Изучение особенностей метаболизма психротрофных микроорганизмов-нефтедеструкторов родов Rhodococcus и Pseudomonas при росте на углеводородных субстратах в условиях низких положительных температур

Выявлены особенности метаболизма психротрофных микроорганизмов-нефтедеструкторов Rhodococcus erythropolis X5 и Pseudomonas putida BS3701(pBS1141)(pBS1142) при росте на углеводородных субстратах при двух температурах (+24°С и +6°С). Показано значительное увеличение лаг-фазы в 8 - 10 раз при росте культур на 6°С по сравнению с 24°С, при этом максимальная удельная скорость роста снижается менее, чем в три раза. Путём предварительного культивирования подготовлены адаптированные к низким температурам культуры. Скорости роста таких культур остались на прежнем уровне, но длительность лаг-фаз сократилась в два раза. Это говорит о том, что при переносе культуры в стрессовые условия изменения метаболизма, происходящие в течение длительной лаг-фазы, позволяют полноценно подготовить клетку для новых условий роста. Таким образом, впервые показано, что адаптированные в течение длительного времени микроорганизмы не имеют существенных физиологических отличий от культуры, в которой адаптация происходит в течение лаг-фазы при резком переносе из оптимальных условий в стрессовые. Впервые показано, что качественный состав биоПАВ штамма R. erythropolis X5 не зависит ни от субстрата, ни от температуры роста. Степень деструкции гексадекана и эйкозана штаммом R. erythropolis X5 за 28 суток в моносубстратных системах составила, соответственно, 89% и 31% при 24°С и 28% и 17% при 6°С. При пониженной температуре степень деградации гексадекана снижается сильнее, чем эйкозана, что может быть связано с его переходом в твёрдое агрегатное состояние. При росте на смеси этих углеводородов эффективность деградации каждого компонента оставалась на таком же уровне. Внесение предварительно выделенных биоПАВ не оказало никакого эффекта на степень деструкции. Вероятно, собственный минимальный уровень синтеза биоПАВ микроорганизмами является достаточным для деградации углеводородов. Методом электронной микроскопии показано наличие внутриклеточных включений у штамма R. erythropolis X5 при росте на гексадекане как при 24°С, так и при 6°С. С использованием оригинальной методики подготовки биомассы проведён химический анализ внутриклеточного содержания углеводородов, составившего для гексадекана менее 1%, эйкозана - менее 0,1% от массы клетки. Таким образом, углеводороды не могут быть основным компонентом обнаруженных включений. Корреляции между внутриклеточным содержанием и степенью деструкции субстрата не наблюдается, поэтому внутриклеточное поступление субстрата, независимо от его механизма, не играет существенной роли в потреблении углеводородов как при нормальной, так и при низкой температурах. Можно предположить, что первичное окисление углеводородов у R. erythropolis X5 происходит в околоклеточном пространстве при прямом контакте клетки с субстратом. Возможность такого контакта зависит от доступности субстрата, но при этом его эмульгирование с помощью биоПАВ не играет существенной роли. Скорее всего, значительно большую роль играет гидрофобность поверхности клетки. Предложенный механизм не зависит от температуры культивирования. В целом механизмы деструкции углеводородов у исследованных штаммов сохраняют высокую эффективность в условиях низких температур, а замедление деградации в большей степени связано с общим замедлением метаболизма. Повышения эффективности деградации можно добиться, стимулируя общий рост бактерий, например, внесением универсальных удобрений.