ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 06.04.2021
Просмотров: 250
Скачиваний: 1
На
правах
рукописи
ЕРМАКОВА
АННА
ВЯЧЕСЛАВОВНА
ПСИХРОАКТИВНЫЕ
АНАЭРОБНЫЕ
КОНСОРЦИУМЫ
И
НОВЫЕ
МЕТАНОГЕНЫ
ИЗ
АНТРОПОГЕННЫХ
МЕСТ
ОБИТАНИЯ
Специальность
03.02.03 –
микробиология
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации
на
соискание
ученой
степени
кандидата
биологических
наук
Москва
– 2013
Работа
выполнена
в
Федеральном
государственном
бюджетном
учреждении
науки
Институт
микробиологии
им
.
С
.
Н
.
Виноградского
Российской
академии
наук
(
ИНМИ
РАН
)
Научный
руководитель
:
Паршина
София
Николаевна
кандидат
биологических
наук
Официальные
оппоненты
:
Слободкин
Александр
Игоревич
доктор
биологических
наук
,
ИНМИ
РАН
,
ведущий
научный
сотрудник
,
лаборатория
гипертермофильных
микробных
сообществ
Щербакова
Виктория
Артуровна
кандидат
биологических
наук
,
Федеральное
государственное
бюджетное
учреждение
науки
Институт
биохимии
и
физиологии
микроорганизмов
им
.
Г
.
К
.
Скрябина
РАН
(
ИБФМ
РАН
),
зав
.
лабораторией
анаэробных
микроорганизмов
Ведущая
организация
:
Московский
государственный
университет
имени
М
.
В
.
Ломоносова
,
Биологический
факультет
Защита
состоится
«23»
декабря
2013
г
.
в
13.30
часов
на
заседании
диссертационного
совета
Д
002.224.01
при
ИНМИ
РАН
по
адресу
: 117312,
Москва
,
пр
-
т
60-
летия
Октября
,
д
. 7,
корп
. 2.
С
диссертацией
можно
ознакомиться
в
библиотеке
ИНМИ
РАН
.
Автореферат
диссертации
разослан
« »
ноября
2013
г
.
Ученый
секретарь
диссертационного
совета
,
доктор
биологических
наук
Хижняк
Т
.
В
.
1
ОБЩАЯ
ХАРАКТЕРИСТИКА
РАБОТЫ
Актуальность
проблемы
Согласно
современным
представлениям
,
анаэробное
превращение
практически
любого
сложного
органического
вещества
в
биогаз
проходит
несколько
последовательных
стадий
:
гидролиз
,
ферментация
,
ацетогенез
и
метаногенез
.
Весь
этот
сложный
комплекс
превращений
осуществляет
микробное
сообщество
,
включающее
,
по
некоторым
оценкам
, –
до
нескольких
сотен
видов
(Gujer & Zehnder, 1983;
Заварзин
,
1986).
Летучие
жирные
кислоты
(
ЛЖК
)
являются
важными
интермедиатами
анаэробной
деградации
органических
веществ
.
В
пресноводных
экосистемах
(
природных
и
антропогенных
)
деградация
ЛЖК
невозможна
без
участия
синтрофных
бактерий
,
так
как
изменение
свободной
энергии
Гиббса
при
окислении
ЛЖК
является
положительной
величиной
(Stams, 1994).
Такие
реакции
термодинамически
невозможны
.
Для
осуществления
реакции
окисления
ЛЖК
необходимо
снижение
концентрации
водорода
,
образующегося
в
процессе
окисления
ЛЖК
до
1-10
Па
(10
-4
атм
).
Низкую
остаточную
концентрацию
водорода
в
пресноводных
экосистемах
обеспечивают
водородиспользующие
метаногены
(McInerney et al., 2008).
Научный
интерес
к
метаногенным
сообществам
,
функционирующим
при
пониженных
температурах
,
обусловлен
большой
экологической
значимостью
низкотемпературных
микробных
экосистем
в
биосфере
Земли
.
Традиционно
в
России
сточные
воды
очищают
в
аэротенках
и
реже
–
в
анаэробных
биореакторах
.
Эти
методы
имеют
достоинства
и
недостатки
.
При
анаэробной
обработке
сточных
вод
образуется
на
порядок
меньше
биомассы
,
однако
,
анаэробная
очистка
в
реакторах
с
восходящим
потоком
среды
проводится
в
основном
в
мезофильных
(30–35°
С
)
и
термофильных
(50–55°
С
)
условиях
и
поэтому
связана
с
большими
энергозатратами
на
поддержание
определенной
температуры
в
реакторах
,
что
делает
этот
процесс
дорогим
.
Для
снижения
энергозатрат
перспективной
является
разработка
эффективной
технологии
анаэробной
предобработки
концентрированных
стоков
при
температуре
окружающей
среды
без
обогрева
реактора
или
с
подогревом
до
20–25°
С
.
Эффективная
очистка
в
таких
условиях
может
быть
достигнута
при
развитии
сбалансированного
психроактивного
микробного
сообщества
.
В
анаэробных
биореакторах
с
подачей
очищаемой
воды
снизу
(UASB, EGSB),
благодаря
гидродинамическим
условиям
,
микроорганизмы
образуют
агрегаты
(
гранулы
),
в
которых
происходит
межвидовой
перенос
водорода
между
синтрофными
бактериями
,
окисляющими
ЛЖК
,
и
водородиспользующими
метаногенами
.
В
метаногенном
сообществе
между
группами
микроорганизмов
существуют
тесные
и
сложные
2
взаимосвязи
,
в
том
числе
,
и
обратные
.
Ввиду
субстратной
специфичности
метаногенов
,
их
рост
невозможен
без
трофической
связи
с
бактериями
предыдущих
стадий
.
В
свою
очередь
,
метаногены
,
используя
вещества
,
продуцируемые
первичными
анаэробами
,
определяют
скорость
реакций
,
осуществляемых
этими
бактериями
.
Выявление
особенностей
регуляции
низкотемпературного
метаногенного
сообщества
,
выделение
и
изучение
физиологии
микроорганизмов
,
входящих
в
его
состав
,
необходимо
для
прогнозирования
поведения
микробных
сообществ
в
холодных
природных
экосистемах
,
особенно
находящихся
под
сильным
антропогенным
воздействием
.
Цели
и
задачи
исследования
Целью
работы
было
исследование
психроактивных
синтрофных
метаногенных
сообществ
,
окисляющих
летучие
жирные
кислоты
(
пропионат
и
бутират
),
выделение
и
описание
метаногенов
из
низкотемпературных
антропогенных
мест
обитания
.
Для
достижения
этой
цели
были
поставлены
следующие
задачи
:
1)
исследование
метаболической
устойчивости
психроактивного
микробного
сообщества
анаэробного
биореактора
к
временному
повышению
или
понижению
температуры
при
периодическом
культивировании
;
2)
получение
пропионат
-
и
бутират
-
окисляющих
психроактивных
микробных
консорциумов
,
изучение
их
температурных
характеристик
и
микробного
состава
;
3)
выделение
и
описание
психроактивного
метаногена
из
упомянутых
синтрофных
консорциумов
;
4)
выделение
и
описание
психроактивных
метаногенов
из
придонных
проб
заглубленного
навозохранилища
свинофермы
,
с
температурой
in situ
ниже
10°
С
.
Научная
новизна
и
практическая
значимость
работы
Впервые
исследованы
адаптационные
возможности
биомассы
низкотемпературного
анаэробного
биореактора
к
временным
изменениям
температуры
.
Выявлено
,
что
инкубирование
психроактивной
биомассы
в
течение
45-60
суток
при
температуре
30°
С
улучшает
ее
активность
при
переносе
на
10°
С
.
Впервые
из
биомассы
низкотемпературного
анаэробного
биореактора
получены
устойчивые
синтрофные
пропионат
-
и
бутират
-
окисляющие
психроактивные
метаногенные
консорциумы
,
растущие
при
пониженной
температуре
,
и
исследован
их
микробный
состав
.
3
Показана
различная
таксономическая
принадлежность
бактерий
,
составляющих
низкотемпературный
и
мезофильный
консорциумы
.
Обнаружено
,
что
большинство
бактерий
низкотемпературных
консорциумов
принадлежат
к
новым
таксонам
.
Впервые
из
антропогенных
местообитаний
–
анаэробного
реактора
и
заглубленного
навозохранилища
,
выделены
новые
психроактивные
метаногены
.
Выделен
и
описан
первый
психроактивный
гидрогенотрофный
метаноген
рода
Methanospirillum
-
Methanospirillum stamsii
Pt1
Т
из
пропионат
-
окисляющего
консорциума
.
Выделен
и
описан
новый
психроактивный
вид
рода
Methanosarcin
а
-
«
Methanosarcina
porcellina
Pr2
T
»
и
его
референтный
штамм
«
Methanosarcina
porcellina
Pr1»
из
накопительной
культуры
,
полученной
из
свиного
навоза
.
Выделена
и
частично
охарактеризована
бактерия
-
спутник
нового
вида
метаносарцины
,
представляющая
собой
новый
вид
рода
Sphaerochaeta
sp.
штамм
PS.
Данные
,
полученные
при
исследовании
исходной
биомассы
из
анаэробного
биореактора
,
полученных
пропионат
-
и
бутират
-
окисляющих
консорциумов
,
выделенных
и
описанных
новых
видов
метаногенов
расширяют
знания
о
составе
,
структурных
и
метаболических
взаимоотношениях
в
низкотемпературных
анаэробных
антропогенных
микробных
сообществах
.
Полученные
результаты
могут
быть
использованы
для
создания
новых
экономичных
технологий
очистки
муниципальных
и
промышленных
концентрированных
стоков
,
получения
биотоплива
,
выделения
ферментов
,
активных
при
температуре
окружающей
среды
(10–20°
С
).
Апробация
работы
Материалы
диссертации
были
представлены
на
международных
конференциях
–
«2-nd FEMS Congress of European Microbiologists»
в
Мадриде
(
Испания
, 2006),
на
12-
м
международном
Симпозиуме
по
микробной
экологии
ISME-12
в
Кернсе
(
Австралия
,
2008),
на
IV
Всероссийской
молодежной
школе
-
конференции
с
международным
участием
«
Актуальные
аспекты
современной
микробиологии
» (
Москва
, 2008)
и
на
IX
Молодежной
школе
-
конференция
с
международным
участием
«
Актуальные
аспекты
современной
микробиологии
» (
Москва
, 2013).
Публикации
По
теме
диссертационной
работы
опубликовано
6
печатных
работ
,
в
том
числе
2
экспериментальные
статьи
и
4
тезисов
.