Дипломдық жұмыс: Биология | Биосорбенттердің микроорганизмдердің антибиотикке сезімталдығына әсері

Мазмұны

КІРІСПЕ 4

1 Әдебиеттерге шолу 7
1.1 Микроорганизмдердің иммобилизденген клеткалары және олардың қолданылуы 7

1.2 Көмірсутек тотықтырушы микроорганизмдер, олардың мұнай және
мұнай өнімдерінің тотығу процесіндегі рөлі 17

1.3 Антибактериалдық препараттарға микроорганизмдердің төзімділігі 24

2 Материалдар мен зерттеу әдістері 28
2.1 Зерттеу материалдары 28

2.2 Зерттеу әдістері 29

3 Нәтижелер мен талдаулар 29
3.1 Диффузионды-дискі әдісі көмегімен көмірсутек тотықтырушы микроорганизмдердің антибиотикке төзімділігін анықтау 30

3.2 Көмірсутек тотықтырушы микроорганизмдер клеткаларының көміртектендірілген күріш қауызы мен сары өрік қабығы негізіндегі сорбенттерге сорбциясы 32

3.3 Биосорбенттердің микроорганизмдердің антибиотикке сезімталдығына әсері 36

ҚОРЫТЫНДЫ 38

ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ 39

ТҮЙІН 45


Кіріспе

Әлемдік мұхиттардың ластануы адамзат алдында тұрған ең маңызды мәселеге айналды. Қазіргі күні мұхит және теңіздердің көмірсутектермен және бірінші қатарда мұнай және мұнай өнімдерімен ластануы ерекше қауіп тудырып тұр [1].
Теңіздердің мұнаймен ластануының негізгі көзі теңіз кемелері. Теңізге түсетін мұнайдың басым мөлшері теңіз астылық мұнай өндіргіш қондырғыларының апатқа ұшырау нәтижесінен болады. Күрделі тоннажды танкерлардың мұндай апаттары болашақта да болатынына күмән жоқ [2].
Теңіз суына мұнайдың түсуінің көбеюі және осының салдарынан халық шаруашылығына тиетін зардабы нәтижесінен әлемдік мұхиттың мұнаймен ластануымен күресу сұрақтары дүниежүзілік өзекті мәселелер қатарына енді. БҰҰ құрамында арнайы теңіз суларының мұнаймен ластануымен күресу комитеті бар. БҰҰ-ның мәліметтері бойынша бүкіл дүние жүзінде 1967 ж. 1850 млн. т. мұнай өндірілген, 1970 ж. 2200 млн т., 1979 Ж.-2956 млн.т. мұнай өндірілген. Қазақстандағы мұнай өнімінің жылдық мөлшері 40 млн.т. құрайды [3].
Теңізде мұнаймен күресу сұрақтары халықаралық мекемелер сауалына айналды және бірнеше мәрте дүниежүзілік және ұлттық-ғылыми теңізді зерттеуге арналған конференцияларда қарастырылды. Бірақ қолданылған шараларға қарамастан теңіздің мұнаймен ластануы жылдан жылға өсіп бара жатыр және қазіргі кезде миллиондаған тонналармен тіркеледі [4].
Мұнаймен ластану мұнай өндіру мен өңдеу аймағында ғана кездесіп қоймайды, мұндай жағдайға кез-келген аудан немесе қала ұшырауы мүмкін [5]. Мұнай және мұнай өнімдерімен ластану флора мен фаунаның, биоценоз құрамының өзгеруін туғызады [6]. Мұнайдың улылық дәрежесі олардың химиялық құрамының әртүрлі мөлшерімен, әсіресе ұшқыш ароматты көмірсутектердің (толуол, ксилол, бензол және нафталин) құрамымен анықталады. Көмірсутектер бактериалық хемотаксисті бұзып, олардың суқоймаларындағы органикалық заттардың ыдырауын бөгейді. Ароматты көмірсутектер (фенол, толуол, «шикі» мұнай) темен концентрацияда да (0,6 %) улы әсер етеді [7].
Мұнай - күрделі субстрат, мұнайды жеке штамм толық ыдырата алмайды, өйткені қажетті барлық ферменттер жиынтығына ие болмайды. Субстраттарды пайдалану арнайылылығы бар микроорганизмдердің аралас дақылдарын пайдалану мұнайды толық деструкциялауға мүмкіндік береді [8].
Қазіргі кезде табиғи ортаны мұнай және мұнай өнімдерінен тазартудың көптеген жолдары белгілі, солардың ішіндегі барынша озық әдіс болып -микробиологиялық әдіс есептеледі. Өз кезегінде бұл әдістің алдымызда тұрған мәселенің шешуінің екі, бір-бірінен тэуелсіз жолын ұсынады:
1. Аборигенді микрофлораның белсенділігін биогенді элементтер және минералды-органикалық тыңайтқыштарды қосу арқылы көбейту [9].
2. Табиғи ортаға белсенділігі жоғары мұнай ыдыратқыш микроорганизмдер штамдарын биопрепарат ретінде енгізу [10].
Белсенді мұнай тотықтырғыш биопрепараттарды мұнаймен ластанған объектілерді өндеуде пайдалану перспективті және тиімді әдіс болып табылады. Бұл әдісті қолданудағы негізгі зерттелетін мәселе жергілікті микрофлора және микроорганизм деструкторларын таңдап алу болып табылады.
Микроорганизм клеткалары негізіндегі биосорбенттер мен биокатализаторларды әр түрлі өндіріс салаларында қолдануға болады. Оның ішінде сусындар дайындауда, спирт және шарап мәселелердің шиеленісуіне байланысты микроб клеткалары негізіндегі биосорбенттер түрлі улы заттарды тазалауда, ағын суларды ауыр металл иондарынан сорбциялауға, мұнай және мұнай өнімдерімен ластанған экологияны тазалауға қолдану өзекті мәселе болып табылады [11].
Жасалынған жұмыстың негізгі мақсаты биосорбенттердің көмірсутек тотықтырғыш микроорганизмдердің антибиотикке сезімталдылығын зерттеу болып табылады.

1 Әдебиеттерге шолу

1.1 Микроорганизмдердің иммобилизденген клеткалары және олардың қолданылуы

Клеткаларды иммобилиздеу – бұл олардың каталитикалық белсенділігінің толық немесе бөлшекті сақталынуымен ерімейтін жағдайға ауысуы. Клеткаларды иммобилиздеу - сыртқы ортада қозғалысының жасанды шектелу жағдайын туғызу, бұл шектеулерді тасымалдаушылар қамтамасыз етеді. Бүкіл клетка-тасымалдаушы жүйесін иммобилизденген биокатализаторлар деп атайды [12].
Микроорганизм клеткаларының иммобилизациясы туралы алғашқы басылымдар ХХғ. 70 жылдары жарық көрді, ал иммобилизденген клеткалардың өндістік қолданылуы 1974ж. Жапонияда қалыптасты. Олардың көмегімен аспарагин қышқылын алды [13].
Қазіргі кезде экологиялық биотехнологияда қоршаған ортаны ластаушы заттардан тазалау үшін иммобилизденген микрофлораға негізделген әдістер жиі қолданады. Иммобилизация (ағылшынша immobilize) – таңып тастау, орнықтыру, қозғалысын шектеу, байланыстыру деген мағыналарды білдіреді [14]. Иммобилизденген микроорганизмдер көмегімен экзополисахаридтер, органикалық қышқылдар, аминқышқылдары, антибиотиктер, стероидтар, спирттер және т.б. құнды өнімдерді алу үшін пайдаланады. Сонымен қатар, ластанған суларды тазалауда, ауыл шаруашылық және өндірістік қалдықтарды өңдеуде кең қолданыс тапты [15]. Иммобилизденген ашытқылар шарап, шампан өндірісінде қолданылады. Микроорганизм клеткаларын иммобилиздеу күрделі көпсатылы процестерді жүзеге асыруға; клеткаларды жағымсыз факторлардан қорғану дәрежесін көтеруге; реактордағы клеткалардың жоғары концентрациясын қамтамасыз етуге мүмкіндік береді. Иммобилизденген микроорганизмдер көптеген жылдар бойы қолданылып келеді. 150 астам жыл бұрын сірке қышқылын тез алу үшін аққайың ағашының жоңқасына адсорбцияланған клеткалар пайдаланды [16].
ХХ ғасырдың 70-жылдары биотехнологияның практикалық сұраныстарымен айналасатын жаңа бағыт – инженерлік энзимология пайда болды. Егер биотехнология өсімдік, жануар және микроорганизмдер клеткаларының немесе биологиялық катализаторлар – ферменттер көмегімен белгілі бір өнімдер алуға негізделген процестердің технологиясын құрастыру мәселелерін қарастырса, инженерлік энзимологияның мақсаты – иммобилизденген ферменттер мен клеткалар негізінде биокатализаторлардың жаңа түрлерін алу [17].
Иммобилизденген микроорганизмдердің иммобилизденген ферменттер мен бос клеткалардан бірқатар артықшылықтары бар:
- реакция өнімдерін бөліп алу мен тазалау шығындарының болмауы;
- жоғары белсенділік пен тұрақтылық;
- үздіксіз және жартылай үздіксіз автоматталған процестерді жүзеге асыру мүмкіндігі;
- клеткалар барлық тіршілікті қамтамасыз ету жүйелерін, соның ішінде кофактор регенерациясының ферменттік сатыларын сақтап қалады. Нәтижесінде күрделі тізбекті реакцияларды, көп сатылы процестерді жүргізуге болады [18].
Иммобилизденген микроорганизм жүйелерін қолданудың маңызды артықшылығы – клеткалардың гидраликалық қысымға және ластаушы заттардың жоғары концентрациясына төзімділігі. Сонымен қатар, иммобилизация қосылыстардың тотығуын жоғарлатады және ластанған суларды өңдеу уақытын қысқартады [19]. Ластанған суларды биологиялық тазалау жолдарын құрастыру екі жағдайды талап етеді: біріншісі – суды ластаушы заттардан босату; екіншісі – суды микроорганизмдер суспензиясынан босату. Иммобилизденген микрофлораны қолдану арқылы осы екі мәселені тиімді шешуге болады. Әртүрлі су организмдерін иммобилиздеу – ластанған суларды биологиялық тазалаудың әрі тиімді, әрі сенімді жолы. Бос күйіндегі микроорганизмдерге қарағанда иммобилизденген клеткалардың тағы бір маңызды артықшылығы бар – бірнеше рет қолданғанның өзінде бактериялардың ұзақ уақыт бойы тотықтыру қасиетін сақтап қалуы.
Микроорганизм клеткаларының иммобилизациясы биотехнологияда перспективті бағыттардың бірі болып табылады. Иммобилизацияның әртүрлі тәсілдерінің ішінде иммобилизацияның адсорбциялық тәсілі қарапайым тәсілдерге жатады, басқаларынан өзінің техникалық және әдістемелік қарапайымдылығымен, арзандығымен, биокатализаторларға жағымсыз әсерінің жоқтығымен ерекшеленеді. Сорбция тиімділігі клеткалық бет пен сорбент қасиеттерімен ерекшелінеді, бұнда алдыңғы рөлді микроорганизмдердің тасушыларға қатысты арнайылығы атқарады. Адсорбент төмендегі параметрлер жиынтығымен сипатталуы мүмкін: геометриялық пішін, гранула көлемі, бет ауданы, саңылаулардың орташа диометрі және т.б.
Иммобилизденген микроорганизмдерді биотехнологиялық процестерде қолданудың бірқатар артықшылықтары бар:
• иммобилизденген микроорганизмдердің сыртқы ортаның кері факторларына (температура, қышқылдық, электролиттердің және токсинді заттардың концентрациясы т.б.) төзімділігі артады;
• иммобилизденген микроорганизмдердің өмір сүру қабілеті және белсенділігі жоғарлайды;
• клеткалардың сұйықтықтан жеңіл бөлініп алынады;
• клеткаларды қайталап қолдану мүмкіндігі бар;
• деструктор-микроорганизмдер қауымдастығын иммобилиздеу ластаушы заттарды биоыдыратушылар аймағын кеңейтеді;
• ластаушы түрлердің шайылып кетуі нәтижесінде культураның тазалығы сақталып қалады, бұл жұмысты залалсыз емес жағдайларда жүргізуге мүмкіндік береді [20].
Табиғи жағдайларда көптеген микроорганизмдер топырақтың, су қоймалары тұнбаларының, өсімдіктің минералды бөлшектеріне, өсімдік тамырына немесе жер үсті мүшелеріне, жануарлардың ас-қорыту жүйесінде бекінген түрінде тіршілік етеді, көбейеді және түрлі биохимиялық белсенділік көрсете алады.
Алайда бос клеткалармен салыстырғанда иммобилизденген микроорганизмдердің кемшіліктері де бар:
• күрделі құрылысты биореакторлар керек;
• клеткалардың биохимиясы мен физиологиясында өзгерістер өтуі мүмкін, оның нәтижесінде өнімділігі төмендейді;
• тасушыларды дайындау қажет [21].
Көптеген мемлекеттерде (Жапония, АҚШ, Финляндия, Нидерланды және т.б.) иммобилизденген микроорганизм клеткалары бірқатар биотехнологиялық өндірістерді қарқындату үшін, ластанған топырақ пен су қоймалар биоремедиациясында, өндірістік қалдық сулардан ауыр металдарды бөліп алу үшін және т.б. қолданылады [22].
Бірқатар жұмыстарда көптеген тасышылардың төмен құндылығына, тасушылар және клеткалардың беттік қасиеттерін модификациялау мүмкіндігіне, клеткаларға тасушылардың токсинді әсері жоқтығы, микроорганизмдердің клеткаларының сорбциялық иммобилизациялану тәсілдерінің әр жақтылығы және қарапайымдылығына көңіл аударылған. Осы тұрғыдан қарағанда, әр түрлі шаруашылықты өнеркәсіптік дақылдары, оның ішінде жемісті дақылдардың сүйектері және жемістердің қалдықтары негізіндегі сорбенттерге көп назар аударылады [23].
Әр түрлі органикалық шикізаттардан: антроцит, троф, олардың өңделген өнімдерінен, кокос қабағы және жеміс дақылдарынан алынған активті көмір негізіндегі өнеркәсіптік адсорбент белгілі. Активті көмір негізіндегі адсорбенттер әр түрлі процестерде зиянды қосылыстардан тазартуда, газ және сұйық орталардан құнды заттар рекуперациясында кеңінен қолданылып келеді. Сондай-ақ активті көмір медицинада, қан тазалауда және физиологиялық сұйықтықтан жеке компоненттерді бөліп алуда қолданылады.
Өсімдік шикізаты негізіндегі активті көмір арзан, жоғары кеуектілігі мен беріктігі арқылы ерекшеленетін сорбент болып табылады. Сондықтан өсімдік шикізаты негізіндегі сорбенттерді зерттеудің маңызы зор [24].
Қазіргі кезде механикалық беріктілігі, саңылаулығымен ерекшеленетін жаңа көміртекті материалдар алудың түрлі әдістері жасалуда. Әр түрлі қатты сорбенттердің бетінде көмірсутек пиролизі процессі кезінде каталитикалық көміртек түзілуі жаңа сорбентті қарауға мүмкіндік береді. Нұсқаларды көміртектендіру беттің меншікті сыйымдылығын және саңылаулығын жоғарылатуға әкеледі. Бұл биотехнологияның процестері үшін қажет биокатализаторларды таңдауға жол ашады, сондай-ақ адсорбциялық иммобилизация кезінде биологиялық обьектілердің қабілетінің заңдылықтарын зерттеуге мүмкіндік береді.
Осыған байланысты тасушылардың сорбциялық сыйымдылығын ұлғайту, клетка-тасушы байланысының беріктілігін жоғарылату мақсатында клеткаларға улы емес және арзан, шығу тегі табиғи сорбенттерді алуда көп көңіл бөлінеді [25].
Микроорганизм клеткалары негізіндегі биосорбенттер мен биокатализаторларды әр түрлі өндіріс салаларында қолдануға болады. Оның ішінде сусындар дайындауда, спирт және шарап мәселелердің шиеленісуіне байланысты микроб клеткалары негізіндегі биосорбенттер түрлі улы заттарды тазалауда, ағын суларды ауыр металл иондарынан сорбциялауға қолдану өзекті мәселе болып табылады.
Микроорганизмдердің көп түрі адамзатқа белгілі болғанымен, өндірісте тек бірнеше түрдің мыңға жуық штаммы ғана қолданылады. Оның себебі, өндірісте қолданылатын штамдар бірнеше қатаң талаптарға сай болуы керек: арзан субстраттарда өсуі қажет, жоғары жылдамдықпен өсуі керек....