Штамм бактерий Zoogloea adapt C-92
Использование: в технологии очистки сточных вод городских канализационных очистных сооружений. Сущность изобретения: предложен новый штамм Zoogloea adapt C-92, полученный путем селективной адаптации штамма, выделенного из активного ила сточных вод городских канализационных очистных сооружений. Штамм устойчив к воздействию ионов тяжелых металлов, сорбирует ионы тяжелых металлов, использует нефтепродукты в качестве источника углерода. 1 табл.
Описание изобретения.
Изобретение относится к промышленной и экологической микробиологии, биотехнологии очистки стоков и касается получения нового штамма, продуцирующего экзополисахариды, обладающего высокой адсорбционной емкостью, способного к флокуляции и использованию нефтепродуктов в качестве источника углерода в аэротенках при утилизации городских сточных вод.
Известно применение микроорганизмов для очистки сточных вод от растворенных металлов и утилизации органических примесей.
Известен штамм Cunnighamella blakesleeana, клеточные стенки которого способны связывать ионы меди (6,3 мм), кобальта (2,1 мм), а также цинка, железа и кадмия [1]
Недостатком данного штамма является необходимость предварительной обработки биомассы для получения фракции, содержащей бактериальные оболочки, а также то, что связывание металла процесс температурозависимый и имеет оптимум pH, что негативно сказывается при использовании его в технологии очистки стоков, так как температура в аэротенке не стабильна, а pH варьирует в пределах от 7 до 10.
Известен штамм Desulfovibrio desulfuricans, используемый для очистки промышленных сточных вод от растворенных металлов за счет связывания их в нерастворимые сульфиды образованным бактериями сероводородом [2]
Недостатком данного штамма является невозможность использования его при очистке городских сточных вод в аэротенке, так как это строгий анаэроб и неизвестно влияние токсичных органических примесей на активность продукции сероводорода.
Известен штамм Proteus mirabilis, выделенный из активного ила установки по переработке сточных вод, который способен размножаться в присутствии 300 мг/л кадмия и сорбировать его из среды. Покоящиеся клетки сорбируют до 0,7 мг/л, растущие 0,22 мг/л кадмия при концентрации в среде 1 мг/л [3]
Недостатком данного штамма является его специфичность по отношению к ионам кадмия, а наличие в стоках суммы катионов тяжелых металлов предполагает использовать бактерии, эффективно сорбирующие ряд катионов. Культуральные и биотехнологические свойства штамма не опубликованы.
Наиболее близким к изобретению является штамм Zoogloea ramigera, синтезирующий экзополисахариды, которые действуют как полиэлектролиты и сорбируют катионы таких металлов, как кобальт, медь, кадмий и железо. Сорбция достигает 95% от всего количества присутствующих в растворе катионов при их концентрации от 12 до 117 мг/л [4]
Штамм имеет следующие недостатки: не адаптирован к условиям работы в сточных водах аэротенка, содержащих большое количество токсичных веществ, необходимость предварительной обработки биомассы, которая заключается в иммобилизации бактерии на носителе альгинате кальция, а также дорогостоящие среды для его поддержания, включающие витамин B12 и аминокислоты - аргинин и аланин.
Цель изобретения получение штамма, продуцирующего экзополисахариды, эффективно сорбирующего ионы тяжелых металлов в условиях сточных вод аэротенка, изобилующих токсическими примесями, способного использовать в качестве источника углерода нефтепродукты, находящиеся в стоках, неприхотливого к питательным средам и не требующего специального оборудования для выращивания.
Цель достигается использованием штамма Zoogloea adapt C-92 ВКПМ В-7040 - сорбента ионов тяжелых металлов.
Предлагаемый штамм получен методом селективной адаптации на питательных средах, содержащих соли тяжелых металлов, с последующим скринингом наиболее стабильных форм.
Полученный штамм Zoogloea adapt C-92 депонирован ВКПМ НИИ генетика 30.05.1995 под регистрационным номером В-7040.
Штамм депонирован с научным описанием (паспортом).
Штамм Zoogloea adapt С-92 ВКПМ В-7040 характеризуется следующими признаками.
Морфологические признаки. Клетки палочковидные, прямые, 0,5 1,0 x 1,0 - 3,0 мкм, подвижные, в средах с повышенным содержанием солей тяжелых металлов клетки округлые, более мелкие. Цист и спор не образуют. Могут агрегировать в микроскопические хлопья, которые свободно плавают. Образуют экзополисахариды. Количество полимера и степень флокуляции зависит от возраста культуры и состава среды. Окраска по Граму грамотрицательны.
Культуральные признаки. Штамм нетребователен к факторам роста, хорошо растет на обычных питательных средах (СПА, МПА, МПБ). На агаризованных средах образует мелкие, круглые, непигментированные колонии, блестящие, с ровным краем. Оптимальная температура роста 25 28oC, pH 7,0 7,2. Культуру поддерживают пересевом на плотных питательных средах, хранят в растворе глицерина при 70oC или в лиофильно-высушенном состоянии.
Физиологические признаки. Аэроб не восстанавливает нитраты, индол и сероводород не образует, хемоорганотроф, каталазо- и оксидазоположителен, окисляет глюкозу, рамнозу, сахарозу, лактозу.
Для культивирования Zoogloea adapt C-92 применяют среду М9 следующего состава, г/л: Na2HPO4 6; KH2PO4 3; NaCl 0,5; NH4Cl 1; вода дистиллированная остальное с добавлением 1,5% глюкозы. Культивирование проводят на термостатированных качалках или в ферментерах при 28oC и интенсивной аэрации 18 24 ч.
Выход биомассы 109 кое/мл.
Штамм Zoogloea adapt C-92 ВКПМ В-7040 идентифицирован по определителю Берги [6]
Определяющими отличиями предлагаемого штамма от штамма-прототипа являются эффективная сорбция ионов тяжелых металлов в условиях аэротенка;
простая питательная среда;
обычное оборудование, применяемое для культивирования аэробных бактерий.
Поскольку предлагаемый штамм получен впервые и не использовался в промышленной технологии, можно сделать вывод о соответствии предлагаемого штамма критериям изобретения "новизна" и "изобретательский уровень".
Пример 1. Получение штамма бактерий Zoogloea adapt C-92. Новый штамм Zoogloea adapt C-92 получают путем выделения из активного ила сточных вод городских канализационных очистных сооружений и последующей селекцией на среде М9, насыщенной ионами меди. Бактерии засевают в среду М9 с добавлением меди в форме CuSO4 в количестве 120 мг/л, инкубируют при 28oC с аэрацией 15 сут, затем пересевают в свежую среду с более высокой концентрацией меди. Ряд пересевов бактерий позволяет отобрать микроорганизмы устойчивые к 290 мг/л меди. Они обладают повышенной устойчивостью к ионам цинка, железа, свинца и кобальта (таблица). Полученные бактерии эффективно сорбируют ионы тяжелых металлов. После инкубирования в средах без меди бактерии сохраняют свои свойства.
Пример 2. Получение биомассы и сорбция ионов меди бактериями Zoogloea adapt C-92 в лабораторных условиях. Биомассу получают выращиванием бактерий в ферментере в виде суспензии на среде М9 с добавлением 1,5% сахара. Температура инкубирования 28oC, pH 7,0, рост происходит в аэробных условиях 24 ч. Полученную биомассу отмывают от среды дистиллированной воды и осаждают центрифугированием в течение 10 мин при 8 тыс. об/мин. Медь добавляют в форме CuSO4, сорбцию проводят при 25oC 1 ч. Остаточную медь определяют по методике Тихомировой Л.П. [5] Было показано, что 1011 бактерии сорбируют 0,56 мг меди в неростовых условиях.
Пример 3. Определение устойчивости бактерии Zoogloea adapt С-92 к ионам меди. Изучение устойчивости бактерий к повышенному содержанию ионов меди проводят на сточной воде из аэротенка с содержанием (мг/л): железо 1,0; свинец 0,012; медь 0,06; фенол 0,05; нефтепродукты 1,0 с добавлением 300 мл/л среды М9 и дополнительной меди в форме CuSO4 в количестве 78 мг/л. В колбу емкостью 0,5 л вносят 0,2 л подготовленной среды и инокулируют ее 0,2 мл бактериальной суспензии. Начальный титр бактерий составляет 2,7105 кое/мл. Культивирование осуществляют при 28oC с аэрацией в течение 5 сут. Концентрация бактерий при этом увеличилась до 5,0106 кое/мл, что составляет 15% от контрольного варианта, культивируемого без внесения добавочной меди.
Пример 4. Изучение динамики развития штамма Zoogloea adapt C-92 в присутствии нефтепродуктов. Для изучения динамики развития штамма на среде М9 в присутствии 5% нефтепродуктов (соляр: керосин: отработанные масла в соотношении 43 5 52) бактерии (3,6104 кое/мл) засевают в среду и инкубируют 5 сут с аэрацией при 28oC. Концентрация бактерий при этом увеличивается до 2,0107 кое/мл, что соответствует росту бактерий на среде М9 в присутствии 0,2% сахара.
Таким образом, получен штамм, обладающий следующими преимуществами по сравнению с известным:
эффективная сорбция ионов тяжелых металлов в условиях аэротенка;
Способность использования нефтепродуктов в качестве источника углерода;
простая питательная среда;
обычное оборудование, применяемое для культивирования аэробных бактерий.
Список литературы.
- Venkateswerlu G. Stotzky G. Appl. Microbiol. and Biotechnol. 1989, v. 31, N 5 6, p. 619 625.
- Патент Российской Федерации RU 201 78114. Штамм бактерий Desulfovidrio Desulfuricans, используемый для очистки промышленных сточных вод от ионов тяжелых металлов.
- Andreoni V. Finoli C. FEMS Microbiol. Ecol. 1991, v. 85, N 3, p. 183 191.
- Sabine P. Kuhn. Pfister P.M. Appl. Microbiol. and Biotechnol. 1989, v. 31, p. 613 618.
- Tихомирова Л. П. Водоснабжение и санитарная техника. 1994, N 11, с. 30.
- Краткий определитель бактерий Берги Под ред. Дж. Хоулта, М. Мир, 1980.
Формула изобретения.
Штамм бактерий Zoogloea adapt С-92 ВКПМ В-7040, используемый в качестве сорбента ионов тяжелых металлов.
Список документов, цитированных в отчете о поиске: 1. Sabine P.Kuhn., Pfister P.M. Appl. Microbiol. and Biotechnol. 1989, v. 31, p. 613 - 618.
Заявитель(и): Государственный научный центр вирусологии и биотехнологии "Вектор"
Автор: Борисова О.Д.; Гусев В.А.; Пугачев В.Г.; Божко Н.А.; Репин В.Е.
Патентообладатель: Государственный научный центр вирусологии и биотехнологии "Вектор"