Вплив солей важких металів на фізіолого-біохімічні характеристики бактерій циклу сірки - Автореферат

Встановлено, що чисельність цих бактерій у нижніх ділянках водної товщі озера (глибина 40 м) становить 1,42 - 1,52·106 клітин/мл, а у мулі - 4,71·106, що свідчить про їхнє широке розповсюдження в озері та характеризує інтенсивність дисиміляційного сульфатвідновлення [Гудзь С. П. та ін., 2004, Мороз О. М. та ін., 2008]. Результати аналізу вмісту у воді іонів важких металів, зокрема Cd2 , Zn2 , Pb2 та Cu2 , протягом кількох останніх років показали їхнє швидке нагромадження у придонних відкладах, що призводить до порушень функціонування мікробіоценозів [Мороз О. М. та ін., 2009]. Деякі представники родів Desulfovibrio та Desulfuromonas здатні осаджувати двозарядні катіони важких металів, виділяючи сірководень у процесі життєдіяльності й нагромаджувати у клітинах їхні сульфіди [Радченко О. С., 1991]. У даній роботі досліджували вплив солей важких металів на ріст бактерій, які забезпечують кругообіг сірки, використання сульфатів Desulfovibrio sp. Показано інгібуючий вплив солей важких металів на ріст і використання сульфат-іонів бактеріями Desulfovibrio sp.В огляді літератури відображено взаємодію мікроорганізмів з металами, вплив іонів важких металів на мікроорганізми.У роботі використовували сульфатвідновлювальні бактерії Desulfovibrio sp. Чисті культури підтримувалися шляхом пересіву клонованих на селективних середовищах бактерій та їх зберігання у колекції кафедри. Ya-11 до росту в присутності солей важких металів до середовища вносили різні концентрації CDCL2, або ZNCL2, або Pb(NO3)2 чи CUCL2: 0,5 ММ, 1,0 ММ, 1,5 ММ, 2,0 ММ та 2,5 ММ. Ya-2005 вирощували у середовищі для культивування сірковідновлювальних бактерій [Розанова Е. П., 1977; Pfenning N. et al., 1982]. Ya-2003 вирощували у середовищі Ван Ніля [Van Niel, 1981], а зелені Chlorobium sp.Хімічний аналіз води озера показав, що протягом кількох останніх років концентрація іонів важких металів (Cd2 , Zn2 , Pb2 та Cu2 ) у воді зростає, а це призводить до їх нагромадження у придонних відкладах і до порушень функціонування мікробіоценозів [Мороз О. М. та ін., 2009]. Вплив солей важких металів на ці бактерії не досліджено. За наявності CUCL2 концентрацією 2,5 ММ спостерігали пригнічення росту бактерій Desulfovibrio sp. Таким чином, збільшення концентрації CDCL2, або Pb(NO3)2 чи CUCL2 в середовищі спричиняло зменшення біомаси бактерій Desulfovibrio sp. Досліджували вплив солей важких металів на використання сульфат-іонів клітинами Desulfovibrio sp.Досліджували ріст фотосинтезувальних сіркобактерій за впливу різних концентрацій солей важких металів. Внесення різних солей важких металів впливало на нагромадження біомаси зелених сіркобактерій Chlorobium sp. Таким чином, на основі отриманих результатів уперше встановлено ряд токсичної дії важких металів на фототрофні сіркобактерії Chlorobium sp. Додавання 0,5 ММ солі Кадмію чи Купруму не спричиняло зміни швидкості поглинання кисню Chlorobium sp. Таким чином, внесення солей важких металів у середовище культивування змінює швидкість поглинання кисню клітинами фототрофних сіркобактерій, яка залежить від концентрації солі і тривалості вирощування культури.У наш час вплив солей важких металів на фотосинтезувальні консорції бактерій у літературі не описано. Досліджували, як впливають солі важких металів на ріст консорції бактерій, якісний і кількісний склад її фотосинтезувальних пігментів, морфологію та поглинання іонів важких металів. Досліджено вплив солей важких металів на морфологію клітин бактерій. Уперше показано цитоморфологічні зміни у клітинах досліджуваних бактерій: утворення електроннощільних речовин усередині клітин, зміну форми клітин, відшарування протопласту від клітинної стінки, порушення процесів поділу. Встановлено, що досліджувані бактерії здатні поглинати іони важких металів, зокрема, Купруму (1,29·10-3 ммоль/г клітин), Плюмбуму (0,11·10-6 ммоль/г клітин) та Кадмію (0,10·10-17 ммоль/г клітин).У даній дисертаційній роботі встановлено негативний вплив солей важких металів на ріст, використання сульфатів, швидкість поглинання кисню, вміст фотосинтезувальних пігментів, виявлено цитоморфологічні зміни клітин бактерій, які забезпечують кругообіг сірки у природі. Уперше одержано ряд токсичної дії солей важких металів на Desulfovibrio sp. Уперше отримано ряд токсичної дії солей важких металів на сірковідновлювальні бактерії Desulfuromonas sp. Уперше одержано ряд токсичної дії солей важких металів на Thiocapsa sp. Уперше встановлено, що внесення 0,5 та 2,5 ММ Pb(NO3)2 збільшує у 3-6 разів швидкість поглинання кисню клітинами фототрофних сіркобактерій Chlorobium sp.

Основний зміст роботи

У даній дисертаційній роботі встановлено негативний вплив солей важких металів на ріст, використання сульфатів, швидкість поглинання кисню, вміст фотосинтезувальних пігментів, виявлено цитоморфологічні зміни клітин бактерій, які забезпечують кругообіг сірки у природі.

1. Уперше показано, що CDCL2, Pb(NO3)2, CUCL2 пригнічують ріст сульфатвідновлювальних бактерій Desulfovibrio sp. Ya-11 та використання ними сульфат-іонів; внесення 1,5 ММ ZNCL2 стимулює ці процеси на 89%. Уперше одержано ряд токсичної дії солей важких металів на Desulfovibrio sp. Ya-11: Pb> Cd>Cu.

2. Ріст бактерій Desulfuromonas sp. Ya-2005 найбільше пригнічується (64-95%) за дії 0,5-2,5 ММ CDSO4, найменший вплив виявляє ZNSO4. Уперше отримано ряд токсичної дії солей важких металів на сірковідновлювальні бактерії Desulfuromonas sp. Ya-2005: Cd>Cu>Pb>Zn.

3. Уперше показано, що CDSO4, Pb(NO3)2, CUSO4, ZNSO4 у концентраціях 0,5-2,5 ММ пригнічують ріст штамів фотосинтезувальних сіркобактерій. Уперше одержано ряд токсичної дії солей важких металів на Thiocapsa sp. Ya-2003: Cu>Cd>Pb>Zn; Lamprocystis sp. Ya-2003, Chlorobium sp. Ya-2002 - Cu>Pb>Cd>Zn; Pelochromatium roseo-viridae - Cd>Pb>Cu>Zn.

4. Уперше встановлено, що внесення 0,5 та 2,5 ММ Pb(NO3)2 збільшує у 3-6 разів швидкість поглинання кисню клітинами фототрофних сіркобактерій Chlorobium sp. Ya-2002, Lamprocystis sp. Ya-2003 та Thiocapsa sp. Ya-2003.

5. Внесення Pb(NO3)2, ZNSO4 чи CDSO4 зменшує вміст бактеріохлорофілу a на 70-75% у клітинах фототрофних бактерій Lamprocystis sp. Ya-2003. За дії 2,5 ММ солі Плюмбуму, Цинку та Купруму вміст хлоробактину у клітинах Chlorobium sp. Ya-2002 та консорції P. roseo-viridae зменшується на 90-97%. Встановлено ряд дії солей металів на кількісний склад пігментів фототрофних сіркобактерій: Cu>Cd>Pb>Zn.

6. Внесення солей важких металів спричиняє негативні цитоморфологічні зміни у клітинах бактерій циклу сірки.

7. Уперше встановлено, що бактерії циклу сірки здатні поглинати іони важких металів зі середовища. Найменше вони поглинають Cd2 (2,22·10-20 ММ/г клітин, Thiocapsa sp. Ya-2003), дещо менше - Pb2 (0,11·10-6 ММ/г клітин, P. roseo-viridae). Найбільше здатні поглинати Cu2 (0,19 ММ/г клітин, Desulfuromonas sp. Ya-2005). Уперше встановлено, що здатність клітин досліджуваних бактерій до поглинання змінюється в ряді іонів важких металів: Cu>Pb>Cd.

Одержані результати рекомендовано застосувати для виділення стійких до солей важких металів штамів сіркобактерій, які здатні поглинати іони цих сполук у високих концентраціях. Результати вивчення впливу солей важких металів на сульфатвідновлювальні бактерії рекомендовано використовувати при створенні універсальних комплексних біотехнологій очищення водойм від цих ксенобіотиків. Зміни фізіолого-біохімічних характеристик бактерій циклу сірки за впливу солей важких металів мають перспективу використання при підборі біологічних індикаторів.

1. Кушкевич І. В. Вплив концентрацій Cd2 та Zn2 на ріст культури Desulfovibrio desulfuricans Ya-11 / Кушкевич І. В., Гнатуш С. О., Кулачковський О. Р. // Науковий вісник Ужгородського національного ун-ту. Біологія. - 2008. - Вип. 22. - С. 97-103. (Здобувач провів експериментальні дослідження росту бактерій, виконав електронномікроскопічні дослідження, а також спільно з науковим керівником проаналізував і узагальнив літературні джерела, брав участь у написанні та оформленні статті).

2. Кушкевич І. В. Вплив різних концентрацій Pb2 на фізіолого-біохімічні властивості фототрофних сіркобактерій Chromatium okenii / Кушкевич І. В., Гнатуш С. О., Гудзь С. П., Кулачковський О. Р., Федорович А. М. // Вісник Львівського ун-ту. Серія біологічна. - 2008. - Вип. 46. - С. 137-146. (Здобувач провів експериментальні дослідження росту бактерій, швидкості поглинання кисню, виконав електронномікроскопічні дослідження, виконав спектральний аналіз пігментів, спільно з науковим керівником проаналізував і узагальнив дані літератури, написав та оформив статтю).

3. Кушкевич І. В. зміна деяких фізіолого-біохімічних властивостей Thiocapsa roseopersicina за впливу різних концентрацій кадмій сульфату / Кушкевич І.В., Гнатуш С. О., Гудзь С. П. // Вісник Одеського ун-ту. Біологія. - 2008. - Т.13. - Вип. 4. - С. 177-186. (Здобувач провів усі експериментальні дослідження, узагальнив, написав та підготував статтю до друку).

4. Кушкевич І. В. Вплив кадмій сульфату на ріст, швидкість поглинання кисню та ультраструктуру Chromatium sp. / Кушкевич І. В., Гнатуш С. О., Гудзь С. П., Кулачковський О. Р. // Мікробіологія і біотехнологія. - 2009. - №1. - С. 70-76. (Здобувач провів експериментальні дослідження росту бактерій, швидкості поглинання кисню, виконав електронномікроскопічні дослідження, проаналізув і узагальнив дані літератури, написав та оформив статтю).

5. Кушкевич І. В. Вплив деяких важких металів на фотосинтезувальні сіркобактерії Lamprocystis sp. / Кушкевич І. В., Гнатуш С. О., Гудзь С. П. // Біологічні студії. - 2009. - Т. 3, №2. - С. 71-80. (Здобувач провів усі експериментальні дослідження, спільно з науковим керівником та проф. С. П. Гудзем проаналізував їх і узагальнив, написав та підготував статтю до друку).

6. Кушкевич І. Акумулювання Cu2 та Cd2 клітинами Desulfuromonas acetoxidans за різних концентрацій металів у середовищі / Кушкевич І., Гнатуш С., Гудзь С., Василів О. // Вісник Львівського ун-ту. Серія біологічна. - 2008. - Вип. 48. - С. 140-145. (Здобувач провів експериментальні дослідження акумуляції іонів важких металів бактеріями, спільно з науковим керівником підібрав методики досліджень, проаналізував і узагальнив літературні джерела, брав участь в аналізі експериментальних даних, написанні та оформленні статті).

7. Кушкевич І. Вплив важких металів на властивості Pelochromatium roseo-viridae / Кушкевич І., Гнатуш С., Гудзь С., Друль М., Федорович А. // Вісник Львівського ун-ту. Серія біологічна. - 2009. - Вип. 49. - С. 157-164. (Здобувач провів експериментальні дослідження росту бактерій, виконав спектральний аналіз пігментів, проаналізув і узагальнив дані літератури, написав та підготував статтю до друку).

8. Halushka A. Bacteria of sulfur cycle: morphological and physiological characteristics, the role in production and utilization of hydrogen sulfide / Halushka A., Kushkevych I., Peretyatko T., Hnatush S., Gudz S. // 2nd Polish-Ukrainian Weigl Conference „Microbiology in the XXI century” Warsaw Agricultural University - SGGW 24-26 September 2007. - P. 100 - 103.

9. Скобало М. В. Ріст зелених сіркових бактерій роду Chlorobium при різних концентраціях іонів кадмію / Скобало М.В., Кушкевич І.В., Гнатуш С.О. // Матеріали ІІ Міжнародної конференції молодих учених «Біологія: від молекули до біосфери» (19 - 21 листопада 2007 року). Харків: Планета-Принт. - 2007. - С. 389-390.

10. Vasyliv O. Effects of some heavy metals salts on glutathione content in the cells of Desulfuromonas acetooxidans / Vasyliv O., Kushkevych I., Hnatush S. // V International Scientific Conference for Students and PHD Students „Youth and Progress of Biology”, Lviv, Ivan Franko LNU, May 12-15, 2009. Abstracts book, Lviv. - 2009. - V. 2. - P. 224-225.

11. Сай Ю. В. Ріст та поглинання кисню клітинами пурпурових сіркових бактерій Thiocapsa sp. при внесенні у середовище культивування різних концентрацій іонів кадмію / Сай Ю. В., Притула І. Р., Кушкевич І. В., Гнатуш С. О. // Матеріали ІІ Міжнародної конференції молодих учених „Біологія: від молекули до біосфери” (19-21 листопада 2007 року). Харків: Планета-Принт. - 2007. - С. 382-383.

12. Скобало М. В. Ріст і дихання зелених сіркових бактерій Chlorobium limicola за впливу іонів плюмбуму / Скобало М. В., Притула І. Р., Кушкевич І.В., Гнатуш С.О. // Матеріали Х Всеукраїнської наукової конференції студентів, магістрантів і аспірантів „Екологічні проблеми регіонів України” (17-18 квітня 2008 року), Одеса. - 2008. - С. 275-276.

13. Кушкевич І. В. Ріст і поглинання кисню пурпуровими сірковими бактеріями Lamprocystis roseopersicina за впливу іонів кадмію / Кушкевич І. В., Притула І. Р., Гнатуш С. О. // Матеріали Міжнародної науково-практичної конференції „Біорізноманіття: теорія, практика та методичні аспекти вивчення у загальноосвітній та вищій школі” (Полтава, 7-8 лютого 2008 року), Полтава: Друкарська майстерня. - 2008. - С. 184.

14. Скобало М.В. Вплив іонів кадмію на пігментний склад зелених сіркових бактерій Chlorobium limicola / Скобало М. В., Кушкевич І. В., Гнатуш С. О. // Матеріали Міжнародної науково-практичної конференції „Біорізноманіття: теорія, практика та методичні аспекти вивчення у загальноосвітній та вищій школі” (Полтава, 7-8 лютого 2008 року), Полтава: Друкарська майстерня. - 2008. - С. 255.

15. Друль М. Ріст консорції бактерій Pelochromatium rozeo-viridae за впливу іонів плюмбуму та купруму / Друль М., Скобало М., Кушкевич І., Гнатуш С. // Матеріали XII Міжнародного медичного конгресу студентів та молодих учених (31 березня - 2 квітня 2008 року), Тернопіль: Укрмедкнига. - 2008. - С.236.

16. Василів О. М. Вплив іонів цинку на ріст Desulfuromonas acetoxidans / Василів О.М., Кушкевич І. В., Гнатуш С. О. // Збірник тез IV Міжнародної наукової конференції студентів та аспірантів „Молодь і поступ біології” (7-10 квітня 2008 року), Львів. - 2008. - С.298-299.

17. Скобало М.В. Пігменти Chlorobium limicola за впливу Cu2 / Скобало М. В., Кушкевич І.В., Гнатуш С.О.// Збірник тез IV Міжнародної наукової конференції студентів та аспірантів „Молодь і поступ біології” (7-10 квітня 2008 року), Львів. - 2008. - С. 338-339.

18. Сай Ю.В. Вплив іонів купруму на ріст бактерій Thiocapsa roseopersicina / Сай Ю. В., Кушкевич І. В., Гнатуш С. О. // Збірник тез IV Міжнародної наукової конференції студентів та аспірантів „Молодь і поступ біології” (7 - 10 квітня 2008 року), Львів. - 2008. - С.336-337.

19. Друль М. В. Вплив цинк сульфату на зміну кількісного складу пігментів консорції Pelochromatium roseo-viridae / Друль М. В., Кушкевич І. В., Гнатуш С. О. // Збірник тез І Міжнародної наукової конференції студентів, аспірантів та молодих учених „Фундаментальні та прикладні дослідження в біології” (23-26 лютого 2009 року), Донецьк. - 2009. - С. 234-235.

20. Mutenko H. Accumulation of heavy metals by the cells of Desulfovibrio desulfuricans Ya - 11 / Mutenko H., Kushkevych I., Hnatush S. // V International Scientific Conference for Students and PHD Students „Youth and Progress of Biology”, Lviv, Ivan Franko LNU, May 12-15, 2009. Abstracts book, Lviv. - 2009. - V. 2. - P. 221-222.

21. Kushkevych I. Influence of lead nitrate on photosynthetic sulfur bacteria / Kushkevych I., Hnatush S., Gudz S. // 3nd Ukrainian-Polish Weigl Conference „Microbiology in on service for human”, Odesa National I.I. Mechnykov University, 14-17 September. Odesa. - 2009. - P.44-45.

22. Кушкевич І. Акумуляція кадмію клітинами сіркобактерій / Кушкевич І., Гнатуш С., Гудзь С. // ХІІ зїзд Товариства мікробіологів України ім. С. М. Виноградського, Ужгород, Ужгородський національний університет, 25-30 травня 2009 р.: Збірник тез. Ужгород. - 2009. - С. 116.