1.2.1. Механізми споживання гідрофобних сполук мікроорганізмами

1.2.1.1. Роль поверхнево-активних речовин у асиміляції вуглеводнів

Більшість вуглеводнів є нерозчинними у воді і їхня біодоступність обмежена їх здатністю до адсорбції на поверхні ґрунту. При додаванні ПАР до поліциклічних ароматичних вуглеводнів (ПАВ) останні розчиняються у рідкій фазі, збільшується рухомість нафти та її здатність до біодеградації [23]. Сприятливий вплив ПАР зумовлений утворенням емульсій чи розчиненням гідрофобних сполук. Таким чином відбувається вивільнення адсорбованих до ґрунту органічних сполук та підвищення їх концентрації у водній фазі, що пришвидшує масоперенос [12].

ПАР мікробного походження спричиняють певний вплив на поверхню поділу фаз водного розчину та суміші вуглеводнів. Утворюються мікроемульсії, де будова міцел залежить від фізико-хімічної взаємодії води з вуглеводнем.

Утворення ПАР пов’язане з утилізацією вуглеводнів спільнотами мікроорганізмів. Відомо, що бактерії і дріжджі, здатні до утилізації вуглеводнів, продукують значні кількості фосфоліпідів та насичених жирних кислот (С₁₂-С₁₄) під час росту на н-алканах [23]. Виділення бактеріями ПАР та їх функції зазвичай взаємопов’язані з споживанням вуглеводнів; також ПАР попередньо синтезуються мікроорганізмами, основним субстратом для яких є вуглеводні [24].

При низькій концентрації ПАР розчинні у воді, з її підвищенням вони формують у розчині міцели. Концентрація, при якій починає відбуватися утворення міцел, називається критичною концентрацією міцелоутворення (ККМ): при концентраціях, вищих за ККМ, ПАР здатні розчиняти нафтові вуглеводні у ґрунтово-водних системах, деякі ж здатні підвищувати розчинність вуглеводнів у воді, при значеннях, менших за ККМ [2, 23].

Виділяють два основні механізми споживання мікроорганізмами ПАВ: прямий контакт клітин з великою парафіновою краплиною без емульсифікації або контакт з краплиною з подальшою емульсифікацією. У першому випадку ПАР утримуються на зовнішній клітинній поверхні, сприяючи прикріпленню та подальшому транспорту гідрофобних складових всередину клітини. У другому випадку вільні ПАР, виділені у культуральну рідину, будуть утворювати комплекс з вуглеводнем, що підвищить доступність останнього для клітини [23-25].

На жаль, сьогодні у літературі мало даних про механізми споживання гідрофобних субстратів представниками роду Nocardia, проте, на мою думку, виходячи з принципу біохімічної єдності, доцільно буде розглянути дослідження подібних механізмів у інших мікроорганізмів, і припустити їх функціонування у Nocardia.

Для визначення, який саме механізм буде використовувати клітина, та його зв’язок з утворенням ПАР, були проведені дослідження, в ході яких вимірювали значення клітинної гідрофобності (полягає у вимірюванні оптичної густини відмитих клітин у буферному розчині та клітин після контакту з гексадеканом, та обчисленні різниці отриманих значень), поверхневого та міжфазного натягів (вимірювали за допомогою платинової пластинки за методом Вільгельмі та за допомогою кільця методом Де Ноурі [23]) та значення індексу емульгування. В дослідженні, спрямованому на вивчення поверхневих властивостей представників роду Сandida використовували 6 штамів: C. tropicalis UCP0996; C. lipolytica UCP0988; C. sphaerica UCP0995; C. glabrata UCP1002; C. buinensis UCP0994; C. guilliermondii UCP0992 [25].

В ході дослідження різноманітних мікроорганізмів з метою встановлення механізму споживання вуглеводню (в даному випадку гексадекану) проводили визначення поверхневих властивостей для 61 різних штамів, більшість з яких належали до групи Corynebacterium Mycobacterium Nocardia [24]. Про роль ПАР у споживанні гідрофобних субстратів свідчить їх синтез 53 % досліджуваних штамів.

Залежно від штаму та субстрату було отримано кілька варіантів результатів. В одному з них при низьких та середніх значення гідрофобності та міжфазного натягу, отримано високі значення поверхневого натягу. Це свідчить, що у даних умовах мікроорганізми будуть використовувати ПАР-залежне споживання алканів як домінантний механізм, головним чином за рахунок розчинення гідрофобного субстрату та формуванням міцел з зовнішнім гідрофільним шаром. Цей спосіб транспорту виглядає придатним для гідрофільних клітин, що дозволяє ефективно споживати гідрофобні субстрати. Прикладом використання даного механізму може бути споживання гідрофобних субстратів штамами C. sphaerica UCP 0995 , C. guilliermondii UCP 0992 , C. buinensis UCP 0994, C. glabrata UCP 1002 у першому дослідженні та Pseudomonas aeruginosa Au1 і P. aeruginosa GL 1 [24-25].