Деградация пиридина и его производных представителями родов Arthrobacter и Rhodococcus (27.09.2010)

Автор: Хасаева Фатимат Машировна

имени М.В. ЛОМОНОСОВА

БИОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

__________________________________________________________________

На правах рукописи

ХАСАЕВА Фатимат Машировна

ДЕГРАДАЦИЯ ПИРИДИНА И ЕГО ПРОИЗВОДНЫХ ПРЕДСТАВИТЕЛЯМИ РОДОВ ARTHROBACTER И RHODOCOCCUS

Специальности 03.02.03 – микробиология

03.01.06 – биотехнология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора биологических наук

Москва, 2010 г.

Работа выполнена на кафедре микробиологии биологического и в лаборатории масс-спектрального анализа химического факультетов МГУ им. М.В. Ломоносова

Научные консультанты: доктор биологических наук, профессор

Нетрусов Александр Иванович

доктор химических наук, профессор

Лебедев Альберт Тарасович

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор

Эль- Регистан Галина Ивановна

доктор биологических наук

Солянникова Инна Петровна

доктор биологических наук, профессор

Градова Нина Борисовна

Ведущая организация: Российский государственный университет нефти и газа

им. И.М. Губкина

Защита состоится 14 декабря 2010 года в 15 часов 30 мин на заседании Диссертационного совета Д 501.001.21 при Московском государственном университете им. М.В. Ломоносова по адресу: 119991, г. Москва, ГСП-1, Ленинские горы дом 1, МГУ, корпус 12, биологический факультет, ауд. М-1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке биологического факультета Московского Государственного Университета им. М.В. Ломоносова

Автореферат разослан 12 ноября 2010 г

Ученый секретарь

Диссертационного совета,

кандидат биологических наук Пискункова Н.Ф.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В настоящее время практически все природные среды подвергаются антропогенным воздействиям. Интенсивное развитие химической промышленности привело к тому, что в биосферу постоянно и в возрастающих количествах поступают вещества-загрязнители. Попадая в окружающую среду, они широко распространяются в природных ландшафтах, циркулируют в трофических цепях и накапливаются в организмах животных и человека. Это серьезно угрожает здоровью, и даже жизни всех живых существ, включая человека, повреждая клетки и вызывая мутации, ведущие к развитию злокачественных процессов или наследственных заболеваний. Особую опасность для природных экосистем представляют сточные воды коксохимических, нефтеперерабатывающих, фармацевтических и других предприятий химической промышленности. Они содержат токсичные и канцерогенные органические вещества первого и второго классов опасности, составляющие наиболее многочисленную группу (от 60% - 80% контролируемых веществ), интервал допустимых концентраций которых составляет от 10-4 – 10-7 мг/л. В течение года в природные резервуары поступает до 100 тыс различных химических соединений, 60 млн т синтетических материалов и до 5 млн т пестицидов [Кузнецов, Градова, 2006].

Учитывая распространенность, токсичность и устойчивость ксенобиотиков различных классов, для изучения процессов их деградации были выбраны азотсодержащие ароматические арены, к которым относятся пиридин и его производные [Rogers et al., 1985].

Санитарным законодательством предельно-допустимая концентрация (ПДК) для пиридина в питьевой воде установлена на уровне 0,2 мг/л, пиколинов и лутидинов 0,05мг/л, паров в воздухе 0,0015 мг/л [ГН 2.1.5.2280-07, 2007], а для воды водных объектов, имеющих рыбохозяйственное значение – 0,01 и 0,001 мг/л, соответственно [Перечень рыбохозяйственных нормативов, 1999]. Такие значения ПДК предполагают глубокую очистку сточных вод. На данный момент предложены различные физико-химические способы очистки: адсорбция [Akita, 1993; Sabah, 2002], адсорбция с электросорбцией [Niu, 2002], озонирование [Stern, 1997], ионный обмен [Алиева, 1987], но ни один из современных методов химической очистки не может считаться ни экономичным, ни эффективным. Биологический метод очистки обладает рядом несомненных достоинств, к числу которых относится его экологичность: в процессе биологической очистки не образуется чуждых природной среде соединений и происходит деструкция органических загрязнений до СО2 и Н2О [Лохова, 2009].

Современный уровень развития общества, промышленного производства, экологическое состояние окружающей среды обусловили повышение требований к качеству сточных вод, сбрасываемых в водные объекты, а традиционные технологии биологической очистки в аэротенках уже не позволяют достичь необходимой степени очистки.Одним из наиболее эффективных и очевидных способов увеличения окислительной мощности и улучшения ряда технологических показателей традиционных биологических очистных сооружений является применение иммобилизации биомассы на нерастворимых в воде материалах [Демаков и др., 2009].

В связи с этим первостепенное значение приобретает разработка микробио-логических способов очистки, предусматривающая поиск эффективных микро-организмов-деструкторов, всестороннее их изучение, подбор оптимальных способов хранения, обеспечивающих сохранение, как жизнеспособности, так и ферментативной активности, исследование путей и химических превращений ксенобиотиков и дальнейшее использование этих микроорганизмов в процессах очистки промышленных сточных вод и биоремидиации почв.

Состояние вопроса. К началу настоящей работы было известно, что первичной реакцией метаболизма бензольного кольца является его гидроксилирование с образованием диоксисоединений [Арчаков, 1983; Leslie, 1985; Кулинский, 1999; Соляникова, 2007]. Последующее раскрытие кольца может проходить по одному из известных типов окислительного его расщепления: орто-, мета- и расщепление по пути гентизиновой кислоты.

В отличие от бензольного, реакции раскрытия пиридинового кольца не имеют однозначной интерпретации. Это, с одной стороны, обусловлено тем, что пиридин является электронодефицитным соединением, поскольку замена в кольце бензола одного атома углерода более электроотрицательным атомом азота приводит к резкому перераспределению электронной плотности в ядре так, что в положениях 2- и 4- электронная плотность понижена [Гранберг,1973, Пожарский,1986]. В результате наряду с повышенной основностью пиридина (за счет свободной пары электронов азота), его электрофильность резко подавлена, а нуклеофильные реагенты атакуют ?- и ? - положения в ядре. Таким образом, нуклеофильная атака, например, введение ОН-группы, становится более легкой по сравнению с электрофильным замещением (Джилкрист, 1996). С другой стороны, до сих пор не удалось получить бактериальные бесклеточные экстракты, способные трансформировать молекулу пиридина: отсюда многие стадии его деградации остаются неизученными.

Немногочисленные данные о микробном метаболизме пиридина и алкилпиридинов свидетельствуют о различающихся процессах их разложения


загрузка...