Морфо-фізіологічні властивості бактерій родів Chromatium і Thiocystis, виділених з водойм збагачених сірководнем

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ МІКРОБІОЛОГІЇ І ВІРУСОЛОГІЇ ІМ. Д.К. ЗАБОЛОТНОГО

03.00.07 - мікробіологія

УДК: 579.[017.8:222.2/.3:23:24:811.21/.22]

АВТОРЕФЕРАТ

на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук

МОРФО-ФІЗІОЛОГІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ БАКТЕРІЙ РОДІВ CHROMATIUM І THIOCYSTIS, ВИДІЛЕНИХ З ВОДОЙМ ЗБАГАЧЕНИХ СІРКОВОДНЕМ

ПАВЛОВА ЮЛІЯ

ОЛЕКСАНДРІВНА

Київ - 2008

Дисертацією є рукопис

Робота виконана на кафедрі мікробіології Львівського національного університету імені Івана Франка Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник: кандидат біологічних наук, професор

Гудзь Степан Петрович, Львівський національний університет імені Івана Франка, завідувач кафедри мікробіології

Офіційні опоненти: доктор біологічних наук, професор

Гвоздяк Петро Ілліч, Інститут колоїдної хімії та хімії води ім. А.В. Думанського НАН України, головний науковий співробітник кандидат технічних наук, доцент

Степура Лариса Григорівна, Київський національний університет ім. Т. Шевченка, доцент кафедри мікробіології та загальної імунології

Захист відбудеться 15 жовтня 2008 р. о 12 годині на засіданні Спеціалізованої вченої ради Д.26.233.01 Інституту мікробіології і вірусології ім. Д.К. Заболотного НАН України за адресою: Д 03680, м. Київ, ДСП, вул. Заболотного, 154

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Інституту мікробіології і вірусології ім. Д.К. Заболотного НАН України за адресою: Д 03680, м. Київ, ДСП, вул. Заболотного, 154

Автореферат розісланий "12" вересня 2008 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, кандидат біологічних наук, старший науковий співробітник Пуріш Л.М.

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Проблема забруднення водойм сірководнем в місцях розробки сіркових родовищ є однією із найважливіших екологічних проблем цих регіонів. Відкритий спосіб видобутку сірки створив можливості для взаємодії сірки з киснем повітря, а також активізував діяльність сіркоокиснюючих бактерій [Гудзь С.П. та ін., 2004; Баран І.М. та ін., 2003]. В обидвох випадках ці процеси супроводжуються нагромадженням у середовищі сульфатів, які в природних умовах використовуються сульфатвідновлювальними бактеріями як акцептори водню в процесах окиснення органічних сполук [Гудзь С.П. та ін., 2004]. Продуктом саме цих реакцій є сірководень, що виявляє токсичну дію на живих організмів - представників прокаріот і еукаріот [Loyd K. et al., 2005; Kьster E. et al., 2005]. Тривалий постійний вплив сірководню на людину навіть у невеликих концентраціях викликає ряд порушень дихальної і нервової системи, втрату нюху, сльозоточивість, погіршення пам'яті тощо [Reiffenstein R.J. et al., 1992; Arnold I. et al., 1992]. Методи очищення навколишнього середовища від сірководню, що застосовуються у практиці, є високоенергозатратними та потребують численних органічних речовин-окисників, а нагромадження в результаті їх використання нових побічних продуктів робить їх малоефективними [Kobayashi H.A. et al., 1983]. У зв'язку з цим пошуки альтернативних технологій, зокрема, біотехнологій для нейтралізації сірководню у середовищі, залишаються актуальними.

В природних умовах знешкодження сірководню, основним продуцентом якого є сульфатвідновлювальні бактерії, відбувається за рахунок життєдіяльності фотосинтезувальних пурпурових і зелених сіркових бактерій, які використовують його як донор електронів в процесі аноксигенного фотосинтезу [Pfennig N., 1992]. Розвиваючись на глибинах, куди ще проникають червоні та інфрачервоні промені, вони виконують функцію "перехоплювачів" сірководню, не допускаючи його у верхні горизонти водної товщі, і тим самим дозволяють розвиватися там багатьом організмам. Деякі представники пурпурових бактерій, знешкоджуючи сірководень, нагромаджують в клітинах сірку, вилучаючи її на деякий час з кругообігу.

Таким чином, дослідження особливостей метаболізму пурпурових сіркових бактерій, зокрема, використання ними сірководню у процесах аноксигенного фотосинтезу, може у значній мірі сприяти розв'язанню проблем очистки навколишнього середовища від сірководню.

Актуальність теми визначається необхідністю дослідження шляхів детоксикації сірководню фотосинтезувальними пурпуровими сірковими бактеріями з врахуванням сучасного стану забрудненості озера "Яворівське", що виникло на базі найбільшого у світі сірковидобувного кар'єру. Розуміння механізмів взаємодії представників фототрофного мікробоценозу з токсичним сірководнем дозволить прогнозувати зміни екологічної ситуації у забруднених сірководнем водоймах і використовувати здатність пурпурових сіркових бактерій окиснювати сірководень як інтегральний показник в комплексному моніторингу водних екосистем.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана в рамках наукових досліджень, які проводяться на кафедрі мікробіології Львівського національного університету імені Івана Франка за темою Бм-04Ф "Особливості мікробіологічних процесів метаболізму сірки у сірковидобувних районах", державний реєстраційний номер 0105U002213.

Мета і завдання досліджень. Метою роботи було з'ясувати роль пурпурових сіркових бактерій родів Chromatium і Thiocystis у детоксикації сірководню і вплив чинників середовища на цей процес.

Для досягнення цієї мети необхідно було вирішити наступні завдання:

виділити пурпурові сіркові бактерії з озера "Яворівське" Язівського сіркового родовища та ідентифікувати їх;

дослідити:

вплив сірководню на ріст бактерій та утворення ними пігментів;

вплив освітлення та кисню на ріст пурпурових сіркобактерій і утворення ними пігментів;

вплив органічних сполук на ріст пурпурових сіркових батерій і синтез ними пігментів;

вплив інших чинників середовища (джерел азоту, температури, рН, концентрації NaCl) на ріст бактерій;

виявити структурні зміни в клітинах пурпурових сіркових бактерій під впливом сірководню і світла;

вивчити здатність пурпурових сіркових бактерій утилізувати сірководень і утворювати внутрішньоклітинну сірку;

використовуючи методи багатофакторного аналізу розрахувати оптимальне середовище та умови культивування пурпурових сіркових бактерій та утилізації ними сірководню.

Об'єкт дослідження: фотосинтезувальні сіркові бактерії родів Chromatium і Thiocystis, виділені із водойм з високим вмістом сірководню.

Предмет дослідження: морфо-фізіологічні властивості виділених штамів Chromatium sp. Ya2006-1, Chromatium sp. Ya2006-2 і Thiocystis sp. Ya2006 та їх здатність детоксикувати сірководень за умов впливу різних чинників середовища.

Методи дослідження: фізико-хімічні, мікробіологічні, біохімічні, електронномікроскопічні, статистичні та математичне планування експерименту.

Наукова новизна одержаних результатів. Вперше з води озера "Яворівське" виділено чисті культури пурпурових сіркових бактерій родів Thiocystis і Chromatium, які виявляють високу стійкість до сірководню, на відміну від раніше описаних у літературі видів. Хроматографічне розділення екстракту пігментів з клітин дозволило встановити наявність у них бактеріохлорофілу а та каротиноїдів - спірилоксантину, родопіну, родовібрину, пролікопену.

Вперше виявлено зміни у розташуванні фотосинтетичних везикул та структурі клітинної стінки у клітинах Thiocystis sp. Ya2006 під впливом інгібуючих ріст концентрацій сірководню. Вперше показана можливість регуляції якісного складу каротиноїдів Thiocystis sp. Ya2006 шляхом зміни інтенсивності освітлення. Вперше для Thiocystis sp. Ya2006 встановлено умови перетворення сірководню в сірку та її нагромадження в клітинах.

Практичне значення одержаних результатів. Виділені пурпурові сіркові бактерії виявляють високу стійкість до сірководню і окиснюють його в процесі фотосинтезу до сірки, яка відкладається в клітинах. Бактерії можуть бути використані в біотехнологічних екосистемах для очищення вод, забруднених сірководнем, а також для біогеотехнологічного одержання сірки.

Створені на основі багатофакторного аналізу середовища для культивування пурпурових сіркових бактерій дозволяють у 3 рази збільшити біомасу та пришвидшити утилізацію сірководню у 2 - 5 разів.

Матеріали дисертаційної роботи використовуються при викладанні курсу "Мікробіологія" та спецкурсах, які читаються студентам кафедри мікробіології Львівського національного університету імені Івана Франка.

Особистий внесок здобувача. Відповідно до поставленої мети та завдань здобувачем самостійно опрацьовано значний об'єм літератури за темою дисертації, виділено чисті культури пурпурових сіркових бактерій, проведено їх ідентифікацію, досліджено якісний та кількісний пігментний склад бактерій, вивчено вплив чинників середовища на морфологію, ріст та утворення пігментів виділеними культурами бактерій, визначено основні чинники, що впливають на утилізацію сірководню та утворення сірки Thiocystis sp., на основі багатофакторного аналізу проведено оптимізацію середовища та умов культивування для Thiocystis sp.

Спільно з науковим керівником кандидатом біологічних наук, професором С.П. Гудзем інтерпретовано одержані дані та сформульовано основні положення дисертаційної роботи, підготовлено до друку наукові статті.

Спектральний аналіз інтактних клітин і пігментів виконано спільно з к.б.н., с.н.с. А.М. Федоровичем (Львівський національний університет імені Івана Франка), приготування зразків та електронно-мікроскопічні дослідження - спільно із завідувачем міжфакультетської лабораторії електронної мікроскопії к.б.н., с.н.с. О.Р. Кулачковським (Львівський національний університет імені Івана Франка). Інтерпретацію результатів багатофакторного аналізу проведено за участю пров. інж. Інституту фізики конденсованих систем О.Я. Фаренюка.

Апробація результатів дисертації. Основні положення і результати дисертації були представлені на Міжнародній науковій конференції "Мікробні біотехнології" (Одеса, 2006), IX Всеукраїнській науковій конференції студентів, магістрантів і аспірантів (Одеса, 2007), Міжнародних конференції студентів та молодих науковців "Сучасні проблеми мікробіології і біотехнології" (Одеса, 2007), III Міжнародній конференції молодих вчених "Біорізноманіття. Екологія. Адаптація. Еволюція" (Одеса, 2007), Центрально-Європейському симпозіумі індустріальної мікробіології та мікробної екології "Power of microbes in industry and environment" (Задар, Хорватія, 2007), 11-й Пущинській міжнародній школі-конференції молодих вчених "Биология - наука XXI века" (Пущино, 2007), ІІ Міжнародній конференції "Біологія: від молекули до біосфери" (Харків, 2007), Третій та Четвертій Міжнародних конференціях студентів та аспірантів "Молодь і поступ біології" (Львів, 2007, 2008), наукових конференціях професорсько-викладацького складу і наукових співробітників Львівського національного університету імені Івана Франка (2007, 2008), наукових семінарах кафедри мікробіології Львівського національного університету імені Івана Франка.

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 13 друкованих праць, в тому числі у виданнях, рекомендованих ВАК України - 3 статті та 10 тез доповідей на міжнародних та регіональних конференціях.

Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота викладена на 148 сторінках друкованого тексту і складається із "Вступу", розділів "Огляд літератури", "Матеріали і методи досліджень", чотирьох розділів результатів власних досліджень, а також "Висновків". Список використаних джерел містить 266 посилань, з яких 218 - іноземних авторів. Робота включає 17 таблиць та 48 рисунків.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

ОГЛЯД ЛІТЕРАТУРИ

В огляді літератури відображено сучасний стан знань про морфологію, фізіологію та екологію пурпурових сіркових бактерій. Описано вплив сірководню на живі організми та його використання пурпуровими сіркобактеріями. Наведено дані щодо впливу різних факторів середовища на фізіолого-біохімічні властивості пурпурових сіркобактерій.

МАТЕРІАЛИ І МЕТОДИ

У роботі використано пурпурових сіркових бактерій, виділених нами з озера "Яворівське" Язівського сіркового родовища (Україна) та ідентифіковані як - Thiocystis sp. Ya2006 Chromatium sp. Ya2006-1, Chromatium sp. Ya2006-2 (власні ізоляти), а також Thiocapsa sp. YT1001, з колекції культур кафедри мікробіології Львівського національного університету імені Івана Франка [Кіт Л.Я., 2007].

Нагромаджувальні культури пурпурових сіркобактерій отримували за методом Виноградського [Кондратьева Е.Н., 1972]. Чисті культури пурпурових сіркобактерій виділяли за методом Ван Ніля [Кузнецов С.И. и др., 1959]. Чистоту культури перевіряли мікроскопуванням та шляхом висіву на МПА, сусло-агар і на середовище Кравцова-Сорокіна для сульфатвідновлювальних бактерій [Каравайко Г.И. и др., 1972].

Культури вирощували у рідких або на агаризованих середовищах Ван Ніля [Родина А.Г., 1965] протягом 7 - 12 діб при температурі 28 єС. У ряді досліджень використовували середовища Шлегеля [Родина А.Г., 1965], Ларсена, Пфенніга, АТСС №1449 [LGC Prochem: Certified reference materials] Для поглинання кисню використовували анаеростати (GENbox jars, bioMerieux, Франція) із кисеньпоглинаючими генераторами (GENbox generators, bioMerieux, Франція).

Джерелом світла слугували лампи розжарювання різної потужності. Інтенсивність освітлення вимірювали люксометром Ю116.

Ідентифікацію виділених культур проводили на основі морфофізіологічних і біохімічних ознак, користуючись визначником Берджі [Хоулт Дж. и др., 1997] та згідно нових стандартів для опису фототрофних бактерій [Imhoff J., 2004].

Для вивчення здатності бактерій засвоювати органічні речовини, останні вносили до середовища у концентрації 0,5 мМ [Imhoff J., 2004]. Для дослідження здатності бактерій використовувати сполуки сірки як донори електронів, проводили їх висів на середовища з сульфідом натрію (0,5 - 40 мМ), елементною сіркою (0,1 %), тіосульфатом (5 мМ), сульфітом натрію (5 мМ) згідно стандартним рекомендаціям [Imhoff J., 2004]. Здатність використовувати різні джерела азоту та визначення оптимальних для росту температури, значення рН вивчали у рідкому середовищі Ван Ніля. Для вивчення впливу кисню на ріст бактерій їх вирощували в умовах аерації потоком повітря. Швидкість пропускання складала 0,25 см3/ (1 мл · 1год).

Спектри поглинання інтактних клітин та окремих пігментів реєстрували на двопроменевому спектрофотометрі Spеcord M-40. Для визначення природи пігментів використовували такі показники: забарвлення, величину Rf, основні максимуми поглинання [Britton G., 1985; Oelze J.M., 1985]. Концентрації основних пігментів бактерій розраховували як описано [Мусієнко М.М., Паршикова Т.В., Славний П.С., 2001].

Електронно-мікроскопічні дослідження проводили за Рейнольдсом [Reynolds E.S., 1963].

Кількість сірководню визначали фотоелектроколориметрично (л = 400 нм) після його взаємодії з вісмутовим реактивом [Dean G.A., 1966].

Вміст сірки в клітинах визначали за методом Йоргенсена [Jorgensen B.B., 1979].

Всі однофакторні експерименти проводили у трьохкратній повторності. Математичне та статистичне опрацювання результатів виконували за допомогою програмних пакетів Microsoft Excel та Origin [Лапач С.И. та ін., 2001].

Багатофакторний аналіз здійснювали за методом крутого сходження [Максимов В.Н., 1969]. Математичний аналіз результатів багатофакторного експерименту здійснювали за допомогою комп'ютерної програми, розробленої на мові програмування C++.

ВИДІЛЕННЯ ТА ІДЕНТИФІКАЦІЯ ФОТОСИНТЕЗУВАЛЬНИХ ПУРПУРОВИХ СІРКОБАКТЕРІЙ

Проблема забрудення навколишнього середовища сірководнем, що зумовлено промисловою розробкою сіркових родовищ, є особливо актуальною на Прикарпатті. Пурпурові фотосинтезувальні бактерії разом із зеленими сіркобактеріями і сульфатвідновлювальними утворюють у природних умовах мікроекосистеми [Pfennig N., 1992], що одночасно продукують і регулюють вміст сірководню у водоймах. Виходячи з цього, дослідження метаболізму пурпурових сіркових бактерій і пошуки нових видів, здатних ефективно детоксикувати H2S, представляються перспективними.

Мікробіологічний аналіз проб води, відібраних із водойм Язівського сіркового родовища, проведений за методом С. Виноградського, дозволив виявити активний ріст пурпурових сіркових бактерій у нагромаджувальних культурах за наявності світла. Із пурпурово-червоної зони були отримані чисті культури бактерій. Отримані культури відрізнялися за формою (паличкоподібні, овальні, віброїдні), розміром і рухливістю клітин. У результаті електронної мікроскопії в клітинах лише трьох з отриманих штамів виявили добре виражені внутрішньоцитоплазматичні мембранні структури везикулярного типу, характерні для пурпурових сіркових бактерій (рис. 1, А, Б, В). У подальших дослідженнях основну увагу ми зосередили саме на цих бактеріях.

Досліджувані штами нагромаджували в клітинах сірку, суттєво відрізнялися за формою, розміром клітин і типом їх розміщення, забарвленням колоній і суспензій тощо.

Всі штами росли тільки за наявності світла, що вказує на їхній фототрофний тип живлення (рис. 2). Штами не росли в темряві ні в анаеробних, ані в аеробних умовах з глюкозою. Як донори електронів для асиміляції СО2 бактерії використовували сірководень, тіосульфат та елементну сірку (рис. 3).

Виділені культури за морфо-фізіологічними ознаками [Хоулт Дж. и др., 1997; Pfennig N., 1992] були віднесені: штам Ya2006 - до роду Thiocystis, штами Ya2006-1 і Ya2006-2 - до роду Chromatium.

Виділені штами засвоюють ацетат і піруват за наявності сульфіду і бікарбонату в середовищі. Очевидно, ці сполуки асимілюються як додаткові джерела вуглецю під час фотолітоавтотрофного росту [Pfennig N., 1992; Кондратьева Е. Н., 1989]. Таким чином, для отримання вищої біомаси під час культивування фотоавтотрофних бактерій доцільно додавати до середовища ацетат або піруват.

Важливим фактором, що впливає на процеси фотосинтезу, є інтенсивність освітлення. Як показали наші дослідження за умов низької освітленості бактерії нагромаджують незначну біомасу. Збільшення інтенсивності освітлення до 500 - 1000 лк сприяє збільшенню біомаси в два рази.

У Thiocystis sp. Ya2006 інтенсивність освітлення суттєво впливає на морфологію клітин. Вирощування культури за інтенсивності освітлення 1500 лк зумовлює зменшення розміру клітин (1,6 - 2,5 мкм) і нагромадження в них великих гранул сірки (рис. 4 А, Б). Зниження інтенсивності освітлення до 40 лк сприяє посиленню руху бактерій, збільшенню їх розмірів (2,5 - 3 мкм) та більш чіткій диференціації везикул фотосинтетичного апарату (рис. 4, В, Г). У Thiocystis sp. Ya2006 на мінеральному середовищі Ван Ніля при низькій освітленості спостерігається утворення темно-забарвлених на електронних мікрофотографіях включень, природа яких не встановлена (рис. 4, Г).

В анаеробних умовах Thiocystis sp. Ya2006 нагромаджує до 3,8 г/л клітин. Пряма аерація культур інгібує ріст культур.

Виділені нами бактерії, подібно до інших видів родини Chromatiaceae, як джерела азоту використовують солі амонію і пептон. Оптимальним для росту штамів є рН - 6,5 - 8,0. Найбільший урожай клітин спостерігається у Thiocystis sp. Ya2006 при температурі 30 - 35 оС, Сhromatium sp. Ya2006-1 - 33 - 38 оС, а Сhromatium sp. Ya2006-2 добре росте в більш широкому діапазоні температур 20 - 33 оС. Всі три виділені штами добре ростуть за відсутності хлориду натрію у середовищі.

ПІГМЕНТИ ФОТОСИНТЕЗУВАЛЬНИХ ПУРПУРОВИХ СІРКОБАКТЕРІЙ

У бактерій, що здійснюють аноксигенний фотосинтез, описано понад 100 різних каротиноїдів, вивчено шляхи їх біосинтезу та визначено основні фактори, що впливають на ці процеси [Kovacs A. et al., 2003; Pemberton J.M. et al., 1998]. Природу та біосинтез каротиноїдів у аноксигенних фототрофних бактерій досліджували, в основному, на б і в підкласах Proteobacteria [Hu X. et al., 1998; Pemberton J.M. et al., 1998; Armstrong G.A. et al., 1990]. Синтез пігментів пурпуровими сіркобактеріми (г-підклас) та фактори, які впливають на цей процес, вивчені недостатньо.

Вирощені фотолітоавтотрофно культури відрізнялися за забарвленням (рис. 4.1). Для колоній Thiocystis sp. Ya2006 характерне червоно-коричневе забарвлення. Суспензія клітин Chromatium sp. Ya2006-1 забарвлена в пурпурово-червоний колір, Chromatium sp. Ya2006-2 - червоний.

Інтактні клітини фототрофно вирощених культур мало відрізнялися за спектральними характеристиками.

Порівняння абсорбційних максимумів поглинання інтактних клітин, які припадали на 374 - 378, 589 - 590, 803 - 808, 870 - 876 нм, з даними літератури [Pfennig N., 1992; Pychkova N. et al., 2000; Rees G.N. et al., 2002], свідчить про наявність в них бактеріохлорофілу а. Спектри клітин бактерій, виміряні в зоні 350 - 600 нм, свідчили про наявність у них каротиноїдів спірилоксантинової групи, які, згідно даних літератури [Pfennig N., 1992; Pychkova N. et al., 2000; Bryantseva I.A. et al., 2000], ідентичні спірилоксантину (абсорбційні максимуми 493, 514 - 518 нм), родопіну (488 - 490 нм) та похідних лікопену (447 нм).

При хроматографічному розділенні пігментів Thiocystis sp. Ya2006 і Chromatium sp. Ya2006-2 виявлено 6 зон, а у Chromatium sp. Ya2006-1 - 7 зон. Ці зони відрізнялися за забарвленням і величиною Rf. Екстраговані ацетоном або петролейним ефіром зразки з хроматограм мали різні максимуми поглинання. Властивості пігментів Thiocystis sp. Ya2006, Chromatium sp. Ya2006-1 та Chromatium sp. Ya2006-2. наведені в таблиці 1.

Таблиця 1 Властивості основних пігментів досліджуваних бактерій

Основні максимуми поглинання пігментів досліджуваних культур, нм	Ідентифікований пігмент	Максимуми поглинання пігментів у органічних розчинниках (згідно даних літератури), нм
Thiocystis sp. Ya2006	Chromatium sp. Ya2006-1	Chromatium sp. Ya2006-2
414, 776	400,5, 776	400,5, 776	бактеріохлорофіл а	770 [Oelze, 1985]
519	519	357, 519	спірилоксантин	445,5, 486, 518 [Britton, 1985; Осницкая, 1950]
413	413	413	пролікопен	414, 436, 463 [Britton, 1985]
-	460, 514	-	сфероіденон	460, 483, 515, [Britton, 1985]
442, 469	-	-	родопін	443, 470, 503 [Britton, 1985]
-	483, 514	480, 514	родовібрин	455, 483, 516 [Britton, 1985]
413, 514	413, 514	413, 514	пігменти невстановленої природи	-
514	350, 432, 514	514		-

Дослідження спектрів поглинання інтактних клітин виділених пурпурових сіркових бактерій за умов різної інтенсивності освітлення виявило суттєві зміни в пігментному складі бактерій, а отже, і в процесі фотосинтезу. Низька освітленість супроводжується сповільненням нагромадження пігментів в клітинах (рис. 5), а це в свою чергу призводить до зниження інтенсивності фотосинтезу. У Chromatium sp. Ya2006-1, Chromatium sp. Ya2006-2, Thiocapsa sp. YT1001 максимальне нагромадження каротиноїдів спостерігали за інтенсивності освітлення 100 - 200 лк, а для Thiocystis sp. Ya2006 високий рівень нагромадження каротиноїдів спостерігали у більш широкому діапазоні освітленості (150 - 500 лк) (рис. 5, А). За всіх умов освітленості найбільшу кількість каротиноїдів утворює Thiocystis sp. Ya2006. Їх вміст в клітинах досягає 4,5 мг/г сухої маси.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 5. Вплив інтенсивності освітлення на нагромадження каротиноїдів (А) та бактеріохлорофіла а (Б) бактеріями Thiocystis sp. Ya2006 (1), Chromatium sp. Ya2006-1 (2), Chromatium sp. Ya2006-2 (3), Thiocapsa sp. YT1001 (4).

Для максимального нагромадження пігментів пурпуровими сіркобактеріями необхідно контролювати не тільки рівень освітленості, але й доступ кисню та концентрацію сірководню у середовищі. В аеробних умовах пігменти синтезуються у значно меншій кількості. Бактерії, вирощені в анаеробних умовах, синтезували приблизно в 5 разів більше каротиноїдів і у 2 - 3 рази - бактеріохлорофілу а. Нами встановлено, що найвищий рівень бактеріохлорофілу а та каротиноїдів у Thiocystis sp. Ya2006 досягається при 4 мМ сульфіду натрію в середовищі. Якщо концентрація останнього сягала 15 мМ, кількість каротиноїдів та бактеріохлорофілу а зменшувалася в 5,7 і 3,6 разів, відповідно.

Синтез каротиноїдів та бактеріохлорофілу найбільш інтенсивно відбувався за умов фотолітоавтотрофного росту при додаванні до середовища ацетату та пірувату. Фотоасиміляція ацетату і пірувату не зумовлює змін в спектрах поглинання. У присутності ксилози та лактату в абсорбційних спектрах поглинання клітин Thiocystis sp. Ya2006 спостерігається зміщення в область 524 нм, що характерно для лікопену. Подібні зміни спостерігали при вирощуванні культури за інтенсивності освітлення 570 і 760 лк. Таким чином, змінюючи інтенсивність освітлення і склад середовища, можна направлено змінювати якісний склад пігментів у пурпурових сіркобактерій, що може знайти практичне застосування.

УТИЛІЗАЦІЯ СІРКОВОДНЮ ТА НАГРОМАДЖЕННЯ СІРКИ В КЛІТИНАХ ПУРПУРОВИХ СІРКОБАКТЕРІЙ

Сірководень виявляє токсичну дію на живі організми. Серед численних видів фотосинтезувальних бактерій лише види родини Chromatiaceae здатні знешкоджувати сірководень в анаеробних умовах у процесі аноксигенного фотосинтезу та нагромаджувати утворену в результаті цього процесу сірку в клітинах. Виділені нами пурпурові сіркові бактерії, на відміну від описаних раніше у літературі організмів [Pfennig N., 1992; Loyd K. et al., 2005; Kьster E. et al., 2005], менш чутливі до H2S. Їх ріст спостерігали в широкому діапазоні концентрацій натрію сульфіду в середовищі (0,5 - 12 мМ) (рис. 6).

У Thiocystis sp. Ya2006, вирощених при інгібуючих концентраціях сульфіду натрію (15, 20 мМ), спостерігали ряд змін, а саме нерівномірне розташування фотосинтетичних везикул і їх частковий лізис у всій клітині, відшарування цитоплазматичної мембрани від клітинної стінки, лізис окремих клітин. сірковий бактерія культивування фотосинтезувальний

Пурпурові сіркові бактерії Thiocystis sp. Ya2006, Chromatium sp. Ya2006-1, Chromatium sp. Ya2006-2 окиснюють сірководень в 2 - 2,25 разів швидше, ніж це відбувається при взаємодії його з киснем повітря. Вивчення динаміки використання сірководню Thiocystis sp. Ya2006, показало, що вже на п'яту добу культивування його концентрація у середовищі зменшується у 30 разів (рис. 7).

Thiocystis sp. Ya2006 утилізує до 95 % сірководню середовища, якщо останній присутній у невисоких концентраціях (80 мг/л). Вища початкова концентрація сірководню (200 мг/л) сприяє кращому росту бактерій. При цьому сірководень окиснюється бактеріями в 2 рази швидше, порівняно із клітинами, вирощеними у середовищі із концентрацією H2S 80 мг/л. Але в обидвох випадках бактерії окиснювали сірководень швидше, ніж це відбувається за участю кисню повітря.

Як проміжний продукт окиснення сірководню представники родини Chromatiaceae нагромаджують глобули елементної сірки в клітинах. Досліджувані штами пурпурових сіркових бактерій нагромаджують різну кількість сірки всередині клітин. Найбільше сірки (13 мг/г клітин) нагромаджувала культура Thiocystis sp. Ya2006. Максимальне нагромадження сірки - 13 - 14 мг/г клітин - спостерігали за концентрації сульфіду натрію в середовищі 1 - 4 мМ.

Швидкій утилізації сульфіду сприяє вирощування культури за інтенсивності освітлення 1000 лк. За таких умов протягом двох діб культивування бактерії використовують понад 80 % сірководню. Недостатнє або надмірне освітлення (40 лк, 2000 лк) супроводжується суттєвим сповільненням утилізації сірководню та зменшенням кількості сірки в клітинах.

Максимальне нагромадження сірки в клітинах Thiocystis sp. Ya2006 (13 мг/г клітин) спостерігається на 6 добу культивування. На цей час сірководень із середовища вже повністю використовується клітинами, що супроводжується переходом культури в стаціонарну фазу росту. При сповільненні темпів росту вміст сірки в клітинах понижується, що пов'язане з початком її використання як донора електронів у процесі аноксигенного фотосинтезу.

Размещено на http://www.allbest.ru/

На початку формування глобул сірки - за наявності сірководню в середовищі - вони оточені добре сформованою білковою мембраною. Використання H2S середовища стимулює використання внутрішньоклітинної сірки як "нового" донора електронів. При цьому мембрана, що оточує гранули, руйнується, і сірка вивільняється в цитоплазматичний простір (рис. 10). Із звільненою від мембрани сіркою взаємодіють фото-синтетичні везикули, що, очевидно, сприяє інтенсивнішому ви-користанню сірки як донора електронів в процесі фотосинтезу.

Виділені нами пурпурові сіркові бактерії виявляють підвищену стійкість до сірководню у середовищі та активно використовують його у процесі аноксигенного фотосинтезу. Інтенсивність освітлення та концентрація сірководню в середовищі є тими факторами, які регулюють процес аноксигенного фотосинтезу та нагромадження сірки в клітинах бактерій.

Рис. 10. Ультраструктура клітин Thiocystis sp. Ya2006, вирощених у середовищі із сірководнем. А - клітини з експоненціальної фази росту; Б - стаціонарної фази росту. 1 - гранула, оточена білковою мембраною; 2 - гранула сірки із зруйнованою білковою оболонкою; 3 - фотосинтетичні везикули: х 9000 (А), x 5000 (Б).

ОПТИМІЗАЦІЯ СКЛАДУ СЕРЕДОВИЩ ТА УМОВ КУЛЬТИВУВАННЯ ФОТОСИНТЕЗУВАЛЬНИХ ПУРПУРОВИХ СІРКОБАКТЕРІЙ

З часу відкриття пурпурових сіркових бактерій минуло 170 років [Pfennig N., 1992], але підвищений інтерес до цих мікроорганізмів спостерігається лише в останні 10 - 20 років, що пов'язане з можливістю їх використання у різних процесах, в тому числі і для біоремедіації середовищ, забруднених сполуками сірки. Труднощі, з якими зустрічаються дослідники при вивченні пурпурових сіркобактерій, обумовлені, в першу чергу, їх повільним ростом, що, очевидно, є наслідком використання недосконалих поживних середовищ.

Для вивчення впливу складу середовища на ріст і нагромадження пігментів пурпурові сіркові бактерії Thiocystis sp. Ya2006 і Chromatium sp. Ya2006-1 ми, як і інші дослідники, культивували у середовищах різного мінерального складу. Вирощені за таких умов бактерії нагромаджували низьку біомасу, яка не перевищувала 1,7 г/л.

Для з'ясування оптимальних умов для культивування Thiocystis sp. Ya2006 ми провели багатофакторний аналіз із використанням методу крутого сходження. Для оптимізації було вибрано шість параметрів та використано схему дробного факторного експерименту [Максимов В.Н., 1969].

Суттєвий вплив на ріст культури за досить високої концентрації сірководню у середовищі АТСС № 1449, згідно отриманих результатів моделювання, мають ацетат натрію та освітленість. Теоретично прогнозований урожай бактерій на модифікованому середовищі (табл. 2), згідно отриманого в результаті моделювання рівняння, - 6,4 г/л.

У природних екосистемах концентрація органічних речовин суттєво нижча, крім того, саме здатність до фотолітоавтотрофного росту забезпечує домінування досліджуваних бактерій у водних мікробіоценозах. Тому, для розуміння моделі розвитку пурпурових сіркобактерій у водоймах та виявлення факторів, що лімітують їх ріст, було проведено оптимізацію умов культивування на основі середовища Пфенніга із строго визначеною кількістю ацетату. Було проведено повну оптимізацію цього середовища та запропоновано відповідні умови культивування Thiocystis sp. Ya2006 (табл. 3). Згідно отриманого коефіцієнта регресії ro на модифікованому середовищі Пфенніга можна отримати 3,7 г/л клітин.

Таблиця 2 Склад середовища та умови культивування Thiocystis sp. Ya2006 на середовищі АТСС №1449

Фактор	Оптимізоване середовище	Неоптимізоване середовище
NH4Cl	0,4 г/л	0,4 г/л
MgSO4·7Н2О	0,33 г/л	0,2 г/л
KH2PO4	0,6 /0,4 г/л	0,5 г/л
CaCl2·2H2O	0,05 г/л	0,05 г/л
CH3COONa	2,35 г/л	0,5 г/л
NaHCO3	2 г/л	2 г/л
Na2S	0,234 г/л	0,163 г/л
Освітлення	500 / 860 лк	-
Температура	33єС	-
рН	7,5	7,5 - 8
Кількість інокуляту	0,5 г/л	-
вітамін В12	+	-
мікроелементи	+	+

Таблиця 3 Склад середовища та умови культивування Thiocystis sp. Ya2006 на середовищі Пфенніга

Фактор	Оптимізоване середовище	Неоптимізоване середовище
NH4Cl	0,34 г/л	0,34 г/л
MgSO4·7Н2О	0,65 г/л	0,5 г/л
КСl	0,34 г/л	0,34 г/л
KH2PO4	0,34 г/л	0,34 г/л
CaCl2·2H2O	0,25 г/л	0,25 г/л
CH3COONa	1 г/л	1 г/л
NaHCO3	1,5 г/л	1,5 г/л
Na2S	0,130 г/л	0,163 г/л
Освітлення	800 лк	-
Температура	33 єС	-
рН	7,5	7,5 - 8
Кількість інокуляту	0,5 г/л	-
вітамін В12	+	-
мікроелементи	+	+

Експериментальні дослідження показали, що визначений в результаті застосування багатофакторного аналізу склад середовищ забезпечує значно кращі умови культивування для пурпурових сіркобактерій Thiocystis sp. Ya2006. Як результат суттєво збільшується біомаса клітин, її рівень був у три рази більший, ніж на неоптимізованому середовищі (рис. 11). Зростання біомаси і скорочення часу культивування супроводжується більш швидкими темпами використання сірководню із середовища.

ВИСНОВКИ

В дисертації досліджено морфо-фізіологічні та біохімічні властивості пурпурових сіркових бактерій родів Chromatium і Thiocystis, що виділені з водойм, які виникли на місці сірковидобувних кар'єрів і сильно забруднені сірководнем. З'ясовано значення цих бактерій у детоксикації сірководню, вміст якого у водоймах значно перевищує гранично допустимі концентрації. Бактерії відіграють важливу роль у детоксикації сірководню в досліджуваних водоймах.

1. З води озера "Яворівське" виділено пурпурові сіркові бактерії родів Thiocystis і Chromatium, які здатні використовувати як донор електронів в процесі фотосинтезу сірководень. Бактерії ефективно знешкоджують сірководень, перетворюючи його до сірки, яка нагромаджується в клітинах.

2. Бактерії, ізольовані з озера "Яворівське", ростуть тільки на світлі за наявності сірки та її відновлених сполук (сірководню, тіосульфату) і вуглекислоти в середовищі. Сірководень виявився найкращим донором електронів. Тіосульфат і сірка були менш ефективні. Концентрація сульфіду натрію, яка забезпечує оптимальний ріст виділених бактерій, знаходиться в межах 2 - 5 мМ. Більш високі концентрації Na2S інгібують ріст бактерій і викликають їх автоліз.

3. Більшість органічних сполук (моно- і дисахариди, органічні кислоти і спирти) не забезпечують ріст бактерій. Лише ацетат і піруват за наявності в середовищі сірководню і бікарбонату натрію використовуються бактеріями як додаткові джерела вуглецю.

4. Оптимальний ріст бактерій спостерігається за інтенсивності освітлення 500 - 700 лк. Більш висока або низька інтенсивність освітлення сповільнює ріст бактерій. Максимальну біомасу бактерії нагромаджують за температури 33 - 35 єС, рН 6,5 - 8,0, концентрації NaCl - 0,5 - 1 %. Бактерії використовують амінний та аміачний азот.

5. В клітинах виділених бактерій виявлено пігменти каротиноїдної природи (пролікопен, родопін, родовібрин, спірилоксантин) та бактеріохлорофіл а. Їх синтез в клітинах Thiocystis sp. Ya2006 регулюється інтенсивністю освітлення, концентраціями сірководню та кисню в середовищі.

6. Високі концентрації сульфіду натрію (більше 15 мМ) викликають зміни у розподілі внутрішніх цитоплазматичних везикул, їх руйнування і автоліз клітин Thiocystis sp. Ya2006. Низький рівень освітлення сприяє збільшенню кількості внутрішньоцитоплазматичних везикул.

7. Встановлено, що при рості на середовищі з сірководнем у клітинах бактерій нагромаджуються гранули сірки. Найбільш інтенсивно вони утворюються в клітинах Thiocystis sp. Ya2006 за концентрації сульфіду натрію в середовищі 2 - 5 мМ і освітлення 700 - 1500 лк. Найкраще процес утилізації сірководню відбувається за його концентрації 200 мг/л і освітленості 1000 лк.

8. Використовуючи метод багатофакторного аналізу, розроблено склад поживного середовища та умови культивування пурпурових сіркових бактерій Thiocystis sp. Ya2006, які дозволяють збільшити вихід біомаси у 3,5 рази і провести повну детоксикацію середовища, що містить 200 мг/л сірководню, протягом трьох діб.

СПИСОК РОБІТ, ОПУБЛІКОВАНИХ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Павлова Ю.О. Ріст пурпурових сіркових бактерій Thiocapsa sp. і Lamprocystis sp. в залежності від природи та інтенсивності освітлення / Ю.О. Павлова, С.П. Гудзь, А.М. Федорович // Науковий Вісник Ужгородського університету, Серія Біологія. - 2007. - № 21 - С. 199 - 203. (Аналіз та узагальнення експериментальних даних, проведення мікробіологічних досліджень, інтерпретація досліджень, участь у написанні статті).

2. Павлова Ю.О. Пігменти Thiocystis sp. за умов фотолітоавтотрофного та фотолітогетеротрофного росту / Ю.О. Павлова, С.П. Гудзь, С.О. Гнатуш, А.М. Федорович // Вісник Львів. ун-ту. Серія біологічна. - 2007. - Вип. 45. - С. 169 - 174. (Узагальнення літературних даних, проведення експериментальної роботи, написання статті)

3. Павлова Ю.О. Структурно-функціональні зміни в клітинах Тhiocystis sp. спричинені сірководнем і освітленістю / Ю.О. Павлова, С.П. Гудзь, С.О. Гнатуш, О.Р. Кулачковський // Агроекологічний журнал. - 2008. - №1. - С. 84 - 89. (Проведення експериментальної роботи, аналіз та узагальнення літературних джерел, аналіз результатів, підготовка статті до друку).

4. Павлова Ю.О. Оптимізація умов культивування пурпурових сіркових бактерій родини Chromatiaceae / Ю.О. Павлова, С.П. Гудзь // Міжнародна наукова конференція "Мікробні біотехнології". - Одеса, 11 - 15 вересня 2006 р. - С. 202.

5. Павлова Ю.О. Утилізація сірководню пурпуровими сірковими бактеріями / Ю.О. Павлова, С.П. Гудзь // IX Всеукраїнська наукова конференція студентів, магістрантів і аспірантів. - Одеса, 11 - 12 травня 2007 р. - С. 219.

6. Pavlova J. Morfo-fisiological properties of new photosynthetic purple sulphur bacteria / J. Pavlova, S. Gudz, A. Fedorovych // International Young scientists conference "Biodivesity. Ecology. Adaptation. Evolution". - Odesa, 15 - 18 May, 2007. - P. 162.

7. Pavlova J. Pigments of purple sulphur bacteria from Yavoriv sulphur mine / J. Pavlova, S. Gudz, A. Fedorovych // Young scientists' and students' international conference "Modern problems of Microbiology and Biotechnology". - Odesa, 28 - 31 May, 2007. - P. 69.

8. Павлова Ю.О. Пурпурові сіркові бактерії з водойм Яворівського сіркового родовища / Ю.О. Павлова, С.П. Гудзь, А.М. Федорович, О.Р. Кулачковський // Третя Міжнародна конференція студентів та аспірантів «Молодь і поступ біології». - Львів, ЛНУ імені Івана Франка, 23 - 27 квітня 2007 р. - С. 357.

9. Pavlova J.O. Investіgatіon of new purple sulfur bacterіa from Yavoriv sulfur mine / J.O. Pavlova, S.P. Gudz // Power of microbes in industry and Environment. - Zadar, Croatia, 19 - 22 September 2007. - P. 126.

10. Павлова Ю.А. Новые пурпурные серные бактерии из искуственых водоемов серных месторождений Прикарпатья / Ю.A. Павлова, С.П. Гудзь // 11-я Пущинская международная школа-конференция молодых ученых. - Пущино, 29 октября - 2 ноября 2007 г. - С.41 - 42.

11. Павлова Ю.О. Морфо-фізіологічні зміни в клітинах Thiocystis sp. під впливом сірководню та світла / Ю.О. Павлова, С.П. Гудзь // ІІ Міжнародна конференція "Біологія: від молекули до біосфери". - Харків, 19-21 листопада 2007 р. - С. 387 - 388.

12. Павлова Ю.О. Утворення сірки в клітинах Thiocystis sp. на середовищі з гідроген сульфідом / Ю.О. Павлова, С.П. Гудзь // Четверта Міжнародна конференція студентів та аспірантів «Молодь і поступ біології». - Львів, ЛНУ імені Івана Франка, 7 - 10 квітня 2008 р. - С. 330.

13. Павлова Ю. Оптимізація умов росту і детоксикації гідроген сульфіду Тhiocystis sp. / Ю. Павлова, О. Пащак, О. Дубас, С. Гудзь // Четверта Міжнародна конференція студентів та аспірантів «Молодь і поступ біології». - Львів, ЛНУ імені Івана Франка, 7 - 10 квітня 2008 р. - С. 330 - 331.

АНОТАЦІЯ

Павлова Ю.О. Морфо-фізіологічні властивості бактерій родів Chromatium і Thiocystis, виділених з водойм збагачених сірководнем. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за спеціальністю 03.00.07. - мікробіологія. - Інститут мікробіології і вірусології ім. Д.К. Заболотного НАН України, Київ, 2008.

Дисертація присвячена вивченню морфо-фізіологічних та біохімічних властивостей фотосинтезувальних пурпурових сіркових бактерій родів Thiocystis і Chromatium, використання ними сірководню у процесі аноксигенного фотосинтезу та чинників, що впливають на цей процес, оптимізації умов культивування і детоксикації H2S цими бактеріями.

У результаті проведеної роботи виділено чисті культури пурпурових сіркових бактерій, які ідентифіковані до родів Thiocystis та Chromatium. Встановлено оптимальні умови для росту виділених бактерій. Досліджено якісний і кількісний пігментний склад Thiocystis sp. Ya2006, Chromatium sp. Ya2006-1, Chromatium sp. Ya2006-2.

Виділені штами стійкі до підвищених концентрацій сірководню в середовищі. Найкраще процес утилізації сірководню відбувається за його концентрації 200 мг/л і освітленості 1000 лк. На основі багатофакторного аналізу розроблено склад поживного середовища, яке дозволяє суттєво збільшити вихід біомаси Thiocystis sp. Ya2006 та пришвидшити детоксикацію сірководню.

Ключові слова: сіркове родовище, пурпурові сіркові бактерії, аноксигенний фотосинтез, сірководень, сірка.

Павлова Ю.А. Морфо-физиологические свойства бактерий родов Thiocystis и Chromatium, изолированных из водоемов обогащенных сероводородом. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата биологических наук по специальности 03.00.07. - микробиология. - Институт микробиологии и вирусологии им. Д.К. Заболотного НАН Украины, Киев, 2008.

Диссертация посвящена изучению морфо-физиологических и биохимических свойств фотосинтезирующих пурпурных серобактерий родов Thiocystis и Chromatium, использования ими сероводорода в процессе аноксигенного фотосинтеза и факторов, влияющих на рост и утилизацию H2S исследуемыми бактериями.

В результате проведенной работы выделены чистые культуры фотосинтезирующих пурпурных серобактерий, которые используют сероводород как донор электронов в процессе аноксигенного фотосинтеза и накапливают в клетках серу. Выделенные бактерии идентифицированы как Thiocystis sp. Ya2006, Chromatium sp. Ya2006-1, Chromatium sp. Ya2006-2. Показано, что ультраструктура клеток изменяется в зависимости от условий освещения. Высокая интенсивность освещения способствовала накоплению в клетках гранул серы, низкая интенсивность освещения - развитию везикул фотосинтетического аппарата, что сопровождалось накоплению гранул неизвестной природы. Установлены оптимальные условия для роста бактерий - интенсивность освещения 500 - 700 лк, температура 33 - 35 єС, рН 6,5 - 8,0, концентрации NaCl - 0,5-1 %. Бактерии используют аминный и аммиачный азот, на среде с сероводородом и гидрокарбоната натрия способны усваивать ацетат и пируват.

Исследован пигментный состав выделенных культур. В клетках бактерий обнаружены бактериохлорофил а и каротиноиды спириллоксантиновой серии - ликопин, родопин, родовибрин, спириллоксантин. Качественный и количественный состав пигментов в клетках регулируется интенсивностью освещения, концентрацией сероводорода и уровнем кислорода в среде.

Выделенные бактерии устойчивые к высоким концентрациям сероводорода в среде. В присутствии клеток бактерий окисление H2S протекает в два раза быстрее, чем это происходит при взаимодействии его с кислородом воздуха. Лучше всего процесс утилизации сероводорода происходит при его концентрации 200 мг/л и освещенности 1000 лк. Ингибирующие рост концентрации сероводорода вызывают изменения в ультраструктуре клеток Thiocystis sp. Ya2006 и их лизис.

Выделенные нами пурпурные серобактерии, как промежуточный продукт окисления сероводорода, накопляют внутри клеток серу. После использования сероводорода среды, гранулы серы в клетках освобождаются от белковой оболочки, и сера используется в процессе аноксигенного фотосинтеза как донор электронов. Количество накопленной в клетках бактерий серы зависит от концентрации сероводорода в среде. Максимальное количество серы в клетках (13 - 14 мг/г клеток) наблюдали при концентрации сульфида в среде 1 - 4 мМ и освещения 700 лк.

На основание многофакторного анализа разработан состав питательной среды, который позволяет увеличить выход биомассы Thiocystis sp. Ya2006 в 3,5 раза и провести полную детоксикацию среды, содержащей 200 мг/л сероводорода, на протяжении трех суток.

Выделенные пурпурные серные бактерии следует рассматривать как перспективные микроорганизмы для создания искусственных микробоценозов для очистки загрязненных сероводородом водоемов. Бактерии представляют также интерес и для биогеотехнологического получения серы на основе сероводорода.

Ключевые слова: месторождение серы, пурпурные серобактерии, аноксигенный фотосинтез, сероводород, сера.

Pavlova Iu.O. Morphophysiological properties of purple sulfur bacteria genus Thiocystis and Chromatium isolated from reservoirs that are enriched with hydrogen sulfide. - the Manuscript.

The PhD degree thesis by speciality 03.00.07. - Microbiology. - Zabolotny Institute of Microbiology and Virology of National academy of Sciences of Ukraine, Kiev, 2008.

The thesis is devoted to study of purple sulfur bacteria genus Thiocystis and Chromatium, their morphophysiological and biochemical properties, their ability to use hydrogen sulfide in process of anoxygenic photosynthesis, optimization of cultivation conditions and H2S utilization by purple sulfur bacteria.

The pure cultures of purple sulfur bacteria were isolated. Isolated strains were identified to genus Thiocystis and Chromatium. Optimal conditions for bacteria growth were established. The qualitative and quantitative pigment compositions of isolated strains were investigated. The main factors that have an influence on pigment composition were established.

It is established that isolated strains are resisting to high concentration of hydrogen sulfide in the medium. The most effective process of hydrogen sulfide utilization occurred at concentration of 200 mg/l and light intensity 1000 lx. On the basis of the multifactorial analysis the nutrient medium was created. This medium has allowed to increase an output of Thiocystis sp. Ya2006 biomass and to accelerate hydrogen sulfide detoxication.

Key words: sulfur mine, purple sulfur bacteria, anoxygenic photosynthesis, hydrogen sulfide, sulfur.

Размещено на Allbest.ru