Биотехнологии 2015 Сборник материалов международного конгресса

SECTION | | “BIOCATALYSIS AND BIOCATALYTIC TECHNOLOGIES”

УДК 543.9

MONOAND BIENZYMATIC BIOSENSOR SYSTEMS BASED ON STIMULI-SENSITIVE MICROGELS

Sigolaeva L.V.1, Gladyr S.Yu.1, Evtushenko E.G.1, GelissenA.P.H.2, Mergel O.2, Pergushov D.V.1, Kurochkin I.N.1, Plamper F.A.2, Richtering W.2

1Chemistry Department of M.V. Lomonosov Moscow State University Leninskie Gory 1/3, Moscow, 119991, Russia

2IPF II, RWTH University of Aachen, D-52056, Aachen, Germany e-mail: [e-mail]

The fabrication regimes and properties of microgel/enzyme thin films formed at conductive sub- stratesviatwo-steps, sequential adsorptionof temperature-andpH-sensitive microgelwere examined.

Keywords: cationic copolymer microgel, stimuli-sensitive polymer, surface modification, tyrosinase, choline oxidase, butyrylcholinesterase, biosensor

The fabrication regimes and properties of microgel/enzyme thin films were examined which formed at conductive substrates via two-steps, sequential adsorption of a both temperatureand pHsensitive microgel poly(N-isopropylacrylamide-co-3-(N,N,-dimethyl amino)propylmethacrylamide) (poly(NIPAM-co-DMAPMA), followed by enzyme (tyrosinase, choline oxidase and/or butyrylcholinesterase) adsorption under different pH and temperature regimes. By temperature-induced stimulating both (i) poly(NIPAM-co-DMAPMA) microgel adsorption at T>VPTT (volume phase transition temperature) and (ii) following sponge-like enzyme loading at T<VPTT, we can achieve increased biosensor sensitivities for phenol (system with immobilized tyrosinase) and for choline (system with immobilized choline oxidase). Since sponge-like approach to enzyme adsorption was found to be dependent on the molecular weight (globule size) of the enzyme, the bienzymatic systems with spatially separated enzymes was prepared in one-step as was demonstrated for the system with co-immobilized choline oxidase/butyrylcholinesterase.

Supported by the DFG within SFB 985 “Funktionelle Microgele und Mikrogelsysteme” and the RFBR 14-08-01108.

СИНТЕЗ НАНОКОМПОЗИТА НА ОСНОВЕ ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩЕГО ПОЛИАНИЛИНА И УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЛАККЗАМЕДИАТОРНОЙ СИСТЕМЫ И РАЗРАБОТКА НА ЕГО ОСНОВЕ ГИБКОГО ТОНКОГО СУПЕРКОНДЕНСАТОРА Ярополов А.И., Шумакович Г.П., Хлупова М.Е., Васильева И.С., Морозова О.В.

ИНБИ РАН, Ленинский пр-кт, д. 33, стр. 2, 119071 Москва

Лакказа-медиаторная система на основе октоцианомолибдата (4+) калия была использована для ускорения реакции полимеризации анилина. Предложенный подход является экологически приемлемым,кинетическиконтролируемымипозволяетполучатьэлектропроводящийполимер с улучшенными физико-химическими свойствами. Проведено сравнение образцов полианили- на, полученных с использованием одной лакказы и лакказа-медиаторной системы методами УФ-видимой, ИК-спектроскопии с прелбразованием Фурье, просвечивающей электронной микроскопии и масс-спектрометрии. Методом in situ синтезирован нанокомпозит полианилин/ карбоксилированные многостенные углеродные нанотрубки (ПАНИ/МУНТ) с использованием

Congress “BIOTECHNOLOGY: STATE OF THE ART AND PROSPECTS OF DEVELOPMENT” March 17-20, 2015	359

СЕКЦИЯ | | «БИОКАТАЛИЗ И БИОКАТАЛИТИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ»

лакказа-медиаторной системы. Полученный нанокомпозит был использован в качестве электрохимически активного материала электродов гибкого тонкого симметричного суперконденсатора. Электрохимическая емкость ферментативно синтезированного композита состояла из электрическойемкостидвойногоэлектрическогослояипсевдоемкостиэлектропроводящегополианилина. Удельная емкость композита ПАНИ/МУНТ, измеренная методом циклической вольтамперметрии при скорости развертки потенциала 5 мВ/с, составляла ~440 Ф/г. Изготовленный суперконденсатор имел следующие характеристики: толщина 300–400 мкм, плотность энергии 25,3 кДж/кг, плотность мощности 5,2 кВт/кг.

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта №15-08-00142.

LACCASE – MEDIATОR SYNTHESIS OF NANOCOMPOSITE BASED ON CONDUCTING POLYANILINEAND CARBON NANOTUBESAND ITSAPPLICATION FOR THINAND FLEXIBLE SUPERCAPACOTOR DEVELOPMENT

YaropolovA.I., Shumakovich G.P., Khlupova M.E., Vasil’eva I.S., Morozova O.V.

A.N. Bach Institute of Biochemistry of the Russian Academy of Sciences Leninsky pr. 33-2, 119071 Moscow, Russia

Laccase-mediator system based on potassium octocyanomolybdate (4+) was used for acceleration of the enzymatic aniline polymerization. The proposed approach is environmentally benign, permit a higher degree of control oven the kinetic of the reaction and, hence, the synthesis of a conducting polymer with improved physicochemical properties. The characterization of the polymer obtained by either a laccase-catalyzed method or a laccase-mediator method was carried out using UV-vis, FTIR spectroscopies, TEM investigation and the MALDI TOF mass spectrometry. The conducting polyaniline/carboxylic acid functionalized multiwalled carbon nanotubes (PANI/MWCNT) nanocomposite has been synthesized by in situ enzymatic oxidative polymerization of aniline monomer using laccase-mediator system. The obtained PANI/fMWCNT composite was used as electroactive material for thin and flexible electrodes of high performance symmetric supercapacitor. The electrochemical capacitance of the enzymatically synthesized composite consists of an electrical double layer capacitanceas well as pseudocapacitanceof conducting polyaniline.The specificcapacitanceof the obtained PANI/MWCNT composite was about 440 F/g measured by cyclic voltammetry at potential scan rate of 5 mV/s. The overall thickness of the device can variated from 300 to 400 µm. The supercapacitor show energy density and power density approximately of 25,3 kJ/kg and 5,2 kW/kg, respectively.

The supercapacitor made had the following characteristics: thickness of 300–400 microns, the energy density of 25.3 kJ/kg, a power density of 5.2 kW/kg.

The reported study was partially supported by RFBR, research project No. 15-08-00142.

360	Конгресс «БИОТЕХНОЛОГИЯ: СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ» 17-20 марта 2015

SECTION | | “BIOCATALYSIS AND BIOCATALYTIC TECHNOLOGIES”

ПОСТЕРЫ

POSTERS

УДК 541.64:662.728

ИММОБИЛИЗАЦИЯ ХИМОТРИПСИНА НА НАНОЧАСТИЦАХ: СИНТЕЗ, СПЕКТРАЛЬНЫЕ И РАЗМЕРНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ; ФЕРМЕНТАТИВНАЯ АКТИВНОСТЬ НАНОКОМПОЗИТОВ Боровикова Л.Н.1, Титова А.В.1, Писарев О.А.1,2

1Российская академия наук, Институт высокомолекулярных соединений РАН, Санкт-Петербург, Россия, 199004, Санкт-Петербург, Большой просп. В.О., 31 2Санкт-Петербургский Государственный Политехнический Университет, Санкт-Петербург, Россия, 195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29 [e-mail]

Предложен метод иммобилизации протеолитического фермента – химотрипсина на наночастицах селена и серебра. Показано, что условия синтеза нанокомпозитов влияют на их раз - мерные и спектральные характеристики. Модифицированным методом Кунитца показано, что иммобилизация химотрипсина на наночастицах приводит в изменению его протеолитической активности.

Ключевые слова: наночастицы, иммобилизация, активность, фермент, конформация С целью иммобилизации ферментов на наночастицах металлов и неметаллов синтезированы

нанокомпозиты селена и серебра с химотрипсином (ХТ). Синтез проводили с использованием окислительно-восстановительных реакций в присутствии химотрипсина. Увеличение температуры синтеза приводило к сдвигу максимума оптической плотности в длинноволновую область при 4 oС – 256 нм; при 20°С – 270 нм; при 37°С – 285 нм. Это свидетельствовало о росте частиц (по данным динамического светорассеяния 28, 33, 38 нм, соответственно). Для нанокомплексов Ag+XTустановлена оптимальная температура синтеза 4oС (размер 90 нм). Максимальную фер - ментативную активность проявляли системы с содержаниемAg/ХТ (0,001 масс.%/0,1 масс.%) и Se/ХТ (0,01 масс.%/0,01 масс.%), причем в слабокислой (рН 5,5) и щелочной среде (рН от 8 до 10,5) величина активности больше, чем у нативного фермента.

Таким образом, развитая поверхность наночастицы увеличивала вероятность контакта молекулы субстрата с иммобилизованным ферментом на поверхности наночастицы. Кроме того, распределение активных центров фермента на поверхности наночастицы приводило к образованию своеобразного «микрореактора», что, также способствовало увеличению относительной ферментативной активности нанокомпозита.

Congress “BIOTECHNOLOGY: STATE OF THE ART AND PROSPECTS OF DEVELOPMENT” March 17-20, 2015	361

СЕКЦИЯ | | «БИОКАТАЛИЗ И БИОКАТАЛИТИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ»

УДК 541.64:662.728

IMMOBILIZATION OF CHYMOTRYPSIN ON NANOPARTICLES: SYNTHESIS, SPECTRAL AND DIMENSIONALFEATURES; FERMENTATIONACTIVITY OF NANO-COMPLEXES Borovikova L.N.1, TitovaA.V.1, Pisarev O.A.1,2

1Institute of macromolecular compound of Russian Academy of Science, Saint-Petersburg, Russia, 199004, Saint-Petersburg, V.O. Bolshoi pr., 31

2Saint-Petersburg State Polytechnic University, Saint-Petersburg, Russia, 195251, Saint-Petersburg, Polytechnicheskaya str., 29

[e-mail]

A method of immobilization of proteolytic enzyme, on the nanoparticles of selenium and silver is proposed. It has been demonstrated that nano-composites synthesis conditions make effect on their dimensional and spectral features. It has been demonstrated by modified Kunitz method that immobilization of chymotrypsin on nanoparticles has resulted in its proteolytic activity.

Keywords: nanoparticles, immobilization, activity, enzyme, conformation.

Nano-complexes of selenium and silver with chymotrypsin (ChT) were obtained with the purpose of immobilization of the enzymes on metal and non-metal nanoparticles. The synthesis was carried out by means of oxidation-reduction reactions in presence of ChT. Increase of the synthesis temperature has resulted in shift of the optical density maximum to the long-wavelength zone: 256 nm at 4°C; 270 nm at 20°C; and 285 nm at 37 oC. This fact testified the growth of the particles (according to the data of dynamic light scattering a radius of the particles was equal to 28, 33 and 38 nm correspondingly). Optimal synthesis temperature equal to 4oC (size of 90 nm) has been determined forAg+ChT nano-complexes. Maximal enzyme activity was shown by the systems with the content of Ag/ChT (0.0001 mass %/0.1 mass %) and Se/ChT (0.01 mass %/0.01 mass %), wherein in a weakly acidic (pH 5.5) and alkaline medium (pH from 8 to 10.5), the activity was greater than that of the native enzyme.

Thus, the developed surface of the nanoparticle increased the probability of contact of the substrate molecule with the immobilized enzyme on the nanoparticle surface. Moreover, the distribution of the active centers of the enzyme on the nanoparticle surface has resulted in formation of a kind of “microreactor” that also contributed to the increase of relative enzymatic activity of the nanocomplex as well.

УДК 577.151.45

ПОЛИСАХАРИДМОНООКСИГЕНАЗЫ THIELAVIA TERRESTRIS И TRICHODERMA REESEI И

ИХ РОЛЬ В ФЕРМЕНТАТИВНОЙ ДЕГРАДАЦИИ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ Булахов А.Г., Гусаков А.В.

Институт биохимии им А.Н. Баха РАН, лаборатория биотехнологии ферментов, Ленинский

проспект 33, Москва, Россия, 119071. [e-mail]

Выделены две грибные полисахаридмонооксигеназы (ПМО) и изучено их влияние на ги -

дролиз целлюлозы под действием полиферментной системы гриба Penicillium verruculosum.

Показано, что добавка ПМО к целлюлазному комплексу увеличивает эффективность его дей-

ствия до 23%.

Ключевые слова: целлюлазный комплекс, полисахаридмонооксигеназа, ферментативная деструкция целлюлозы

362 Конгресс «БИОТЕХНОЛОГИЯ: СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ» 17-20 марта 2015

SECTION | | “BIOCATALYSIS AND BIOCATALYTIC TECHNOLOGIES”

Металлозависимые полисахаридмонооксигеназы (ПМО) – новый класс ферментов, принимающих участие в ферментативной деградации целлюлозы под действием полиферментных систем микроскопических грибов. ПМО, действующие на целлюлозу, относятся к семье AA9 вспомогательных активностей (Auxiliary Activity Family 9). Целью данной работы явилось выяснение влияния ПМО на эффективность гидролиза целлюлозосодержащих субстратов под действием целлюлазного комплекса.

Две рекомбинантные ПМО из Thielavia terrestris и Trichoderma reesei были выделены в гомогенном виде и идентифицированы методом времяпролетной МАЛДИ масс-спектрометрии.

Вкачестве субстратов использовали микрокристаллическую целлюлозу (МКЦ) и измельченную осиновую древесину (100 г/л). Ферментативный гидролиз целлюлозы проводили под дей - ствием целлюлазного комплекса гриба Penicillium verruculosum в отсутствие или в присутствии очищенных ПМО (10% от общей дозы ферментов по белку) при рН 5,0 и 50°С в течение 48 ч.

Вкачестве донора электронов, необходимого для проявления активности ПМО, использовали 5 мМ галлиевую кислоту.

Врезультате исследования было выяснено, что добавка ПМО к целлюлазному комплексу увеличивает выход восстанавливающих сахаров при гидролизе осиновой древесины на 5-13%, а при гидролизе МКЦ на 16-23%; при этом концентрация сахаров через 48 ч достигала 40 г/л. Таким образом, был обнаружен синергизм между ПМО и целлюлазами, а также показана существенная роль ПМО в ферментативной деструкции целлюлозы, что имеет важное прикладное значение при разработке ферментных препаратов для ферментативной конверсии целлюлозосодержащего сырья в различные полезные продукты.

UDK 577.151.45

POLYSACCHARIDE MONOOXYGENASES THIELAVIA TERRESTRISAND TRICHODERMA REESEI AND THEIR ROLE IN THE ENZYMATIC DEGRADATION OF CELLULOSE

BulakhovA.G., GusakovA.V.

A.N. Bach Institute of Biochemistry RAS, Laboratory of Enzyme Biotechnology, Leninsky prospect 33, Moscow 119071, Russian Federation

[e-mail]

Two fungal polysaccharide monooxygenases (PMO) were isolated. Their influence on cellulose hydrolysis by multienzyme system of the fungus Penicillium verruculosum was studied. It was shown that the addition of PMO to the cellulase complex boosts its efficiency for up to 23%.

Keywords: cellulase complex, polysaccharide monooxygenase, enzymatic degradation of cellulose

Metal-dependent polysaccharide monooxygenases (PMO) represent a new class of enzymes in- volved in biodegradation of cellulose by multienzyme systems of fungi. PMOs acting on cellulose belong to Auxiliary Activity Family 9 (AA9). The aim of this research was a study of the influence of PMOs on hydrolysis of cellulosic substrates catalyzed by a cellulase complex. Two recombinant PMOs from Thielavia terrestris and Trichoderma reesei were isolated in homo- geneous form. The proteins were identified by MALDI-TOF mass spectrometry.Avicel and milled as- pen wood (100 g/l) were used as substrates in the studies. Enzymatic hydrolysis of cellulosic materials was carried out using a cellulase complex of the fungus Penicillium verruculosum in the absence or with an addition of PMO. The content of PMO in the reaction system was 10% of the overall protein loading. The hydrolysis was carried out for 48 h at pH 5.0 and 50°C. Gallic acid (5 mM) was used as

the donor of electrons, essential for PMO’s activity.

Congress “BIOTECHNOLOGY: STATE OF THE ART AND PROSPECTS OF DEVELOPMENT” March 17-20, 2015	363

СЕКЦИЯ | | «БИОКАТАЛИЗ И БИОКАТАЛИТИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ»

As a result of the research, it was found out that the addition of PMO to the cellulase complex boosts the yield of reducing sugars (RS) in aspen wood hydrolysis by 5-13%, while in the case of Avicel the increase in the RS yield was 16-23%, the concentration of RS reaching 40 g/l after 48 h of the enzymatic reaction. Thus, a synergism between PMO and cellulases was revealed, demonstrating an important role of PMOs in the process of cellulose biodegradation. So, PMOs may find practical applications in development of multienzyme cocktails for plant biomass conversion to various useful products.

УДК 577.15, 663.15

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РОЛИ N-ГЛИКОЗИЛИРОВАНИЯ В ПРОЯВЛЕНИИ КАТАЛИТИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ ЦЕЛЛОБИОГИДРОЛАЗЫ I PENICILLIUM VERRUCULOSUM МЕТОДОМ

САЙТ-НАПРАВЛЕННОГО МУТАГЕНЕЗА Доценко А.С.1,2, Волков П.В.2, Рожкова А.М.1,2, Гусаков А.В.1

1Московский Государственный Университет имени М.В. Ломоносова, Москва 2Институт Биохимии имени А.Н. Баха РАН, Москва

E-mail: [e-mail], [e-mail]

Целлюлазы (в том числе целлобиогидролазы) являются основными компонентами ферментных комплексов, используемых в процессах биотрансформации растительного сырья. Было продемонстрировано значительное увеличение гидролитической активности целлобиогидролазы I Penicillium verruculosum в результате мутирования сайтов N-гликозилирования.

Ключевые слова: целлобиогидролаза, N-гликозилирование, сайт-направленный мутагенез

Ключевой стадией в процессах биотрансформации растительного сырья является гидролиз кристаллических участков в составе микрофибрилл целлюлозы, поэтому исследование ферментов, катализирующих гидролиз кристаллической целлюлозы, в частности целлобиогидролаз, представляется перспективным. Известно, что каталитическая активность целлюлаз зависит от степени N-гликозилирования [1]. Поэтому мутагенез сайтов

N-гликозилирования может являться перспективным направлением увеличения активности целлобиогидролаз и оптимизации процессов биотрансформации сырья.

Мицелиальный гриб Penicillium verruculosum является промышленным продуцентом целлюлаз, в том числе целлобиогидролазы I (ЦБГI) [2]. Из трех осуществленных мутаций N70A, N413A и N455A (методом сайт-направленного мутагенеза остаток аспарагина в составе сайтов N-гликозилирования N-X-S/T был заменен на остаток аланина) положительной оказалась мутация N70A. При гидролизе микрокристаллической целлюлозы под действием ЦБГI N70Aвыход

глюкозы через 48 ч на 30% больше по сравнению с немутантной формой, а при гидролизе из-

мельченной древесины осины – больше на 60%.

Работа выполнена при поддержке РФФИ 14–04–00724.

Библиографический список

1.  Beckham G.T., Dai Z., Matthews J.F., Momany M., Payne C.M., Adney W.S., Baker S.E.,

Himmel M.E.Harnessing glycosylation to improve cellulase activity // Curr. Opin. Biotech. 2012.

Vol. 23. № 3. P. 338–345.

2.  Чекушина А.В., Доценко Г.С., Кондратьева Е.Г., Синицын А.П.Ферментные препараты

Penicillium verruculosum для биоконверсии растительного сырья – альтернатива коммерческим

препаратам, полученным с помощью грибов рода Trichoderma // Биотехнология. – 2013. – № 3. – С.69-80.

364 Конгресс «БИОТЕХНОЛОГИЯ: СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ» 17-20 марта 2015

SECTION | | “BIOCATALYSIS AND BIOCATALYTIC TECHNOLOGIES”

THE ROLE OF N-LINKED GLYCOSYLATION IN THE CATALYTICACTIVITY OF CELLOBIOHYDROLASE I PENICILLIUM VERRUCULOSUM

DotsenkoA.S.1,2, Volkov P.V.2, RozhkovaA.M.1,2, GusakovA.V.1 1M.V. Lomonosov Moscow State University, Moscow

2A.N. Bach Institute of Biochemistry RAS, Moscow E-mail: [e-mail], [e-mail]

Cellulases are the major components of enzyme complexes used in processes of biotransformation of lignocellulosic materials. Site-directed mutagenesis of N-linked glycosylation sites seems an actual method for enzyme activity increasing and thus optimizing the processes of biotransformation. Asignificant increase of hydrolytic activity of cellobiohydrolase I Penicillium verruculosum resulted from site-directed mutagenesis of N-linked glycosylation sites was demonstrated towards microcrystalline cellulose as a model substrate and aspen wood as a natural substrate.

Keywords: biotechnology, cellobiohydrolase, Penicillium, N-linked glycosylation, site-directed mutagenesis, catalytic activity

Cellulose and hemicelluloses are the major components of plant cell walls. A key stage in the processes of biotransformation of plant raw materials is the hydrolysis of crystalline areas of cellulose within microfibers, therefore investigation of enzymes that catalyze the hydrolysis of crystalline cellulose, in particular cellobiohydrolase, appears promising and perspective. It is known that the catalytic activity of cellulases depends on the degree of glycosylation [1], that makes determination of the role of N-linked glycosylation an actual method for increasing of cellobiohydrolases activity and optimizing the processes of biotransformation.

The filamentous fungus Penicillium verruculosum is an industrial producer of enzymes of cellulolytic complex, including cellobiohydrolase I (CBHI) – one of the key enzymes of the complex [2]. Three mutations were performed in the structure of the CBHI globule: N70A, N413Aand N455A(an asparagine residue in N-linked glycosylation sites N-X-S/T was replaced by an alanine residue using site-directed mutagenesis), only the mutation N70A appeared positive. Asignificant increase of CBHI hydrolytic activity was demonstrated towards microcrystalline cellulose (MCC) as a model substrate and pretreated aspen wood as a natural substrate. In case of MCC the glucose yield after 48-h hydrolysis under the action of CBHI N70Ais 30% more, and in case of pretreated aspen wood – is 60% more compared to the mature CBHI.

The research was supported by RFBR 14–04–00724. Bibliography

1.  Beckham G.T., Dai Z., Matthews J.F., Momany M., Payne C.M., Adney W.S., Baker S.E., Himmel M.E.Harnessing glycosylation to improve cellulase activity // Curr. Opin. Biotech. 2012. Vol. 23. № 3. P. 338–345.

2.  Чекушина А.В., Доценко Г.С., Кондратьева Е.Г., Синицын А.П.Ферментные препараты Penicillium verruculosum для биоконверсии растительного сырья – альтернатива коммерческим препаратам, полученным с помощью грибов рода Trichoderma // Биотехнология. – 2013. – № 3. – С.69-80.

Congress “BIOTECHNOLOGY: STATE OF THE ART AND PROSPECTS OF DEVELOPMENT” March 17-20, 2015	365

СЕКЦИЯ | | «БИОКАТАЛИЗ И БИОКАТАЛИТИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ»

УДК 543.9:663:664

ИНКАПСУЛИРОВАННЫЕ В ОРГАНОСИЛИКАТНЫЕ ПОЛИМЕРЫ МЕТИЛОТРОФНЫЕ ДРОЖЖИ КАК ОСНОВА БИОФИЛЬТРА ДЛЯ ОЧИСТКИ МЕТАНОЛСОДЕРЖАЩИХ СТОКОВ Федосеева Д.Г., Каманина О.А., Понаморева О.Н.

Тульский государственный университет, Тула, Россия

300012, г. Тула, пр. Ленина, 92 e-mail: [e-mail]

Разработаны подходы для получения биофильтров на основе инкапсулированных золь-гель методом микроорганизмов. Применение биофильтров позволяет утилизировать метанолсодержащие стоки с более высокой исходной концентрацией метанола.

Ключевые слова: золь-гель метод, инкапсулированные микроорганизмы, биофильтры, очистка сточных вод, метанолсодержащие стоки.

Биологическая очистка сточных вод промышленных предприятий применяется для удаления растворенных органических загрязнений, одним из таких компонентов которых является метанол. В современных технологиях для решений этих целей используют биофильтры на основе иммобилизованных золь-гель методом микроорганизмов.

В работе изучали возможности использования гетерогенного биокатализатора на основе инкапсулированных в органосиликатные полимеры метилотрофных дрожжей Ogataea polymorpha ВКМ Y-2559 как биофильтра для утилизации метанолсодержащих стоков.

По истечению 19 суток в условиях статического режима доля переработанного метанола составила 84% от исходного количества равного 0,06 моль/дм3 (площадь рабочей поверхности фильтра составляет 2,058•10-3 м2, объем стока 0,01 дм3). Для очистки метанолсодержащих стоков в динамическом режиме использовали колонну, заполненную стеклянными шариками диаметром 3,3 ± 0,3мм, покрытых гетерогенным биокатализатором (диаметр колонны 0,7 см, длина 15 см). Наибольшая степень переработки метанола (57%) наблюдается при скорости про - пускания раствора 0,1 см3/мин. Улучшить показатели колонны возможно с помощью изменения ее параметров – длины, ширины, количества неподвижной фазы.

Важно отметиться, что исходная концентрация метанола в стоке, допустимая при биологической очистке – 10 ммоль/дм3. При использовании метилотрофных с защитной органосиликатной оболочкой для утилизации метанолсодержащих стоков максимально допустимая исходная концентрация метанола в стоке составляет 30 ммоль/дм3. Таким образом, биофильтры на основе инкапсулированных в органосиликатные полимеры клеток дрожжей является перспективным элементом для систем очистки сточных вод, содержащих метанол.

Работа выполнена при поддержке ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным на -

правлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014–2020 годы», согла- шение № 14.574.21.0062 и Госзадания Минобранауки России, № 2014/227.

366	Конгресс «БИОТЕХНОЛОГИЯ: СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ» 17-20 марта 2015

SECTION | | “BIOCATALYSIS AND BIOCATALYTIC TECHNOLOGIES”

UDC 543.9: 663: 664

THE METHYLOTROPHIC YEAST ENCAPSULATED OF ORGANOSILICATE POLYMERS ASABASIS FOR CLEANING BIOFILTER METHANOL-DRAINS

Fedoseeva D.G., Kamanina O.A., Ponamoreva O.N.

Tula State University, Tula, Russia 300012, Tula, pr. Lenina 92 e-mail: [e-mail]

Approaches for biofilters based on sol-gel encapsulated by microorganisms. The use of biofilters allows utilization of the methanol drains with a higher initial concentration of methanol.

Keywords: sol-gel method, encapsulated microorganisms, biofilters, waste water treatment, meth- anol-containing drains.

Biological wastewater treatment, industrial enterprises used to remove dissolved organic contaminants, one of these components which is methanol. In today’s technology to solve these purposes biofilters based on immobilized sol-gel method microorganisms.

This paper investigates the possibility of using heterogeneous biocatalyst based on organosilicate polymers encapsulated in methylotrophic yeast Ogataea polymorpha VKM Y-2559 as a biofilter for recycling the methanol drains.

At the expiration of 19 days in a static mode share of recycled methanol was 84% of the initial amount equal to 0.06 mol/dm3 (effective surface area of the filter is 2,058 • 10-3 m2, volume flow 0.01 dm3).To the methanol effluent purificationin a dynamic mode using acolumn packed with glass beads of 0.3 mm diameter 3,3 ± 0,3 coated heterogeneous biocatalyst (column diameter 0.7 cm, length 15 cm). The greatest degree of processing of methanol (57%) is observed at a flow rate of solution of 0.1 cm3/min. Improve the performance of the column is possible by changing its parameters – the length, width, number of stationary phase.

It is important to note that the initial methanol concentration in the effluent, the allowable biological treatments – 10 mmol/dm3. When using methylotrophic with a protective shell for the disposal of organosilicate methanol-containing wastewater maximum allowable initial methanol concentration in the effluent is 30 mmol/dm3. Thus, based biofilters are encapsulated in yeast cells organosilicate polymer element is a promising treatment systems for wastewater containing methanol.

This work was supported by the Federal Target Program “Research and development on priority directions of scientific-technological complex of Russia for 2014–2020 years” agreement № 14.574.21.0062 and state task of the Ministry of Education and Science of Russia, № 2014/227.

Congress “BIOTECHNOLOGY: STATE OF THE ART AND PROSPECTS OF DEVELOPMENT” March 17-20, 2015	367

СЕКЦИЯ | | «БИОКАТАЛИЗ И БИОКАТАЛИТИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ»

УДК 543.9:663:664

ОБРАЗОВАНИЕ ОРГАНОСИЛИКАТНЫХ КАПСУЛ ВОКРУГ ЖИВЫХ КЛЕТОК ДРОЖЖЕЙ КАК СПОСОБ ОБЕСПЕЧЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ К ПОВРЕЖДАЮЩИМ ФАКТОРАМ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ Каманина О.А., Бурмистрова Т.В., Понаморева О.Н.

Тульский государственный университет Тула, Россия

e-mail: [e-mail]

Золь-гель методом получены гетерогенные биокатализаторы на основе инкапсулированных в органосиликатные матрицы метилотрофных дрожжей. Показаны защитные свойства образующихся капсул вокруг микроорганизмов.

Ключевые слова: золь-гель метод, инкапсулирование микроорганизмов, гетерогенный биокатализатор

В процессе эволюции природных систем живые организмы развивают различные минерализованные структуры. Примерами таких структур являются силикатные оболочки диатомовых водорослей. Важнейшая функция таких систем – защита организмов и генетического материала своего вида от неблагоприятных условий. Нами было показано, что возможно образование органосиликатных капсул вокруг живых клеток метилотрофных дрожжей Ogataea polymorpha ВКМ Y-2559 золь-гель методом, используя кремнийорганические прекурсоры (тетраэтоксисилан и метилтриэтоксисилан) и полиэтиленгликоль. Защитную функцию ограносиликатных оболочек оценивали по изменению дыхательной активности инкапсулированных микроорганизмов и дрожжей без защитной оболочки под действием повреждающих факторов окружающей среды (соединения тяжелых металлов и УФ-излучение). Дыхательную активность инкапсулированных дрожжей, покрытых органосиликатной оболочкой, практически не зависит от присутствия токсикантов и УФ-облучения (λ=254 нм, 5ч), в то время как дыхание не инкапсулированных микроорганизмов снижается в несколько раз. Эти результаты указывают на беспрецедентные защитные функции органосиликатной капсулы, что следует учитывать при разработке гетерогенных биокатализаторов на основе иммобилизованных микроорганизмов.

Работа выполнена при поддержке Минобрнауки России ГЗ №2014/227.

FORMATION OF ORGANOSILICATE CAPSULESAROUND YEAST CELLSASAWAY

TO INCREASE THEIR RESISTANCE TO DAMAGING ENVIRONMENTALFACTORS

Kamanina O.A., Burmistrova T.V., Ponamoreva O.N.

Tula State University

Tula, Russia

e-mail: [e-mail]

The heterogeneous biocatalysts based on methylotrophic yeast encapsulated in organosilicate ma-

trix were obtained by sol-gel method. The protective properties of capsule around microorganisms

were shown.

Keywords: sol-gel matrix, encapsulation of microorganisms, heterogeneous biocatalyst

Organisms develop various mineralized structures during the evolution of the natural systems. Examples of such structures are silicate shells of diatoms. The most important function of these sys-

368 Конгресс «БИОТЕХНОЛОГИЯ: СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ» 17-20 марта 2015