X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

На настоящий момент окружающая среда испытывает заметное влияние антропогенных факторов, к которым относятся и тяжелые металлы, определенным образом воздействующие на микроорганизмы.

Известно, что низкие концентрации металла способны стимулировать рост и активность метаболических процессов, однако в более высоких концентрациях становятся токсичными. При высокой концентрации все тяжелые металлы вредны для организма, так как они способны приводить к целому ряду деградативных изменений, которые могут вести к ингибированию их размножения. Очень чувствительны к высоким концентрациям тяжелых металлов виды рода Bacillus. При этом скорость воздействия тяжелых металлов на грамположительные бактерии выше по сравнению с грамотрицательными [1, 2].

В качестве объектов для исследования использовались чистые культуры микроорганизмов Bacillusamyloliquefaciens (штамм 10642), Bacilluscereus, Bacilluslicheniformis и чистая культура Bacillussubtilis (штамм 534). Также были использованы сульфаты тяжелых металлов (d-элементы в таблице Д.И. Менделеева) производства «ООО «РЕАХИМ»  Россия: железо (III) сернокислое 9-водное (Fe₂(SO₄₎₃9H₂O), кадмий сернокислый 8водный (3CdSO₄8H₂O), кобальт (II) сернокислый 7-водный (CoSO₄7H₂O), медь (II) сернокислая 5-водная (CuSO₄5H₂O). В исследовании были использованы следующие методы: метод определения минимальной ингибирующей концентраций (МИК) и метод получения внеклеточных пептидов.

В исследовании использовались 96-луночные пластиковые планшеты, в которые, в каждые 32 лунки производилось серийное разведение тяжелого металла в стерильной дистиллированной воде, в последние два ряда, т.е. 16 лунок (11 и 12 ряд) помещалась только стерильная дистиллированная вода  что являлось контролем. Затем в каждую лунку добавлялась суспензия бактерий (физиологический раствор с культурой микроорганизмов). После чего добавлялась стерильная жидкая питательная среда (бульон). Культивировалась в течение суток в термостате при температуре 37⁰С, после чего производилось измерение оптической плотности при 450 нм.

Для проведения дальнейших исследований необходимо определить минимальные ингибирующие концентрации при добавлении тяжелых металлов. Были выявлены минимально подавляющие концентрации тяжелых металлов на рост бактериальных культур (Bacillusamyloliquefaciens, Bacilluscereus, Bacilluslicheniformis, Bacillussubtilis), отражающие наименьшую концентрацию, которая подавляет видимый рост исследуемого микроорганизма in vitro (в бульонных или на агаровых питательных средах) в стандартных условиях постановки опыта и выражается в моль (М).

В ходе проведенных экспериментальных работ было установлено, что изученные тяжелые металлы проявили различную степень подавления роста бактериальных культур, а также использованные штаммы оказались неодинаково чувствительны (рисунок 1).

(а) (б)

(в) (г)

Рисунок 1  Влияние сульфатов тяжелых металлов (а  кадмия; б  кобальта; в  железа; г  меди) на антагонистическую активность внеклеточных пептидов пробиотических штаммов Bacillus: 1  Bacillusamyloliquefaciens;2  Bacilluscereus;3  Bacilluslicheniformis;4  Bacillussubtilis.

В результате проведении исследования по методу минимальных ингибирующих концентраций выявили, что среди всех использованных тяжелых металлов в данном исследовании наибольшую токсичность по отношению к внеклеточным пептидам пробиотических штаммов Bacillus проявляют сульфаты тяжелых металлов  кадмия и кобальта. Заметно меньшую токсичность, к использованным, в исследовании МИК, штаммам Bacillus, проявляют сульфаты тяжелых металлов  меди и железа.

Даже в небольших концентрациях кобальт и кадмий угнетают размножение исследуемых бактерий. Такое воздействие кадмия и кобальта на исследуемые штаммы Bacillusможно объяснитьтем, чтоданные элементы не выполняют биологических функций, однако, при высоких концентрациях эти металлы, за счёт хорошей способности к комплексообразованию, являются чрезвычайно токсичными для микробов [3, 4]. Медь и железо, входят в число таких тяжелых металлов, которые являются жизненно необходимыми в небольших количествах, например в качестве компонентов питания. Но даже такие наиболее значимые микроэлементы являются токсичными в повышенных концентрациях [5].

Вследствие изучения результатов исследований по методу минимально ингибирующих концентраций выявили, что наиболее чувствительными из всех пробиотических штаммов Bacillus, оказались штаммы B.amyloliquefaciensи B. cereus, а наиболее устойчивыми  B. licheniformisиB. subtilis.

Литература

Оралбаева С.С., Общая характеристика бактериоцинов / С.С. Оралбаева // Республиканская коллекция микроорганизмов НЦБ РК, Астана. 2007.  С. 12;

Шпаков А.О., Пептидные аутоиндукторы бактерий / А.О.Шпаков // Лаборатория молекулярной эндокринологии института эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН, Изд-во: СПБ.  2009.  № 3.  С. 13;

Бузолёва Л.С., Влияние тяжелых металлов на размножение патогенных бактерий / Л.С. Бузолёва, А.М. Кривошеева // Успехи современного естествознания. – 2013. – № 7. – С. 30-31;

Багаева Т.В., Микробиологическая ремедиация природных систем от тяжелых металлов: учеб.-метод. пособие / Т.В. Багаева, Н.Э. Ионова, Г.В. Надеева. – Казань: Казанский ун-т.  2013. С.  56;

Илялетдинов А.Н., Биотехнология металлов / А.Н. Илялетдинов.  М.: Наука. 1986.  С.  355.

Код для цитирования: Скопировать