Огляд літератури розділ 1

БІОТЕХНОЛОГІЧНИЙ ПОТЕНЦІАЛ БАКТЕРІЙ РОДУ NOCARDIA

1.1. Виділення та ідентифікація біотехнологічно-перспективних штамів роду Nocardia

На першому етапі дослідникам необхідно виділити штами, що потенційно здатні до розкладу нафтових вуглеводнів або до синтезу практично цінних метаболітів, та ідентифікувати їх.

У першому випадку виправданим буде їх виділення з забруднених нафтою територій, так як виділені штами повинні рости на складових нафти. Так, штам Nocardia TSH1 був виділений з ґрунту, забрудного відходами з нафтопереробного заводу [12], Nocardia cyriacigeorgica SBUG 1472 з забруднених нафтою зразків піску з пустелі в Саудівській Аравії [13]. Також з забрудненого ґрунту виділені штами, ідентифіковані поки як Nocardia sp. та здатні до росту на вуглеводнях [14].

В деяких випадках не є необхідним виділення штаму з довкілля – можна скористатися вже наявним, депонованим у певній колекції мікроорганізмів. Так, штам Nocardia hydrocarbonoxydans NCIM 2386 для дослідження біодеградації фенолу було взято у національній колекції в Індії [16].

Щодо виділення потенційних продуцентів біологічно-активних сполук, то поряд з традиційними місцями виділення мікроорганізмів, наприклад для Nocardia levis MK-VL 113 [17] – потенційного продуцента біоактивних метаболітів, привертають увагу альтернативні способи. Особливо перспективним є виділення морських мікроорганізмів, зокрема асоційованих з морськими губками [17, 18]. Останні забезпечують симбіонта поживними сполуками та створюють сприятливі умови для його росту. Мікроорганізми морських екосистем здатні синтезувати широке коло хімічних сполук, таких як терпени, полікетиди, пептиди, алкалоїди, використовуючи різноманітні метаболічні шляхи. Дані мікроорганізми останнім часом вважають перспективними продуцентами нових сполук з унікальною структурою та потенційними терапевтичними властивостями. Відомо, що мікроорганізми групи “Micromonospora–Rhodococcus–Streptomyces” дуже поширені у морському середовищі. Так з морських губок були виділені: Nocardiopsis lucentensis MSA04 та Nocardiopsis alba MSA10 – продуценти поверхнево-активних речовин, Nocardia sp. ALAA 2000 – продуцент антибіотичної речовини [17–19].

Цікавим є виділення патогенних представників роду Nocardia, що являють собою відносно недосліджений ресурс для виявлення нових біологічно-активних сполук. Так у пацієнта було виділено штам Nocardia pseudobrasiliensis IFM0757, якому притаманна висока антагоністична активність щодо мікроорганізмів родів Mycobacterium та Gordonia [20].

Для ідентифікації штамів мікроорганізмів використовували сукупність методів, зокрема порівння морфологічних та культуральних ознак, визначення вмісту ГЦ в ДНК, сиквенування генетичних послідовностей 16 S РНК, аналіз міколових кислот [11–20].

1.2. Використання представників роду Nocardia у деградації нафтових забруднень

Нафта являє собою комплекс різних вуглеводнів (аліфатичних, аліциклічних, ароматичних) та інших сполук (гетероциклічної, металоорганічної природи) [11, 21]. Процеси видобутку, транспортування, переробки нафти постійно супроводжуються аварійними викидами сировини у навколишнє середовище. На сьогодні вона є основним забруднювачем довкілля. Потрапляючи у ґрунт та воду, великі кількості нафти порушують екологічну рівновагу систем, що проявляється в інгібуванні життєдіяльності більшості груп живих організмів. На даний момент близько четвертої частини води планети так чи інакше забруднені нафтою. Механічні методи не можуть забезпечити необхідний рівень очищення. Одним з найдешевших методів являється випалювання нафти з ґрунту, проте ще більш небезпечним в даному випадку є вторинне забруднення довкілля продуктами горіння, серед яких є канцерогенні сполуки [13, 14].

На сьогодні перспективним методом очистки довкілля від нафтових забруднень вважають використання поверхнево-активних речовин, які емульсифікують частинки нафти, після чого її легше видалити. Використання синтетичних ПАР є екологічно недоцільним, так як вони являються високо отруйними речовинами, їх вплив навіть перевищує шкоду, заподіяну нафтою [2]. ПАР природного походження, на відміну від синтетичних аналогів, є нетоксичними, біодеградабельними та екологічно безпечними. Особливо ефективним є використання комплексних препаратів нафтоокиснювальних мікроорганізмів та синтезованих ними ПАР. Використання ПАР дає змогу підвищити біодоступність вуглеводнів для мікроорганізмів та гідрофобність клітинної стінки біодеструкторів, що суттєво полегшує асиміляцію нафти та нафтопродуктів клітинами. Дослідженнями було доведено ефективність біоаугментації (екзогенне внесення вибраних нафтодеструкторів у місця забруднення) та біостимуляції (стимуляція автохтонної мікрофлори) [4, 12].

Аналізуючи велику кількість робіт по вивченню біодеградації та незважаючи на відмінні умови проведення експериментів було виявлено, що домінантною мікрофлорою забруднених нафтою екосистем є грам-негативні протеобактерії (Pseudomonas, Alkanivorax) та представники так званої CFB групи (Cytophaga, Flavobacterium, Bacteroides) [14].

Грам-позитивні бактерії, до яких належать і представники роду Nocardia на думку більшості вчених належать до мінорних угруповань та приймають участь у розкладі специфічних, більш стійких класів вуглеводнів. Проте приймаючи до уваги їх високий потенціал у біотрансформації та біодеградації органічних сполук, можна припустити можливість їх широкого використання у деградації нафтових забруднень. Беручи до уваги вищенаведені дані привертає увагу дослідження, здійснене італійськими вченими, в ході якого було виявлено, що представниками індігенної мікрофлори забрудненої нафтою місцевості виявилися якраз грам-позитивні бактерії, а саме – актиноміцети, представники родів Rhodococcus, Gordonia та Nocardia. Було висунуто припущення, що саме через стійкість до лізису клітинної стінки під час екстракції ДНК з природних зразків дані мікроорганізми рідко виявляються у місцях забруднення та не ідентифікуються [14]. Про здатність нокардій використовувати складові нафти як єдине джерело вуглецю і енергії було відомо ще в середині минулого століття. Так, у 1956 р. Webley із співав. описали штами Nocardia opaca T 16 Nocardia sp. P 2, що здатні деградувати С₁₀ – С₁₆ вуглеводневі сполуки [22]. До потенційними переваг штамів роду Nocardia у деградації нафтових забруднень можна віднести широкі катаболічні властивості, високу стійкість до несприятливих факторів зовнішнього середовища та здатність синтезувати ПАР [14].