Биосенсоры для детекции сульфоароматических и фенольных соединений на основе бактерий родов Comanonas и Pseudomonas - деструкторов n-толуолсульфона

Цель исследования. Целью работы являлось создание биосенсоров электрохимического типа для детекции сульфоароматических и фенольных соединений на основе бактерий родов Comamonas и Pseudomonas, являющихся деструкторами п-толуолсульфоната и фенола, соответственно.

Список используемых сокращений 6
1. ВВЕДЕНИЕ 7
2. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ. Биосенсоры как направление
в аналитической биотехнологии 13
2.1. Типы преобразователей, используемые в
биосенсорах. Электрохимические преобразователи 14
2.2. Типы биологических материалов, применяемых в
рецепторных элементах биосенсоров 15
2.2.1. Сенсоры на основе ферментов, антител и
иммунных комплексов, ДНК, животных и
растительных клеток, клеточных органоидов 15
2.2.2. Сенсоры на основе микробных клеток 17
2.2.2.1. Микробные сенсоры в мониторинге газовых
и водных сред 19
2.2.2.1.1. Мониторинг атмосферы 19
2.2.2.1.2. Мониторинг гидросферы 20
2.2.2.2. Классы соединений, детектируемых с помощью
микробных биосенсоров 21
2.2.2.2.1. Определение БПК 21
2.2.2.2.2. Детекция мутагенов и поллютантов 25
2.2.2.2.3. Сенсоры для определения анионных
поверхностно-активных веществ (ПАВ) 28
2.2.2.3. Методы иммобилизации биологического
материала в рецепторном элементе сенсора 29
2.3. Микроорганизмы-деструкторы и их использование
в разработке биосенсоров для детекции токсичных
соединений 30
2.3.1. Микроорганизмы-деструкторы токсичных соединений 30
2.3.2. Методы направленной модификации
микроорганизмов для придания им деструктивных свойств 34
2.3.3. Плазмидная детерминированность генов биодеградации 35
2.4. Потребности в детекции ароматических и
сульфоароматических соединений 36
2.4.1. Ароматические соединений и их влияние на экосистемы 36
2.4.2. Краткая характеристика сульфоароматических
соединений 36
2.4.3. Возможный механизм биодеградации
толуолсульфоната (ТС) 37
2.5. Характеристика штамма Comamonas testosteroni 38
3. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ 41
3.1. Изучение Исследование способности микроорганизмов
к деградации толуолсульфоната (ТС) 41
3.1.1. Трансформация ТС свободными клетками 41
3.1.2. Деградация ТС иммобилизованными клетками 42
3.1.3. Определение скорости ферментативной реакции клеток 42
3.1.4. Деградация ТС в непрерывных условиях 42
3.1.5. Контроль процесса деградации 43
3.1.6. Получение плазмидного и бесплазмидного варианта
штамма C. testosteroni 43
3.2. Разработка микробного сенсора для определения
п-толуолсульфоната 44
3.2.1. Среда культивирования 44
3.2.2. Иммобилизация микроорганизмов 44
3.2.3. Исследование деградирующей активности
микроорганизмов 44
3.3. Разработка микробного сенсора для детекции фенола 45
3.3.1. Объект исследования 45
3.3.2. Штаммы-деструкторы фенола 46
3.3.3. Иммобилизация клеток 46
3.3.4. Хранение беактериальных штаммов 47
3.3.5. Скорость окисления субстрата
бактериальными клетками 47
3.4. Характеристика полярографической измерительной
системы 48
3.5. Деградация фенола в колоночном реакторе с
иммобилизованным активным илом установки
биохимочистки (БХО) 49
3.5.1. Отбор проб активного ила 49
3.5.2. Иммобилизация активного ила 49
3.5.3. Условия эксперимента 49
3.5.4. Контроль на входе и выходе колонки 49
3.5.5. Данные по работе установки биохимочистки 49
3.5.6. Определение фенола 50
3.6. Оптимизация работы установки БХО 50
3.6.1. Концентрация растворенного кислорода 50
3.6.2. Проведение замеров 50
3.7. Статистическая обработка полученных результатов 50
3.8. Основные технические параметры анализатора 50
4. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 51
4.1. Биодеградация ТС с помощью
C.testosteroni BS1310(pBS1010) 52
4.1.1. Деградация ТС свободными и иммобилизованными
клетками в периодических условиях 52
4.1.2. Деградация ТС в непрерывных условиях 54
4.2. Сенсор для детекции п-толуолсульфоната (ТС) 57
4.2.1. Скрининг штаммов-деструкторов арилсульфонатов 57
4.2.2. Характеристика штамма Comamonas testosteroni 57
4.2.3. Характеристика сенсоров на основе
плазмидсодержащего и бесплазмидного штамма C. testosteroni 58
4.2.4. Исследование работы сенсора на основе клеток
Comamonas testosteroni в проточной системе 76
4.3. Разработка микробного биосенсора для детекции
фенола 80
4.3.1.Скрининг штаммов-деструкторов фенола 80
4.3.2. Характеристика штамма 32-I
(Субстратная специфичность) 84
4.3.3. Характеристика сенсоров на основе
плазмидсодержащего и бесплазмидного вариантов
штамма 32-I 85
4.4. Возможные пути решения практических задач
с применением биосенсорного подхода 97
4.4.1. Деградация целевых соединений сточных вод
иммобилизованными на колонке микроорганизмами
установки биохимочистки сточных вод (БХО) 100
4.4.2. Использование полученных данных для оценки
эффективности процесса очистки стоков в аэротенках
установки биохимической очистки 106
4.4.2.1. Исходное состояние установки биохимочистки 106
4.4.2.2. Результаты проведенных технических и
технологических мероприятий на сооружениях БХО 111
5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ 116
6. ВЫВОДЫ 118
7. ЛИТЕРАТУРА 120