Биоремедиация почв, загрязненных фосфорорганическими соединениями, основанная на применении иммобилизованных нано- и микробиокатализаторов, Ефременко Е.Н.

Впервые получены гетерогенные иммобилизованные биокатализаторы на основе различных рекомбинантных белков с активностью фермента органофосфатгидролазы, и носителя в виде делигнифицированного целлюлозосодержащего сырья (опилки, рисовая солома), способных осуществлять гидролиз фосфорорганических пестицидов (хлорпирифоса, паратиона, метилпаратиона, параоксона) в модельных образцах почв, и изучены их свойства. Показана возможность получения биокатализаторов с активностью до 300 Ед/г, что в совокупности со свойствами носителя (биодеградируемость) позволяет ожидать их эффективного применения для биоремедиации почвогрунтов. Аналогов у данной разработки не обнаружено. Были получены гидрофобно-модифицированные опилки и проведена оценка их гидрофобно-гидрофильных свойств. Впервые показано, что «частичная» гидрофобизация опилок обеспечивает в материале сочетание гидрофильных и гидрофобных зон и позволяет организовать крупноячеистую гидрофобную полимерную пленку на внутренней поверхности пор матрицы, что наиболее благоприятно для проведения иммобилизации биокаталитических систем. Впервые разработаны биокатализаторы на основе иммобилизованных клеток микроорганизмов (бактерий Rhodococcus ruber Ac-1413 и Pseudomonas sp. 78Г, а также мицелиальных грибов Aspergillus niger F-679), являющихся активными деструкторами продуктов ферментативного гидролиза фосфорорганических пестицидов, с использованием различных носителей и способов иммобилизации (включение в супермакропористые гидрогели, сорбция на носителях из природных материалов). Определено влияние различных факторов (концентрации клеток и носителя, степени гидрофобизации носителя, времени проведения иммобилизации, типа носителя) на характеристики получаемых биокатализаторов (рН и температурный оптимум действия). Изучены основные особенности функционирования разработанных иммобилизованных биокатализаторов на основе клеток в системах, моделирующих почвогрунты. Кроме того, изучено влияние концентрации самих биокатализаторов и их субстратов, а также времени экспонирования на степень и скорость разложения продуктов ферментативного гидролиза фосфорорганических пестицидов и продуктов деструкции отравляющих веществ. Показана возможность биодеградации самого носителя (опилок) вследствие наличия у выбранного для работы мицелиального гриба Aspergillus niger F-679 активного целлюлолитического комплекса, состав которого, как было установлено в проекте, зависит от типа носителя, используемого для иммобилизации клеток, и условий их культивирования, в частности, рН среды. Разработаны способы получения иммобилизованного биокатализатора (варьированием условий подготовки клеток к иммобилизации, подбором условий включения клеток в матрицу носителя) и самого биокатализатора на основе светящихся бактерий для разработки систем биомониторинга фосфорсодержащих экотоксикантов. Показано, что иммобилизация положительно влияет на температурную стабильность биолюминесценции фотобактерий. Впервые установлены значения концентраций ряда фосфорорганических пестицидов, вызывающих снижение биолюминесценции клеток на 50% (EC50). Показана принципиальная возможность обнаружения фосфорорганических пестицидов с помощью полученных иммобилизованных клеток в почвогрунтах, ранее не исследовавшаяся для иммобилизованных клеток фотобактерий. Впервые была показана возможность использования иммобилизованных нано- (ферментных) и микро- (на основе клеток) биокатализаторов для последовательного разложения ФОС и продуктов их деградации. Таким образом, впервые была продемонстрирована возможность разработки научно-практических подходов к созданию комбинированных биокаталитических систем для комплексного разложения фосфорорганических пестицидов, а также фосфорорганических продуктов деструкции отравляющих веществ в условиях почв.