Смешанные Культуры Микроорганизмов СКМ -Раз...

Мир познавая, мы в Космос выходим,
Новых явлений повсюду находим,
Слава Науке, ГАГАРИНУ Слава-
Нас заливает Открытьями лава!

 
         СМЕШАННЫЕ КУЛЬТУРЫ МИКРООРГАНИЗМОВ /СКМ/: НОВОЕ В ПОЗНАНИИ
                С ВОЗМОЖНОСТЬЮ ВЫХОДА НА НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ.
  /КРАТКОЕ СООБЩЕНИЕ/ Телефаксом 08.04.2004г. в адрес  V Международного форума "ВЫСОКИЕ ТЕХНОЛОГИМ ХХ1 ВЕКА". В составе телефакса имелись иллюстрации в виде потенциометрических кривых.

         Как известно, в постиндустриальном мире тенденцией становится переход от экономики, основанной на использовании природных ресурсов, к экономике знаний.
  С другой стороны, имеются высказывания, что глобальным лидером считается не тот, кто обыграл других, а тот, кто обыграл время и, скажем, экспериментально обнаружил новые зависимости, закономерности многообразного в проявлениях материального мира, а значит и новые технологические возможности, которые спустя какое-то время, порой немалое, становятся всеобщим достоянием.
  Проблемы своевременного признания и практической реализации нового знания особенно актуальны в России с ее непредсказуемым прошлым и любой шаг к улучшению ситуации, какой бы безнадежной она ни представлялась, думается, оправдан и заслуживает внимания.
  Вероятно, заслуживают внимания и результаты разработок автора 1976-82 годов, выполненные в ряде случаев в соавторстве с к.б. М.В. Гасановым и в рамках совместной с академическими НИИ тематики. Представленные ниже выводы, до сих пор обладают мировой новизной.
  Скорее всего на результативности научного поиска отразились использование находящихся в тени исследовательских интересов СКМ, а к ним относится и активный ил аэрационных очистных сооружений, и так ко времени разработанных во ВНИИ "Водгео" анализаторов растворенного кислорода типа ЭГ-152-003. Если к тому же учесть объем проделанной тогда работы, успех был предопределен: в течение 3-х лет "чистого" времени было произведено с секундомером в руках порядка ста тысяч измерений скорости микробиологического окисления различных органических соединений /ацетон, фенол и производные, спирты С1-С5 ряда/ при воздействии доступных авторам факторов внешней среды химической и физической природы,
  О высокой чувствительности использованной методики можно судить по диапазону зарегистрированных скоростей окисления: от 1 мг/л, час /анилин/до 1800 мг/л, час /м-крезол/~АС№998505.
  Отсутствие в лаборатории Уф, ИК-спектрофотометров, газового хроматографа позволяет вспомнить, если непредвзято оценить и разнообразие и значимость полученных в совокупности данных, пусть и в меньших масштабах, результативность кавендашской веревочно-сургучной лаборатории и обозначить использованный нами метод, как метод кислородно-кислотных кривых.
  Для экспериментов использовались образцы активного ила в концентрации 1-5 г/л /по сухому в-ву/, отобранные с моделей аэротенка-смесителя ёмкостью 1 и 8 л, на которые непрерывно подавался имитат сточной жидкости, содержащий исследуемые органические соединения и необходимые биогенные добавки /соли азота и фосфора/.
  В условиях непрерывной аэрации в биореактор с иловой жидкостью погружали датчики анализатора ЭГ-152-003 и/или рН-метра ЛПУ-01 в комплекте с потенциометром КСП-4 на 50мв.
  Скорость микробиологического окисления источника углерода /субстрата/ рассчитывали по времени от внесения дозы субстрата /10-300 мг/л/ до начала всегда синхронного движения указателей О2 и/или рН в сторону повышенных значений этих параметров и выражали в мг/л, час.

  РЕЗУЛЬТАТЫ И ВОЗМОЖНОСТИ ВЫХОДА НА НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ /ОБЛАДАЮЩЕЕ МИРОВОЙ НОВИЗНОЙ- КУРСИВОМ/.

  1. При микробиологическом окислении избытка нейтральных источников углерода /спирты, ацетон, фенолы/ рН является параметром стационарного состояния и плато всегда устанавливается на значениях, при которых скорости выделения СО2 и его удаления равны, причем положение плато зависит от а/геометрии биореактора т.е. от отношения высоты/глубины/ к площади, б/ количества поступающего воздуха и в/его качества т.е. степени диспергирования. Только за счет различий в условиях удаления С0\2 разница в значениях рН при биоокислении 800 мг/л субстрата могла достигать единицы /6,0 и 7,0 соответственно/. Если учесть, что наиболее чувствительна к рН каталитическая активность ферментов, нельзя исключить, что за счет С0\2 /блокирование биохимической реакции конечным продуктом/ можно получить полупродукты микробиологической трансформации более ценные, чем исходный субстрат и тогда стационарное состояние перестанет регистрироваться. С другой стороны, в технологии биоочистки условием ее полноты является окисление сточных вод до С0\2 и своевременная ее нейтрализация, в том числе и с использованием зависимостей, а/, б/,и в/, которые понятно почему невозможно обнаружить в окислительных процессах, идущих в тонком слое микробной взвеси или в водоемах, где скорость таких процессов на несколько порядков ниже, чем в биореакторах и различия в растворимости О2 и СО2 не создают проблем. Лит-ра: 1-3/.
  II. Именно по снижению интенсивности выделения СО\2 по сравнению с контролем, зарегистрированному потенциометрически, 8 апреля 1976г. был впервые обнаружен Фото-Эффект в области 330 нм, заключающийся в снижении в период экспозиции скорости окисления м-крезола образцом активного ила /далее - СКМ- Смешанная Культура Микроорганизмов/, выращенном на этом соединении. Как оказалось впоследствии скорость окисления могла уменьшиться в 7 раз.
  Фото-эффект - 330 по сравнению с известными из литературы данными /4-9/ обладал рядом принципиальных отличий: а/ на область 330 нм солнечной радиации реагировали также образцы СКМ, выращенные на водном растворе ацетона при окислении имитата сточной жидкости, содержащего в качестве источника С ацетон и изо-иропиловыи спирт. В дальнейшем были получены выращенные на ацетоне образцы СКМ, на свет 330 нм не реагирующие - анализ ситуации показал, что все зависело от источника, взятого для первоначального заражения т.е. был ли это активный или садовая почва. Предположение, что образцы СКМ, выращенные на одном и том же источнике С, могут хотя бы по одному признаку отличаться друг от друга, впоследствии многократно подтверждалось. Так чувствительными на свет 330 нм были лишь окисляющие фенолы бактерии, реагирующие на избыток субстрата по 1 типу /ингибирование/, причем они же оказались чувствительными и на присутствие в среде анилина.
  б/ воздействие света в области 330 нм всегда носило обратимый характер т.е. при возобновлении подачи субстрата в темновых условиях или при экранировании биореактора 10 мм стеклом прежняя активность восстанавливалась.
  в/ подвергнутые воздействию света образцы скм, выращенные на фенольных соединениях обладали своеобразной памятью на свет т.к. после 15-30 мин. Воздействия пониженная активность регистрировалась и спустя 2 месяца хранения образцов в условиях холодильника - при возобновлении аэрации и подаче питания прежняя активность по отношению к фенолам почти полностью восстанавливалась.
  г/ судя по многочисленным кривым 02 и рН, процесс воздействие света в области 330 нм на образцы СКМ, выращенные на ацетоне и фенольных соединениях, ТАКЖЕ ЯВЛЯЕТСЯ ПАРАМЕТРОМ СТАЦИОНАРНОГО СОСТОЯНИЯ  и ЗАВИСИТ ОТ ОТНОШЕНИЯ ПОВЕРХНОСТИ ОБДУЧЕНИЯ К ОБЪЁМУ ОБЛУЧАЕМОЙ БИОМАССЫ СКМ.
  д/ своеобразие реагирования образцов СКМ на область 330 нм позволяет в первом приближении предположить, что мишеням являлись структуры поверхностного заложения, а именно, белковые компоненты клеточной стенки.
  Проведенные для сравнения опыты по облучению образцов СКМ областью 254нм показали, что в этом случае после однократного воздействия активность образцов /по скорости окисления субстратов/ снижается постепенно и необратимо, причем при возобновлении аэрации культуры как бы исходят пеной, достаточной для того чтобы подумать о производстве мыла микробного происхождения.
  По всей, видимости именно эти опыты по разрушению микробных клеток с освобождением молекул ДНК и привели в начале мая 1978г. К МУТАЦИОННЫМ ИЗМЕНЕНИЯМ И ДЛИТЕЛЬНОЙ РЕГИСТРАЦИИ ВЕСЬМА СВОЕОБРАЗНЫХ СИНХРОННЫХ АВТОКОЛЕБАНИЙ  О ДВА И КИСЛОТНОСТИ (рН) С ЧАСТОТОЙ 8 В ЧАС.
  III. Многолетние эксперименты показали, что окисление избытка фенольных соединений образцами СКМ по 1 типу /ингибирование/ также является параметром стационарного состояния, когда потребление 02 и выделение СО2 пишутся прямой линией /плато/ и лишь к моменту исчерпания субстрата /фенол, крезолы/ потенциометры регистрируют, причем синхронно резкое увеличение скорости обоих процессов. При биоокислении избытка фенольных соединений по  II типу /отсутствие ингибирования/, а установить причинную связь выращивания таких образцов СКМ с какими-либо  факторами не удалось, скорость окисления фенолов с повышением концентрации от 10мг/л до 30, 100 и 300 только повышалась.
  Отличительной особенностью образцов СКМ, реагирующих на избыток фенолов по II типу являлось то, что при внесении в качестве субстрата 10-30 мг/л орто- или м-крезола на кривой рН появляется своеобразный уступ, причем тем позже, чем выше была концентрация, чего не отмечалось, когда в те же образцы вносились фенол или п-крезол. /14-17/
  IV. Многочисленные попытки обнаружить среди выращиваемых на различных органических соединениях СКМ образцы, способные утилизировать фенолы в середине июня 1976г. увенчались успехом. С использованием образца СКМ, выращенного предварительно на бутаноле в контролируемых условиях при термостатировании /35 град.С/ и при переменной подаче в качестве источника углерода водных растворов бутанола и м-крезола удалось зарегистрировать к концу эксперимента скорость окисления м-крезола, равную 400 мг/ л час. Аналогичные результаты были получены и при использовании для ускоренной адаптации образцов СКМ, выращенных на других спиртах и сточных водах, что дало основание для подачи заявки на изобретение /АС №1058899/, весьма эффективное при аварийных ситуациях.
  Весьма примечательным оказалось продолжение эксперимента по адаптации бутаноловой микрофлоры к м-крезолу во второй половине суток - при облучении адаптированного образца прямым солнечным светом скорость окисления м-крезола, но не бутанола, стала заметно снижаться» это обстоятельство в сочетании с другими не могло не навести на мысль, что структуры, ответственные за начальный этап метаболизма м-крезола, поверхностного заложения и значит, клеточная стенка, помимо других функций, возможно обладает и каталитической активностью по отношению к фенольным соединениям и содержит в своем составе или фенолоксидазу, которая активизируется субстратом и ингибируется светом 330 нм и избытком субстрата или функцию ее выполняет другой фермент.
  Несмотря на явную спорность такого предположения, оно многое объясняло. Оно объясняло бы отсутствие работ по механизмам транспорта ароматических соединений в клетки микроорганизмов /18,стр.4/
  Там же, стр58 - “загадочными остаются причины практически мгновенного исчезновения активности многих ферментов начальных этапов подготовительного метаболизма ароматических соединений после разрушения клеточной мембраны”. Не лежит ли и здесь решение на поверхности клеточной стенки, в её разрушении?
  Не является ли логичным объяснение механизма стационарности при окислении образцами СКМ избытка фенолов по 1 типу наличием двух поверхностей, двух фронтов, один из молекул ферментов, другой из молекул субстрата, реагирующих
  Длительное время хаотически, до момента исчерпания субстрата, когда согласно теории отношение [Е] к [S] становится равным единице  (автор считает этот вывод фундаментальным) и скорость микробиологического окисления фенолов в считанные минуты достигает максимальных значений, о чем всегда свидетельствовали синхронные "всплески" на кривых СО2 и рН.
  Если признать поверхностный контакт молекул ферментов и субстрата, стало бы понятно, почему в присутствии избытка практически нерастворимого в воде о-ксилола на 60% снижается скорость окисления фенола до тех пор, пока о-ксилол не будет удален аэрацией /АС №998505, стр13-14/
  Известно, что в клеточной стенке имеются структуры, обладающие каталитической активностью. "пептидогликан у грамположительных бактерий составляет 30-90% сухой массы клеточных стенок, у грамотрицательных в среднем около 10%. Хотя гликоконьюгат относится к регидным структурам, он динамичен в своих конформационных состояниях /19, стр.114/ среди белков в клеточных стенках грамотрицательных бактерии выявлено много ферментов: аспарагиназа, аденозин-5-фосфотаза, АДФ-глюкопирофосфатаза, лактат-дегидрогеназа, сукцинат-дегидрогеназа /16 ферментов/. Таким образом, условно выделяемый протеиновый слой в клеточных стенках бактерий разнообразен по входящим в его структуру белковым молекулам /там же, стр.118/.


Описание: b Теория индустриального и постиндустриального общества
stadyspanish.ru.com
512;327