerjék a vizsgált szén, ebben az esetben kis sűrűségű polietilén.

A második dúsítási szakaszban, amelyben csak MSM + LDPE-t alkalmaztak, megfigyelhető volt a micellák és a polimer gyöngyök felületén képződő biofilm kialakulása, amely rávilágított ennek a mintának a fontosságára a konzorciumok későbbi izolálása szempontjából. . Biofilm vagy micella kialakulása a polietilén felületén a mikroorganizmusok romló vagy lebontó hatását jelzi.

Az MP3 kultúra konzorciumokban azonosított nemzetségek a műanyagok biodegradációjával és biodegradációjával kapcsolatos művekben említett mikroorganizmusok; így különböző Pseudomonas-fajaink vannak, amelyek képesek lebontó aktivitást kifejteni olyan polimereken, mint a poliuretán (Howard 2002) és a polivinil-klorid, más molekulák mellett, mint például a polietilén-glikol (Obradors & Aguilar 1991), amelyek szintén az anyagcsere áldozatai. ennek a törzsnek a sokoldalúsága (Wasserbauer et al. 1990). A Bacillus különféle fajai képesek olyan exoenzim előállítására, amely befolyásolja a cellulóz-acetátot, az orvostudomány röntgen fejlesztésére használt anyagot (Ishigaki et al. 2000). A Penicillium fajok a Bacillus sp. (Seneviratne et al. 2006). Beszámoltak algák és más mikroorganizmusfajok, például a Sphingomonas sp. Által okozott biodegradációról is., Arthrobacter sp. (Imam és Gould 1990), Streptomyces sp. (Lee és mtsai 1990), Brevibacillus sp. (Hadad és mtsai. 2005) és Flavobacterium sp. (Koutny 2009). Ehhez a listához munkánk beszámol a Hyalodendron sp.

A műanyagok mikrobiális aktivitását enzimatikus hatás adja, sok szerző azt javasolja, hogy ugyanaz a enzim, amely elindítja a szénhidrogének lebontását (alkán-monoxigenáz), felelős a szintetikus polimerek felületén bekövetkező mikrobiális támadásért (Seneviratne 2006).

Meg kell jegyezni, hogy egy törzs visszanyerése egy degradációs konzorciumban nem feltétlenül jelenti azt, hogy az önmagában képes teljes mértékben teljessé tenni a polimert. Olyan tanulmányokat végeztek, amelyek azt mutatják, hogy a gombák jelenléte az ilyen típusú konzorciumokban felveti a kétségeket a lebontó képességével kapcsolatban; Az a tény, hogy annyira biokémiai szempontból sokoldalúak, hogy szénforrásként felvehetik a konzorciumot alkotó többi törzs bomlástermékeit, ezért fontos lenne minden egyes megtalált mikroorganizmusra egyedi biológiai lebonthatósági tesztet kidolgozni.

A szerzők köszönetet mondanak Dr. Pedro Castellanosnak a gombák azonosításában nyújtott segítségéért.

Allsopp M., A. Walters, D. Santillo és mtsai. 2007. Plasztikus szennyezés a világ óceánjain. Zöld béke. (hozzáférés: 2010.01.16.)

Bonhommea S., A. Cuerb, A.M. Delortb és mtsai. 2003 A polietilén környezeti biodegradációja. Polimer lebomlás és stabilitás 81: 441-452.

Burgess-Cassler A., ​​S.H. Imam & J.M. Gould 1991. Magas molekulasúlyú amiláz aktivitás baktériumokat lebontó keményítő-műanyag filmekben. Alkalmazott és környezeti mikrobiológia 57: 612-614.

Gulmine J.V., P.R. Janissek, H.M. Heise és mtsai. 2002. Polietilén jellemzés az FTIR segítségével. Polymer Testing 21: 557-563.

Hadad D., S. Geresh és A. Sivan 2005. A polietilén biodegradációja a termofil Brevibacillus borstelensis baktérium által. Journal of Applied Microbiology 98: 1093-1100.

Howard G. T. 2002. A poliuretán biodegradációja: áttekintés. Nemzetközi biodegradáció és biodegradáció 49: 245-252.

Imam S.H. & Gould J.M. 1990. Egy amilolitikus Arthrobacter sp. Keményítőtartalmú műanyag fóliákhoz. Alkalmazott és környezeti mikrobiológia 56: 872-876

Ishigaki T., W. Sugano, M. Ike és mtsai. 2000. A cellulóz-acetát műanyag enzimatikus lebontása új lebontó baktérium, a Bacillus sp. S2055. Journal of Bioscience and Bioengineering 90 (4): 400-405.

Johnson K. E., A.L. Pometto III & Z.L. Nikolov 1993. Bomló keményítő-polietilén műanyagok lebomlása komposzt környezetben. Alkalmazott és környezeti mikrobiológia 59: 1155-1161.

Koutny M., P. Amato, M. Muchova és mtsai. 2009. A prooxidáns adalékokat tartalmazó oxidált polietilén fólia felületén növekedni képes talajbaktériumtörzsek. Nemzetközi biodegradáció és biodegradáció 63: 354-357.

Lee B., A.L. Pometto III, A. Fratzke és mtsai. 1990. A lebontható műanyag polietilén biodegradációja Phanerochaete és Streptomyces fajok által. Alkalmazott és környezeti mikrobiológia 57: 678-685.

Lucas N., C. Bienaime, C. Belloy és mtsai. 2008. Polimer biodegradáció: Mechanizmusok és becslési technikák. Chemosphere 73: 429-442

Martins S. M. & J.C. Marconato 2006. Biológiailag lebomlott polimerek - részleges megoldás két műanyag maradék mennyiségének csökkentésére. Quim. Nova 29 (4): 811-816.

Obradors N. & J. Aguilar 1991. A nagy molekulatömegű polietilén-glikolok hatékony biodegradációja Pseudomonas stutzeri tiszta tenyészeteivel. Alkalmazott és környezeti mikrobiológia 57 (8): 2383-2388

Orhan Y., J. Hrenovi? & H. Büyükgüngör. 2004. Műanyag komposzt tasakok biológiai lebomlása ellenőrzött talajviszonyok között. Percek Chim. Slov. 51: 579-588.

Pometto III A.L., B. Lee & K.E. Johnson 1992. Extracelluláris polietilént lebontó enzim (ek) előállítása Streptomyces fajok által. Alkalmazott és környezeti mikrobiológia 58: 731-733.

Scott G. 1990. Fotó-biológiailag lebontható műanyagok: szerepük a környezetvédelemben. Polimer lebomlás és stabilitás 29: 135-154.

Seneviratne G., N. S. Tennakoon, M. L. M. A. W. Weerasekara et al 2006. Polietilén biodegradáció egy kifejlesztett Penicillium-Bacillus biofilm által. Current Science 90 (1): 20-21.

Wasserbauer R., M. Beranovti és D. Vancurovk 1990 A polietilén talajok biodegradációja bakteriális és májhomogenizátumok segítségével. Biomaterials 11: 36-40

Az Antonio Raimondi Biológiai Tudományok Kutatóintézetének XVIII. Tudományos találkozóján bemutatott cikk: "Charles Darwin születésének 200 éve és a" A fajok természetes szelekció útján történő megjelentetésének "megjelentetésének 150. évfordulója". 2009. augusztus 19-től 21-ig.

Megjelent nyomtatásban: 2010.10.20
Online feltöltve: 2010.09.29