Разработка биокаталитических систем для синтеза оптически активных веществ и утилизации эпихлоргидрина и хлоргидринов глицерина

• Автор: Халимова, Лилия Хамитяновна
• Шифр специальности: 02.00.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 130 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР. Экологический и биокаталитический потенциал микроорганизмовдеструкторов ЭПХГ и хлоргидринов глицерина

1.1. Микробиологическая деградация ЭПХГ и хлоргидринов глицерина

1.2. Микроорганизмыдеструкторы ЭПХГ и хлоргидринов глицерина новые инструменты для получения оптически активных соединений
1.2.1. Применение микроорганизмовдеструкторов ХОС в синтезе оптически активных соединений. Альтернативные методы синтеза
1.2.2. Кинетическое разделение рацемических смесей 3ХПД и 2,3ДХП или 2,3дибромпропанола

1.2.3. Трансформация 1,3ДХП

1.2.4. Кинетическое разделение эпоксидов

1.3. Биотехнологические способы обезвреживания низкомолекулярных ХОС и эпоксидов

1.3.1. Использование локальных установок для детоксикации хлорорганических ксенобиотиков
1.3.2. Иммобилизация микрооранизовдеструкторов в процессах очистки сточных вод от ксенобиотиков
1.3.3. Биотестирование очищенных сточных вод
2. ОБЪЕКТЫ, МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Объекты исследования
2.2. Материалы исследования
2.2.1. Синтез Я иили БЭПХГ
2.2.2. Синтез Я иили Б 3ХПД
2.3. Методы исследования
2.3.1. Культивирование микроорганизмов
2.3.2. Получение накопительных культур
2.3.3. Выделение чистых культур микроорганизмовдеструкторов ХОС
2.3.4. Идентификация микроорганизмов
2.3.5. Определения совместимости штаммов
2.3.6. Иммобилизация микроорганизмов на ПКАволокне
2.3.7. Выделение и очистка ферментов
2.3.7.1. Получение клеточных экстрактов
2.3.7.2. Выделение и очистка ферментов из клеточных экстрактов АПоЬааег яр. 4
2.3.7.3. Электрофорез клеточных экстрактов Лп1юЬас1ег .
4 в агарозном геле
2.3.7.4. Определение концентрации белка
2.3.7.5. Определение концентрации ионов хлора
2.3.7.6. Определение дегалогеназной и эпоксидгидролазной активности клеточных экстрактов
2.3.8. Обработка клеток микроорганизмов акридиновым оранжевым
2.3.9. Трансформация хлорорганических соединений покоящимися клетками микроорганизмов
2.3.9.1. Определение концентрации биомассы
2.3.9.2. Определение дегалогеназной активности клеток
2.3.9.3. Определение эпоксидгидролазной активности клеток
2.3.9.4. Определение концентрации хлорорганических субстратов и продуктов трансформации
2.3.9.4.1. Обнаружение 3хлормолочной кислоты
2.3.9.4.2. Определение карбонилсодержащих соединений
2.3.9.5. Идентификация продуктов трансформации хлорорганических соединений
2.3 Определение оптической чистоты продуктов биотрансформации
2.3 Селекция устойчивых к повышенным концентрациям ХОС микроорганизмов
2.3 Определение ЭПХГ в отходящих газах из биореактора 2.3.1.3 Определение показателей качества воды сточных
вод производства эпоксидных смол
2 Определение ХПК 5
2 Количественное определение натрия хлористого хлоридионов в воде
2 Определение глицерина и хлоргидринов глицерина в воде
2 Определение токсичности воды
2.3 Математическая обработка результатов
3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
3.1. Скрининг микроорганизмов деструкторов ХОС
3.1.1. Выделение микроорганизмов из природных источников
3.1.2. Исследование конверсии ХОС покоящимися клетками микроорганизмов
3.1.3. Исследование продуктов трансформации ХОС микроорганизмами
3.2. Разработка биокатализаторов для синтеза оптически активных веществ путем кинетичекого разделения рацемических смесей
3.2.1. Поиск стереоселективных эпоксидгидролаз и дегалогеназ
3.2.2. Идентификация штаммов продуцентов стереоселективных ферментов
3.2.3. Исследование продуктов трансформации рацемического 3ХПД и ЭПХГ энантиоселективными штаммами
3.2.4. Исследование ассимиляции рацемического 3ХПД
и ЭПХГ энантиоселективными микроорганизмами
3.2.5. Генетическая модификация биокатализаторов синтеза оптически активного 3ХПД из ЭПХГ
3.2.6. Исследование возможности многократного использования биокатализатора при трансформации ЭПХГ
3.2.7. Разработка биокатализаторов для синтеза оптически активных веществ из прохиральных соединений
3.3. Создание консорциума микроорганизмов для обезвреживания ХОС
3.3.1. Отбор прототрофных штаммов, ассимилирующих ХОС
3.3.2. Селекция штаммов, устойчивых к повышенным концентрациям ХОС
3.3.3. Оценка обезвреживающей активности микроорганизмов
3.3.4. Исследование совместимости и патогенности микроорганизмов консорциума
3.3.5. Исследование иммобилизации микроорганизмов консорциума на полиакриламидных волокнах
3.3.6. Исследование морфологических, физиологобиохимических и хемотаксономичсских свойств микроорганизмов компонентов консорциума
3.4. Иммобилизация консорциума в биореакторе
3.5. Исследование условий очистки модельных стоков, содержащих ЭПХГ
3.6. Исследование работы биофильтра
3.7. Исследование очистки сточных вод производства эпоксидных смол
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Результаты исследований доложены на Международном симпозиуме Микробиология охраны биосферы в регионах Урала и северного Прикаспия Оренбург, , XII Международной конференции по производству и применению химических реагентов Реактив Москва, , V международной конференции по интенсификации нефтехимических процессов Нефтехимия Нижнекамск, , II Международной конференции молодых ученых Актуальные тенденции в органическом синтезе на пороге новой эры г. Санкт Петербург, , Международной научнотехнической конференции, посвященной летию УГНТУ Уфа, , Международной научнопрактической конференции Сервис большого города Уфа, , Всесоюзной конференции Новые направления биотехнологии Пущино, , Всероссийской научнотехнической конференции Проблемы нефтегазового комплекса России Уфа, , VII Всероссийской научной конференции Проблемы теоретической и экспериментальной химии Екатеринбург, , научнотехнических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых Уфа, , , . Публикации. Структура и объем работы. Диссертация включает введение, обзор литературы 1 глава, описание объектов и методов исследования 2 глава, экспериментальную часть и обсуждение результатов 3 глава, выводы и список цитируемой литературы, содержащей 9 ссылок. Работа изложена на 0 страницах машинописного текста и содержит рисунков и таблиц. Глава 1. Техногенное происхождение большинства обнаруживаемых в окружающей среде хлорорганических соединений несомненно и представляет серьезную угрозу для здоровья и экологической безопасности человека, поскольку эти соединения обладают высокой устойчивостью к разрыву связи углеродгалоген 1, 2 . Не вызывает сомнения и то, что в природных экосистемах обязательно находятся микроорганизмыдеструкторы таких соединений, которые могут использовать их в качестве единственного источника углерода и энергии. Попадая в окружающую среду, галогенорганические соединения могут подвергаться как полной деградации специализированной микрофлорой, т. В течение последних лет появилось много сведений в отношении аэробной биодеградации хлорированных алифатических углеводородов различными группами микроорганизмов 5 7 . Однако, относительно мало известно о микробной биодеградации хлорированных кислородсодержащих соединений альдегидов, спиртов и эфиров,кислот , хотя некоторые из них являются одними из наиболее токсичных загрязнителей окружающей среды 8 . Исключения составляют 2галоидсодержащие производные уксусной и иропионовой кислот, для которых достаточно хорошо изучены пути и ферменты подготовительного метаболизма микроорганизмовдеструкторов . Недостаточно изученной является биодеградация галогенированных эпоксидов эпихлоргидрина, эиибромгидрина и хлоргидринов глицерина. В литературе описаны лишь несколько штаммов, способных ассимилировать эти соединения. Впервые такой штамм, идентифицированный как vi . Позднее i с соавторами выделили два штамма . ЭГТХГ и 3ХПД, а также коринеформный штамм 3, использующий 3ХПД . В начале х годов были получены в разных лабораториях еше пять штаммовдеструкторов ЭПХГ и хлоргидринов глицерина. Г. с соавторами выделили бактерию i . I, которая могла расти на 3ХПД и ЭПХГ . В группе i и i из образцов почв были изолированы несколько штаммов, ассимилирующие 2,3ДХП, принадлежащие к роду и i , а также штамм i . ХПД . В лаборатории из консорциума микроорганизмов, утилизирующих 1,3ДХГ1 и 3XIЩ, была выделена бактерия ii, способная деградировать эти ХОС . Многие из этих микроорганизмов, первоначально выделенные на одном из хлоргидринов глицерина, впоследствии показали полисубстратную активность, утилизируя также ряд других соединений. Все выделенные штаммы оказались способными ассимилировать 3ХПД. При этом большинство штаммов, за исключением i . В деградации участвуют эпоксидобразующие галогидриндегалогеназы, в результате чего в качестве промежуточного соединения образуют глицидол, который затем под действием эпоксидгидролазы превращается в глицерин. Деградация ЭПХГ микроорганизмами, использующими это соединение в качестве единственного источника углерода и энергии, начинается с его превращения в 3ХПД, который затем метаболизируется в пути, ведущему к образованию глицерина .