Рис. 5. Колонізація поверхні скла (1) і полістиролу (2) бактеріями
M. capsulatus у газовій та рідкій фазі в залежності від концентрації O2 в
газовій суміші і відстані (h), у мм, до границі поділу “рідина – газ” (0),
“+” — над рівнем рідини, “–” — занурена частина. Умови досліду: початкова концентрація метану — 30 %, t – 37 °C
на змоченій поверхні на протязі перших двох діб. Зменшення вологості носія, яким служила гірська порода вугільних шахт, призводило до зменшення об’ємів спожитого метану дослідженими культурами метанотрофів.
При застосуванні іммобілізованих метанотрофних бактерій з метою зниження метановиділення з вироблених просторів вугільних шахт практично відсутні можливості внесення додаткових доз живильного середовища для цих мікроорганізмів. Показано, що в умовах одноразового внесення живильного середовища найбільш активне споживання метану іммобілізованими культурами метанотрофів та їх змішаними культурами з бактеріями роду Bacillus відбувалось на другу —восьму добу культивування (рис. 6). З часом інтенсивність споживання метану іммобілізованими мікроорганізма-
Рис. 6. Інтенсивність споживання метану чистою культурою M. capsulatus (1) і в змішаних культурах з B. megaterium (2) та B. subtilis (3) при колонізації ними твердої поверхні
ми знижувалась і становила за 14 добу 42 % для чистої культури
M. capsulatus і 12 та 60 % для змішаних культур з B. megaterium та B. subtilis, відповідно, у порівнянні з 1ю добою їх культивування. Отримані результати дозволяють прогнозувати процес окислення CH4 у вироблених просторах вугільних шахт метанотрофними бактеріями при їх функціонуванні з іншими представниками типової мікрофлори цих еконіш.
ВИСНОВКИ
1. Розроблені лабораторні установки з контуром циркуляції газової суміші, що дозволяють знизити можливість контамінації метанотрофних бактерій при їх культивуванні в рідких і агаризованих середовищах.
2. Для моделювання умов існування метанотрофів у вугільних шахтах Донбасу зкомпоновані змішані культури, до складу яких крім метанотрофних бактерій введені мікроорганізми родів Bacillus чи Pseudomonas. Фізіологічна активність метанотрофних бактерій у різних природних та біотехнологічних процесах буде залежати від тих видів мікроорганізмів, з якими вони співіснують. Штами роду Bacillus у змішаних культурах не інгібують фізіологічну активність метанотрофів. В той же час Pseudomonas putida у змішаній культурі інгібує розвиток метанотрофів.
3. Висока гідрофобність M. parvus є головним фактором, що обумовлює їх інтенсивну адгезію до гідрофільних і гідрофобних матеріалів, не дивлячись на значний негативний заряд поверхні клітин. Адгезія бактерій, клітини яких характеризуються гідрофільною поверхнею, в значній мірі визначається їх електроповерхневими властивостями і зростає зі зменшенням негативного заряду клітин. У сумішах суспензій бактерій родів Bacillus і Pseudomonas та метанотрофів суттєво змінюється адгезія кожного з окремих видів мікроорганізмів.
4. В елективних для метанотрофів умовах, ці бактерії інтенсивно колонізують гідрофільні і гідрофобні матеріали, утворюючи на 6у добу мікроколонії в чистих і в бінарних культурах з представниками роду Bacillus. При цьому чисельність бацил на твердих матеріалах поступово знижувалась.
5. В змішаних культурах з P. putida процес колонізації твердих поверхонь метанотрофними бактеріями уповільнювався, а чисельність псевдомонад зростала.
6. Іммобілізовані метанотрофні бактерії здатні колонізувати гідрофільні і гідрофобні матеріали у широкому діапазоні концентрацій метану та кисню у газовій суміші. Найбільш інтенсивно процес колонізації твердих матеріалів протікає при вмісті у суміші 17 – 28 % метану та 5 – 17 % кисню. Суттєвих відмінностей у колонізації гідрофільних (скло) та гідрофобних (полістирол) поверхонь різними за гідрофобністю культурами метанотрофів не відмічено.
7. Метанотрофні бактерії активно окислювали метан за наявності на носії (гірська порода вугільних шахт) візуально видимої вологи. При зменшенні вологості носія інтенсивність даного процесу поступово знижувалась.
8. Найбільш активне споживання метану чистими та змішаними культурами метанотрофів з бактеріями роду Bacillus відбувалось на другу — восьму добу колонізації ними твердих матеріалів, що дозволяє прогнозувати процес окислення CH4 у вироблених просторах вугільних шахт метанотрофними бактеріями при їх функціонуванні з іншими представниками типової мікрофлори цих еконіш.
СПИСОК РОБІТ, ОПУБЛІКОВАНИХ ЗА ТЕМОЮ
ДИСЕРТАЦІЇ
1. Кистень А. Г., Кигель Н. Ф., Курдиш И. К. и др. Влияние некоторых физико-химических факторов среды на адгезию метанотрофных бактерий // Микробиол. журн. — 1996. — 58, № 3. — С. 62 — 70.
2. Гордиенко А. С., Кистень А. Г., Курдиш И. К. Поверхностные свойства и адгезия метанотрофных бактерий // Химия и технология воды — 1997. — 19, № 2. — С. 216 — 221.
3. Кистень А. Г., Курдиш И. К. Влияние влажности на потребление метана иммобилизованными метанокисляющими бактериями // Мікробіол. журн. — 1998. — 60, № 2. — С. 79 — 85.
4. Рой А. А., Кистень А. Г., Курдиш И. К. Физиологическая активность метанотрофов в смешанных культурах с типичными представителями микрофлоры угольных шахт // Мікробіол. журн. — 1998. —60, № 3. — С. 24 — 30.
5. Курдиш И. К., Гордиенко А. С., Кигель Н. Ф., Кистень А. Г. Сравнительный анализ адгезии различных видов метанотрофных бактерий к твердым материалам // Прикл. биохим. и микробиол. — 1998. — 34, № 3. —
С. 245 — 250.
6. Кистень А. Г., Рой А. А., Курдиш И. К., Шевченко Т. В. Адгезия смешанных культур метанотрофов к твердым материалам // Прикл. биохим. и микробиология. — 1998. — 34, № 4. — С. 414 — 418.
7. Кистень А. Г., Кигель Н. Ф., Курдиш И. К. Роль физико-химических факторов в адгезии метанотрофных бактерий // Матеріали I установчого (VIII) з’їзду українського мікробіологічного товариства. Тез. докл. — Мікробіол. журн. — 1994. — 56, № 2. — С. 64.
АНОТАЦІЇ
Кістень О. Г. Особливості взаємодії чистих і змішаних культур метанотрофних бактерій з твердими матеріалами. — Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеню кандидата біологічних наук по спеціальності 03. 00. 07 — мікробіологія. — Інститут мікробіології і вірусології НАН України, Київ, 1998.
Дисертація присвячена вивченню особливостей функціонування змішаних культур, що представлені типовою мікрофлорою вугільних шахт, до складу якої, поряд з метанотрофами, входять бацили і псевдомонади. Вивчені властивості поверхні клітин вказаних мікроорганізмів і визначено їх вплив на адгезію до гідрофільних (скло) і гідрофобних (полістирол) матеріалів. Показано, що функціонування метанотрофних бактерій у бінарних культурах з представниками родів Bacillus і Pseudomonas суттєво впливає на адгезію кожного з цих видів мікроорганізмів.
Вивчені особливості колонізації твердих матеріалів чистими та змішаними культурами представників типової мікрофлори вугільних шахт в умовах, елективних для метанотрофів. Досліджена залежність інтенсивності колонізації скла та полістиролу метанотрофами з різним ступенем гідрофобності поверхні, від компонентного складу газової суміші. Визначені оптимальні для цього процесу концентрації метану та кисню у газовій суміші.
Досліджено вплив вологості носія (гірська порода вугільних шахт) на інтенсивність окислення метану іммобілізованими метанотрофними бактеріями, а також терміну культивування на фізіологічну активність чистої і змішаної культур метанотрофів.
Ключові слова: метанотрофи, змішані культури, властивості поверхні, адгезія, колонізація, зовнішні фактори, фізіологічна активність.
Кистень А. Г. Особенности взаимодействия чистых и смешанных культур метанотрофных бактерий с твердыми материалами. — Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук по специальности 03. 00. 07 — микробиология. — Институт микробиологии и вирусологии НАН Украины, Киев, 1998.
Диссертация посвящена изучению особенностей функционирования смешанных культур, которые представлены типичной микрофлорой угольных шахт, в состав которой, наряду с метанотрофами, входят бациллы и псевдомонады. На моделях бинарных культур показано, что присутствие спорообразующих бактерий Bacillus megaterium ИМВ-476 и Bacillus subtilis 9 стимулировало ростовую активность и потребление метана Methylocystis parvus OBBP и Methylococcus capsulatus ВСБ-874, численность бацилл при этом практически не изменялась. В присутствии Pseudomonas putida 11, наоборот, наблюдали, снижение физиологической активности метанотрофов, тогда как численность этого гетеротрофа возрастала.
Изучена связь свойств поверхности и адгезии исследованных микроорганизмов к гидрофильным (стекло) и гидрофобным (полистирол) материалам. Показано, что интенсивное прикрепление M. parvus к этим материалам обусловлено высоким показателем гидрофобности, несмотря на значительный отрицательный заряд этих бактерий. Остальные микроорганизмы характеризовались гидрофильной поверхностью, а ее заряд существенно влиял на адгезию, которая возрастала с уменьшением отрицательного заряда клеток. Бактерии разных родов практически в одинаковых количествах прикреплялись как к гидрофильным, так и гидрофобным материалам.
Исследованы особенности адгезии метанотрофов и представителей родов Bacillus и Pseudomonas в бинарных культурах и установлено, что на прикрепление микроорганизмов влияет каждый из компонентов таких культур.
Изучены особенности колонизации твердых материалов в условиях, элективных для метанотрофов этими бактериями, а также их смешанными культурами с указанными гетеротрофами. Показано, что метанотрофы интенсивно колонизируют гидрофильные и гидрофобные материалы в чистых и в смешанных культурах с представителями рода Bacillus. Численность бацилл на твердых материалах при этом снижалась. В присутствии P. putida процесс колонизации твердых поверхностей метанотрофами замедлялся, а количество псевдомонад возрастало.
Исследован процесс колонизации метанотрофными бактериями твердых материалов в зависимости от компонентного состава газовой смеси. Установлено, что данные микроорганизмы способны колонизировать указанные материалы в широком диапазоне концентраций метана и кислорода, а наиболее интенсивно — при содержании этих газов в смеси 17 – 28% и 5 – 17%, соответственно. Существенных отличий в колонизации гидрофильных и гидрофобных материалов метанотрофами не отмечено.
Исследовано влияние влажности носителя (горная порода угольных шахт) на интенсивность окисления метана иммобилизованными метанотрофными бактериями. Показано, что наиболее активно этот процесс протекает при наличии на носителе визуальной влаги.
Изучена физиологическая активность чистой и смешанных культур метанотрофных и спорообразующих бактерий при колонизации ними твердой поверхности (частиц стекла) в условиях длительного культивирования без замены питательной cреды. Установлено, что наиболее активное потребление метана иммобилизованными культурами метанотрофов как в чистой, так и в смешанных культурах с бациллами происходит на 2 – 7 сутки культивирования. Полученные результаты позволяют прогнозировать интенсивность процесса окисления CH4 в выработанных пространствах угольных шахт иммобилизованными метанотрофными бактериями и их смешанными культурами с другими представителями этих экониш с целью снижения выделения метана в горные выработки.
Ключевые слова: метанотрофы, смешанные культуры, свойства поверхности, адгезия, колонизация, внешние факторы, физиологическая активность.
Kisten O. G. Peculiarities of pure and mixed cultures of methanotrophic bacteria interaction with solid materials. — Manuscript.
Thesis for a candidate degree by speciality 03. 00. 07 — microbiology. — Institute of Microbiology and Virology of National Academy of Science of Ukraine, Kyiv, 1998.
Dissertation is devoted to study of features of functioning of mixed cultures, which are submitted by a typical microflora of coal mines, contenting methanotrophs, Bacillus and Pseudomonas species. Properties of a cells surface of these microorganisms are investigated and is determined of these properties influence on adhesion to hydrophilic (glass) and hydrophobic (polystyrene) materials. Is shown, that functioning of methanotrophic bacteria in mixed cultures with the representatives of Bacillus and Pseudomonas genus essentially influenced on adhesion of each of these species of microorganisms.
Features colonization of solid materials by pure and mixed cultures of the representatives of a typical microflora of coal mines in elective conditions for methanotrophs are investigated. Dependence of colonization intensity of a glass and polystyrene by methanotrophs with a different cells surface hydrophobicity degree from a different gas mix contents is investigated. Methane and oxygen concentration optimum in a gas mix for this process are determined.
Influence of humidity of a carrier (rock particles of coal mines) on methane oxidation intensity of immobilized methanotrophic bacteria as well as time of cultivation on physiological activity of pure and mixed cultures of methanotrophs is investigated.
Key words: methanotrophs, mixed cultures, cells surface properties, adhesion, colonization, external factors, physiological activity.
| 
