поліетилену

В
В 		В

Індивідуальні послуги

Журнал

  • SciELO Analytics
  • Google Scholar H5M5 ()

Стаття

  • Іспанська (pdf)
  • Стаття в XML
  • Посилання на статті
  • Як цитувати цю статтю
  • SciELO Analytics
  • Автоматичний переклад
  • Надішліть статтю електронною поштою

Показники

  • Цитується SciELO

Пов’язані посилання

  • Подібне в SciELO
  • uBio

Поділіться

Перуанський журнал біології

версія В он-лайн В ISSN 1727-9933

Преподобний Перу, біол., Т. 17, п. 1, Ліма, квіт. 2010 р

ОРИГІНАЛЬНІ РОБОТИ

Біодеградація поліетилену низької щільності під дією мікробного консорціуму, виділеного із санітарного звалища, Ліма, Перу

Біодеградація поліетилену низької щільності дією мікробного консорціуму, виділеного зі звалища, Ліма, Перу

Дієго Урібе; Даніель Хіральдо; Сусана Гутьеррес та Фернандо Меріно

Лабораторія мікробіології та мікробної біотехнології, факультет біологічних наук, Національний університет міста Сан-Маркос. Апартаменти 110058, Ліма 11, Перу. Електронна пошта Дієго Урібе: [email protected]

У цій роботі ми описуємо активність виділення та біодеградації мікроорганізмів на поліетилені низької щільності. Мікроорганізми були виділені з пластикових матеріалів із свідченнями погіршення стану на санітарному звалищі в Лімі. Зразки фільтрували та попередньо відбирали у середовищі мінеральних солей при pH 5,5 та 7 для грибів та бактерій відповідно. Виділено 6 штамів, ідентифікованих як Pseudomonas sp. MP3a та MP3b, Penicillium sp. MP3a, Rhodotorula sp. MP3b, Hyalodendron sp. MP3c та невідомі дріжджі. Про деградаційну дію ізольованого мікробного консорціуму свідчили зміни в інфрачервоному спектрі поліетилену щодо полімеру без обробки, спостерігаючи зменшення карбонільного індексу (83,89% при pH 7 і 4,08% при pH 5,5) і закінчення з подвійним зв'язків (19,77% при рН 7 і 6,47% при рН 5,5). Нарешті, визначали відсоток втрати ваги поліетиленом, що зазнав дії ізольованих штамів, спостерігаючи зменшення на 5,4% при рН 7 і 4,8% при рН 5,5.

Ключові слова: Спектроскопія, поліетилен, пластмаси, біодеградація, полімери.

У цій роботі ми описуємо активність виділення та біодеградації мікроорганізмів на поліетилені низької щільності. Мікроорганізми були зібрані з пластикових матеріалів з ознаками погіршення стану на звалищі. Зразки фільтрували та відбирали у середовищі мінеральних солей при рН 5,5 та 7 для бактерій та грибів відповідно. Виділено шість штамів, ідентифікованих як Pseudomonas sp. Hyalodendron sp., Penicillium sp. та Rhodotorula sp. Про активність мікробів свідчать зміни в інфрачервоному спектрі поліетилену щодо полімеру без обробки. Спостерігали зниження індексу карбонілу (83,89% при рН 7 та 4,08% при рН 5,5) та індексу подвійних зв'язків (19,77% при рН 7 та 6,47% при рН 5,5). Нарешті, ми визначили відсоток втрати ваги поліетиленом, підданим активності штамів, із зменшенням на 5,4% при рН 7 і 4,8% при рН 5, 5.

Ключові слова: Спектроскопія, поліетилен, пластмаси, біодеградація, полімери.

В даний час пластмаси є широко використовуваною продукцією і виробляються у великих кількостях; Однак через важку мінералізацію вони є одними з найважливіших забруднювачів у грунтах та океанах (Allsopp et al. 2007).

Дослідження проблеми пластики спрямоване на пошук різних альтернатив повторного використання або деградації. Виробляються варіанти пластмас, які містять прооксиданти або біологічно розкладаються полімери та дозволяють їх повну мінералізацію (Burgess-Cassler et al. 1991; Scott 1990; Johnson et al. 1993). В даний час дослідження бактерій, актиноміцетів та грибів (Lee et al. 1990), які оптимально біодеградують ці полімери, або визначають умови, які сприяють цій дії в навколишньому середовищі, мають особливе значення (Bonhommea et al. 2003; Orhan et al. (2004). З іншого боку, мікроорганізми, здатні синтезувати біологічно розкладаються полімери, досліджуються для створення нових пластмас (Martins & Marconato 2006) та мікроорганізмів, які виробляють позаклітинні ферменти, що змінюють фізичні та хімічні властивості полімеру (Burgess-Cassler et al. 1991; Pometto та ін. 1992; Iman та Gould 1990; Ishigaki et al. 2000).

Ця робота досліджує зразки псуваного пластичного матеріалу у пошуках мікроорганізмів з біодеградаційною здатністю на поліетилені низької щільності (ПВД) та оцінює їх активність у контрольованих умовах.

Матеріали і методи

Колекція. - Три зразки пластикових матеріалів із ознаками зносу були зібрані глибиною від 15 до 20 см, вони були зібрані з платформи №1 Санітарного звалища Портілло Гранде в Луріні, Ліма. Зразки передавали з охолоджуючим матеріалом до лабораторії для обробки.

Селективне збагачення. - Зразки занурювали в сольовий розчин (0,85% NaCl), інтенсивно струшуючи вміст, щоб ресуспендувати мікроорганізми, що прилипли до пластику; пізніше їх фільтрували за допомогою паперу ватмана різної пористості, нарешті, його концентрували на мембранному фільтрі 0,45 мкм; який служив посівним матеріалом для збагачувального середовища при рН 7,0 для виділення бактерій та при рН 5,5 для відбору грибів та дріжджів.

Мікроорганізми з здатністю до біодеградації були попередньо відібрані в середовищі мінеральних солей (МСМ) (Bonhommea et al. 2003), що складається з (g.L -1) MgSO 4 (7H 2 O), 0,5 г; KH 2 PO 4, 0,5 г; Na 2 HPO 4 (12H 2 O), 2,52 г; NH 4 Cl, 1 г; CaCl 2, 0,002 г; MnSO 4 (7H2O), 0,007 г; FeSO 4 (7H2O), 0,001 г та ZnSO 4 (7H2O), 0,007 g. Додано 0,02% дріжджового екстракту та 20 г хімічно чистого поліетиленового бісеру низької щільності (єдине джерело вуглецю), дезінфікованого у 10% (об./Об.) Розчині гіпохлориту та миючого засобу натрію, стерильної води, загартованої при 80 ° C та етилового спирту при 70 ° C.

Ідентифікація. - Культури розроблені в контейнерах з герметичним закриттям, що займає менше першої третини від загального обсягу колби (100 мл); інкубують протягом 45 днів при кімнатній температурі (20 ºC). Для обох умов (рН 7,0 та рН 5,5) розглядали засоби контролю без інокуляції. Через 45 днів 10 мл збагачувальної культури переносили в нове середовище MSM + LDPE, але без дріжджового екстракту. Ця культура розроблялася протягом 60 днів.

Мікроорганізми, відібрані для збагачення, були засіяні виснаженням на поживному агарі, культурах при рН 7,0 та тих, що відповідають рН 5,5, на агарі глюкози Сабуро. Отримані при кожному виділенні мікроорганізми зберігали на агарі TSA та ASG у похилій площині для виявлених мікробних груп.

Для ідентифікації родів проводили біохімічні тести на грампозитивні мікроорганізми (каталаза, фарбування спор, рухливість, асиміляція вуглеводів) та API 20NE для грамнегативних ізолятів. Гриби були виявлені шляхом розвитку мікрокультур в АСГ для розпізнавання репродуктивних структур.

FTIR-аналіз поліетилену низької щільності. - Як попередній крок до кількісної оцінки, був проведений аналіз за допомогою інфрачервоної спектроскопії гранул PEBD, використовуваних в одній із збагачувальних культур, з метою перевірки наявності мікробної атаки штами під час процесу попереднього відбору. Було використано обладнання FTIR (інфрачервона спектроскопія з перетворенням Фур'є), де було проаналізовано ПВД для отримання характерних функціональних груп та індексів зниження С-О та С = С, що позначають вплив біологічного розкладу на полімер.

Кількісний тест на деградацію ПВД. - Кількісний тест на здатність до біологічного розкладання складався з визначення кількості втраченої ваги в інкубаційному періоді 2 місяці попередньо зваженого листа ПВД.

Для цього були виготовлені суспензії клітин у фізіологічному розчині, сумісні з пробіркою McFarland 2, з ізольованими штамами, відповідними кожному консорціуму, які були засіяні в середовище МСМ (100 мл) попередньо стерилізованими дисками з ПВД і зважені на аналітичних вагах. (± 0,001 г). Умови інкубації були подібними до згаданих протягом 60 днів. В кінці інкубації ПЕВН дезінфікували для усунення біоплівки, що утворюється на поверхні, зважували пластикові диски та визначали відсоток втраченої ваги. Зважування проводили у трьох примірниках.

Результати і обговорення

Протягом останніх 2-х місяців інкубації у зразку № 3 (МР3) спостерігали розвиток міцел на поверхні кульки PEBD та появу дуже тонких плівок як доказ можливої ​​мікробної атаки.

У культурі при рН 7,0 виділено два штами при рН 5,5 з культури, розробленої для МР3 (табл. 1).

Якісний аналіз FTIR гранул LDPE культур МР3, позначав варіації піків, що відповідають функціональним групам, присутнім у поліетилені (етиленовому полімері), які мають інваріантну природу (рис. 1).

Спектри показали значні зміни в групах CO (контроль 1726,17 см -1; рН 5,5, 1727,97 см -1; рН 7,0, 1721,10 см -1) і С = С (контроль 1371, 77 см -1; рН 5,5, 1371,05 см -1; рН 7,0, 1371,85 см -1) (рис. 2, 3 і 4). Цю культуру було обрано для цього тесту, оскільки вона показала свідчення активності мікробів завдяки появі на поверхні міцел та дрібних біоплівк. FTIR дозволив показати зниження на 83,89% джерела вуглецю, що відповідає функціональній групі CO, для pH 7,0 і таким же чином для C = C з індексом відновлення 19,77% при pH 5,5 (Таблиця 2).

Ці дані були отримані шляхом встановлення взаємозв'язку між піком поглинання функціональних груп CO (близько 1700-1735 см -1) і C = C (близько 1340-1410 см -1) та поглинанням піку CH 2 (близько 1465).

Зниження загальної маси поліетилену на 5,4% було отримано під дією консорціуму, що складається лише з бактерій (рН 7,0). Відсоток втрати ваги, отриманий із використанням ізольованих дріжджів та грибів, становив 4,8% (рН 5,5), що, хоча і нижче, є суттєвим результатом для умов, в яких був розроблений тест.

У проведених випробуваннях використовували одне джерело вуглецю протягом усього періоду інкубації, що є основною характеристикою будь-якого тесту на біодеградацію. Це було застосовано з попереднього відбору штамів для проведення ізоляції. Для першої збагачувальної культури ми вирішили використовувати, крім джерела вуглецю, дуже малий відсоток (0,02%) дріжджового екстракту в середовищі; оскільки це було попередньо випробувано з хорошими результатами, хоча інші автори розглядають використання глюкози або іншого джерела вуглецю, який елімінується з культури послідовними пасажами в певний час. Враховуючи це, ми робимо висновок, що використання попередника росту в мінімальних концентраціях допомогло б "запропонувати" розвиток помірного росту мікроорганізмів, присутніх у зразку, так що вони потім ефективно відновлюються в наступний період відбору з джерелом випробовуваний вуглець, в даному випадку поліетилен низької щільності.

Під час другого етапу збагачення, на якому використовувались лише МСМ + ПЕНЩ, можна було спостерігати розвиток міцел та біоплівки, що утворюються на поверхні полімерних куль, що підкреслювало важливість цієї проби для подальшої ізоляції їх консорціумів . Розвиток біоплівки або міцел на поверхні поліетилену свідчить про погіршення або погіршення дії мікроорганізмів.

Роди, визначені в консорціумах культури МР3, - це мікроорганізми, згадані в роботах, пов’язаних з біодеградацією та біологічним погіршенням пластмас; таким чином, ми маємо різні види Pseudomonas, які здатні чинити деградаційну активність на такі полімери, як поліуретан (Howard 2002) та полівінілхлорид, серед інших молекул, таких як поліетиленгліколь (Obradors & Aguilar 1991), які також є жертвою метаболізму універсальність цього штаму (Wasserbauer et al. 1990). Різні види паличок здатні виробляти екзофермент, що впливає на ацетат целюлози, матеріал, який використовується для рентгенівського розвитку в медицині (Ishigaki et al. 2000). Види Penicillium проявляють свою розщеплюючу активність на поліетилені у поєднанні з Bacillus sp. (Сеневіратне та ін., 2006). Також повідомлялося про біологічне погіршення стану водоростей та інших видів мікроорганізмів, таких як Sphingomonas sp., Arthrobacter sp. (Imam & Gould 1990), Streptomyces sp. (Lee et al. 1990), Brevibacillus sp. (Hadad et al. 2005) та Flavobacterium sp. (Коутний 2009). До цього списку, наша робота звітує Hyalodendron sp.

Мікробна активність на пластмасах надається ферментативною дією, багато авторів припускають, що той самий фермент, який ініціює деградацію вуглеводнів (алканмоноксигеназа), відповідає за мікробну атаку на поверхню синтетичних полімерів (Seneviratne 2006).

Слід зазначити, що відновлення штаму в десорбційному консорціумі не обов'язково вказує на те, що він здатний сам мінералізувати полімер у його повноті. Були проведені дослідження, які вказують на те, що наявність грибів у цьому типі консорціуму викликає сумнів щодо його здатності до розкладання; Справа в тому, що вони настільки біохімічно універсальні, що можуть брати за джерело вуглецю продукти розпаду інших штамів, що входять до консорціуму, тому було б важливо розробити індивідуальні тести біодеградації для кожного виявленого мікроорганізму.

Автори дякують доктору Педро Кастелланосу за допомогу в ідентифікації грибків.

Allsopp M., A. Walters, D. Santillo та ін. 2007. Забруднення пластиком у Світовому океані. Грін Піс. (доступ: 16.01.2010)

Bonhommea S., A. Cuerb, A.M. Delortb та ін. 2003 Біодеградація поліетилену в навколишньому середовищі. Деградація та стабільність полімеру 81: 441-452.

Берджесс-Касслер А., С.Х. Імам і Дж. Гулд 1991. Діяльність амілази з високою молекулярною вагою від бактерій, що руйнують крохмально-пластикові плівки. Прикладна та екологічна мікробіологія 57: 612-614.

Gulmine J.V., P.R. Янісек, Х.М. Хайзе та ін. 2002. Характеристика поліетилену за FTIR. Випробування полімеру 21: 557-563.

Хадад Д., С. Гереш та А. Сіван 2005. Біодеградація поліетилену термофільною бактерією Brevibacillus borstelensis. Журнал прикладної мікробіології 98: 1093-1100.

Говард Г.Т. 2002. Біодеградація поліуретану: огляд. Міжнародне біологічне погіршення та біодеградація 49: 245-252.

Імам С.Х. & Гулд Дж. 1990. Адгезія Amylolytic Arthrobacter sp. До пластикових плівок, що містять крохмаль. Прикладна та екологічна мікробіологія 56: 872-876

Ісігакі Т., В. Сугано, М. Айк та ін. 2000. Ферментативна деградація пластики ацетату целюлози новою деградуючою бактерією Bacillus sp. S2055. Журнал біологічних наук та біоінженерії 90 (4): 400-405.

Джонсон К. Е., А.Л. Pometto III & Z.L. Ніколов, 1993. Деградація розкладаються крохмально-поліетиленових пластмас у компостному середовищі. Прикладна та екологічна мікробіологія 59: 1155-1161.

Коутний М., П. Амато, М. Мучова та ін. 2009. Штами бактерій ґрунту, здатні рости на поверхні окисленої поліетиленової плівки, що містить прооксидантні добавки. Міжнародне біологічне погіршення та біодеградація 63: 354-357.

Лі Б., А.Л. Помето III, А. Фрацке та ін. 1990. Біодеградація пластичного поліетилену, що розкладається, видами Phanerochaete та Streptomyces. Прикладна та екологічна мікробіологія 57: 678-685.

Лукас Н., К. Бієнайм, К. Беллой та ін. 2008. Біодеградація полімерів: механізми та методи оцінки. Хемосфера 73: 429-442

Martins S. M. & J.C. Marconato 2006. Полімери Biodegradáveis ​​- часткове рішення для зменшення кількості двох залишків пластику. Квім. Нова 29 (4): 811-816.

Obradors N. & J. Aguilar 1991. Ефективне біологічне розкладання високомолекулярних поліетиленових гліколів чистими культурами Pseudomonas stutzeri. Прикладна та екологічна мікробіологія 57 (8): 2383-2388

Орхан Ю., Дж. Гренові? & H. Büyükgüngör. 2004. Біодеградація пластикових мішків для компосту в контрольованих ґрунтових умовах. Протокол Чим. Слов. 51: 579-588.

Pometto III A.L., B. Lee & K.E. Джонсон, 1992. Виробництво позаклітинного ферменту, що руйнує поліетилен, видами Streptomyces. Прикладна та екологічна мікробіологія 58: 731-733.

Скотт Г. 1990. Фотобіорозкладані пластмаси: їх роль у захисті навколишнього середовища. Деградація та стабільність полімерів 29: 135-154.

Seneviratne G., N. S. Tennakoon, M. L. M. A. W. Weerasekara et al. 2006. Біодеградація поліетилену розвиненою біоплівкою Penicillium-Bacillus. Сучасна наука 90 (1): 20-21.

Вассербауер Р., М. Берановті та Д. Ванкуровк 1990 Біодеградація поліетиленових ґрунтів бактеріальними та печінковими гомогенатами. Біоматеріали 11: 36-40

Доклад, представлений на XVIII науковій нараді Науково-дослідного інституту біологічних наук Антоніо Раймонді, "200 років від дня народження Чарльза Дарвіна та 150-річчя публікації" Про походження видів засобами природного відбору ". З 19 по 21 серпня 2009р.

Опубліковано в друці: 20.10.2010
Опубліковано в Інтернеті: 29.09.2010