WordPress WooCommerce Themes
Пошук
Про інститут Документи

Посилення рекультиваційних дій Spirulina platensis за допомогою біосурфактантів для очищення стічних вод

Забруднення водних систем важкими металами є нагальною проблемою для багатьох країн. Стічні води є основним шляхом забруднення річок та водних систем важкими металами. Очищення стічних вод є дорогим і не завжди екологічно чистим. Саме тому альтернативні методи очищення води, засновані на використанні нешкідливих біологічних об’єктів, є дуже актуальними. Ця робота зосереджена на рамках нового підходу до очищення води, забрудненої свинцем та міддю, шляхом використання комбінованої дії екологічного потенціалу водорості Spirulina platensis та хелатуючого агента – біосурфактанта. Для роботи було обрано концентрацію металів – 100 ppm. З серії випробувань видно, що адсорбція іонів Cu2+ та Pb2+ біомасою спіруліни покращується та прискорюється завдяки використанню екологічно чистих біосурфактантів – рамноліпідів та ліпіду трегалози. Зокрема, процес видалення металів із забрудненої води прискорюється на 24 години, що буде враховано при створенні стратегії швидкого реагування технології очищення стічних вод. Рамноліпід1 посилює поглинання міді спіруліною платенсіс приблизно на 42%, Рамноліпід2 – на 68%, а трегалози – на 73%. Ці результати є більш важливими порівняно з відомим хелатуючим агентом важких металів – ЕДТА, який є токсичним для навколишнього середовища. Отримані експериментальні дані дозволять забезпечити недорогий та екологічно чистий підхід до очищення стічних вод від іонів свинцю та міді.
Основні моменти статті
  • Спіруліна платенсіс як екологічно чистий ремедіатор для очищення води;
  • Спіруліна платенсіс поглинає іони Cu2+ та Pb2+ зі стічних вод;
  • Біоповерхнево-активні речовини — підсилювач динаміки поглинання важких металів спіруліною.

Вступ

Сьогодні забруднення наземних та надводних екосистем важкими металами стало глобальною екологічною проблемою. Грубе порушення природної екологічної рівноваги та стану екосистем – ґрунтових та поверхневих вод – призводить до незворотної реакції, що відображається на здоров’ї місцевого населення (Briffa et al. 2020). Джерелами забруднення води є міські, сільськогосподарські та промислові стічні води. Важкі метали потрапляють в екосистеми внаслідок тривалої експлуатації рудних родовищ. Це створює серйозні проблеми з охороною навколишнього середовища (Tumanyan et al. 2020). Надлишок важких металів має токсичний вплив на здоров’я людей. Це часто є причиною психічних розладів у дітей (Jaishankaret al. 2014). Надлишок міді викликає фізіологічні та протеомні зміни у рослин (Ahsan et al. 2006). В організмі людини мідь накопичується в печінці, що призводить до печінкової недостатності та порушень обміну речовин – хвороби Вільсона. Це викликає пігментацію шкіри, низький рівень енергії та хронічну втому. Величезна кількість міді, а також свинцю, викликає найважчі ускладнення нервової системи людини (Thomson 2006; Zischka 2014).Останнім часом пріоритетним завданням є впровадження технологій, що характеризуються низькими витратами та ефективністю проти широкого спектру забруднювачів (Verma and Suthar 2015; Kurniawan et al. 2006). Біоремедіація – це гнучка технологія, заснована на унікальній здатності організмів очищати будь-яке забруднене середовище. Перевагами є технологічна доцільність, низькі витрати, мінімальна кількість опадів та конкурентоспроможні показники (Kurashvili et al. 2018; Prasad 2003).З початку 2000-х років дослідники з багатьох країн займалися очищенням стічних вод від важких металів за допомогою різних водоростей (Daud et al.2018; Lin et al.2020; Romera et al.2007; Sekomo et al.2012; Verma and Suthar 2015; Zeraatkar et al.2016), бактерій та грибів (Chaturvedi et al.2015; Kim et al.2015). Штами Enterobacter cloacae можуть поглинати майже 0,03% міді із забрудненої території. Micrococcus luteus DE2008 вважається мікроорганізмом, здатним регенерувати свинець (сорбція 0,7%) та мідь (сорбція 0,5%) із забрудненого середовища (Puyenet al.2012). За даними Всесвітньої організації охорони здоров’я, свинець є кумулятивним токсикантом, який впливає на численні системи організму та шкідливий для маленьких дітей. Свинець в організмі поширюється на мозок, печінку, нирки та кістки. Він зберігається в зубах і кістках, де накопичується (ВООЗ, 2019).Ціанобактерії є найбільш придатними біосорбентами та біоакумуляторами завдяки їх широкому поширенню та гнучкому метаболізму. Вони є найкращими детоксикаторами (Cepoi et al., 2016). Arthrospira platensis добре росте як у солоній воді, так і в лужному середовищі (Kumar et al., 2020). Спіруліна добре відома своєю корисністю для здоров’я людини протягом тривалого часу, оскільки вона вивільняє важкі метали з печінки, шлунково-кишкового тракту та репродуктивної системи (Bhattacharya, 2020).Протягом останніх 10 років багато досліджень показали, що спіруліна очищає воду, забруднену хімічними забруднювачами. Нещодавнє дослідження в річці (Ямуна) уточнює здатність водоростей видаляти важкі метали (Cu, Cd, Ni, Cr, Pb) з води (Kumar et al., 2020). Важкі метали впливають на продукцію біомаси спіруліни. Мідь впливає на мікроорганізми. Він порушує клітинні функції та пригнічує активність ферментів (Dixit et al. 2015; Nagajyoti et al. 2010; Salem et al. 2000).На основі експериментів, проведених у Грузинському аграрному університеті, спіруліна продемонструвала стійкість до забруднюючих речовин, тоді як важкі метали не впливали на її біомасу та вироблення хлорофілу. Arthrospira platensis продемонструвала високу ефективність в очищенні води, забрудненої міддю. Фізіологічні параметри спіруліни під впливом міді на водорості вивчалися при концентрації іонів Cu2+ 100 ppm, що пригнічувало кумуляцію біомаси на 15% та знижувало вміст хлорофілу на 30% (Tabagari et al. 2020). Зі свинцем він денатурує нуклеїнові кислоти та білки, пригнічує активність ферментів та транскрипцію (Fashola et al. 2016; Nagajyoti et al. 2010). Ми провели експерименти для дослідження фізіологічних властивостей спіруліни в середовищі, забрудненому міддю та свинцем. Згідно з експериментальними результатами, згадані важкі метали при застосуванні 100 ppm не змінили фізіологічних параметрів Arthrospira platensis.Наша мета — втрутитися для покращення біосорбції важких металів спіруліною за менший час. Дослідження, яке ми представили, є новим і ніколи раніше не досліджувалося.Спостерігати за впливом хелаторів на здатність спіруліни ми почали з ЕДТА як класичного хелатора. Ми визначили кількість поглинених важких металів за допомогою атомно-абсорбційної спектроскопії. В результаті, додавання ЕДТА до середовища, забрудненого міддю, збільшило поглинальну здатність Arthrospira platensis, а зі свинцем, навпаки, зменшило її.Маючи результати дослідження ЕДТА, ми продовжили наші дослідження біосурфактантів. Ці сполуки вважаються «зеленим» продуктом з відновлюваних ресурсів (Elis acirc ngela et al. 2015). Комплекси важких металів з ЕДТА набагато стійкіші та не біорозкладні (Grčman et al. 2001).Поверхнево-активні речовини – це амфіфільні молекули, здатні знижувати поверхневий натяг між двома незмішуваними фазами (AguirreRamirez et al. 2021; Otzen 2017). Багато бактерій створюють біосурфактанти під час вирощування на водних субстратах. Бісурфактанти є ефективними за екстремальних температур, pH та солоності (Kumar and Das, 2018). Здатність біосурфактантів збільшувати проникність клітинних мембран допомагає покращити різні біологічно активні препарати (Lubenets et al. 2013). Здебільшого біосурфактанти є гліколіпідами. Мікробні гліколіпіди поділяються на чотири основні групи: рамноліпіди, трегалозні ліпіди, софороліпіди та манозилеритритольні ліпіди. Щоб краще зрозуміти вплив біосурфактантів, ми дослідили три види біосурфактантів: рамноліпід 1 (RL1) та рамноліпід (RL2), а також трегалозний ліпід (TRL). Як випливає з назви, рамноліпіди містять одиницю або одиниці рамнози, пов’язані з одиницею або одиницями 3-гідроксильної жирної кислоти через β-глікозидний зв’язок. Рамноліпіди бувають моно- та ди-рамноліпідами, залежно від кількості одиниць рамнози в молекулі (Tiso et al. 2017). Трегалозні ліпіди та рамноліпіди можуть пришвидшувати виробництво біомаси (Koretska et al. 2020), тому ми висуваємо гіпотезу, що завдяки цій здатності кількість поглиненого металу збільшиться після їх додавання. Ця здатність рамноліпідів та трегалозоліпідів надихнула нас на підвищення здатності спіруліни поглинати іони міді. Ми оцінили наслідки, і всі три біосурфактанти мали різний вплив на здатність Arthrospira platensis. В результаті, TRL працював найкраще. Зокрема, він збільшив максимальну кількість поглинутих іонів міді на 73%, RL2 – на 68%, а RL1 – на 42%.На основі цих даних у майбутньому можна застосовувати модельні випробування технології у воді, забрудненій міддю.

Матеріали та методи

Вплив іонів Cu2+ та Pb2+ на формування біомаси та хлорофілу спіруліни

Біомасу Spirulina platensis отримали шляхом культивування у стандартному середовищі Заррука (pH–8,7; вміст у г/л: NaHCO3 – 16,8, K2HPO4 – 0,5, NaNO3 – 2,5, K2SO4 – 1,0, NaCl – 1,0, MgSO4·7H2O – 0,2, CaCl2·2H2O – 0,04, FeSO4·7H2O – 0,01, EDTA – 0,08; та набір мікроелементів A5 – 1 мл). Інкубацію проводили за постійного барботажу повітря (швидкість потоку повітря 2 л/хв), за температури 25 °C та за таких умов освітлення: фотоперіод освітлення 16L/8D (16 год світла: 8 год темряви), загальна густина потоку фотосинтетичних фотонів (PPFD) » 15 мкмоль м−2 с−1. З багатьох експериментів з вибору максимальної концентрації металів, за якої не відбувається суттєвих змін фізіологічно важливих параметрів спіруліни, формування біомаси та вироблення хлорофілу, було обрано концентрацію 100 ppm іонів металів (100 ppm відповідно до 100 мг/л іонів металів). Представлені дослідження проводилися при концентраціях 100 ppm для обох металів – міді та свинцю. Експерименти проводилися у скляних резервуарах (об’ємом 20 л). Для культивування спіруліни в середовищі, що містить Cu2+, було обрано CuSO4, а як середовище, що містить Pb2+, – Pb (NO3)2. Для вимірювання впливу на біомасу в початковий момент біомаса Arthrospira platensis становила 10 г/л, а іншими оптимальними умовами були температура культивування – 25 °C; денне освітлення; тривалість інкубації – 120 год. Що стосується впливу на форму хлорофілу при забрудненні води важкими металами, то в контрольному зразку (без забруднення) хлорофіл становив 8 мг/г свіжої біомаси спіруліни.Для вимірювання продуктивності свіжої біомаси та утворення хлорофілу спіруліною було розроблено наступний метод: інкубаційне середовище центрифугували при 1000 g протягом 20 хвилин, а отриманий осад зважували. Отриману свіжу біомасу обробляли ацетоном, і вміст хлорофілу визначали спектрофотометрично при 652 нм згідно зі стандартним методом (Arnon 1949). Біомасу Arthrospira platensis в інкубаційному середовищі вимірювали спектрофотометрично при 750 нм (Butterwick et al. 1982). Вміст хлорофілу в початковому контрольному розчині становив 8 мг/г у свіжій біомасі спіруліни. Випробування на хлорофіл та біомасу проводили при 100 ppm для обох металів (свинцю та міді). Перший та другий зразки відбирали через 4 та 8 годин у перший день, а інші – один раз на день у наступні дні.Щоб виключити кількість важких металів, які можуть переходити в осади, було проведено безпосереднє дослідження біомаси Spirulina platensis для вимірювання вмісту Cu2+ та Pb2+ методами атомної абсорбції. Дослідження проводилися на штучно забрудненій воді з концентрацією 100 ppm Pb2+ та 100 ppm Cu2+ відповідно. Проби відбирали кожні 4 години в перший день та один раз на день протягом наступних чотирьох днів. Контрольний зразок відбирали до забруднення води важкими металами. Біомаса спіруліни коливалася від 4,0 до 4,5 г/л. Дезінтеграцію проб проводили згідно з ГОСТ 30,178–1996 зольним методом (Caroli 2006; Interstandard 2013). Висушені на повітрі зразки зважували та поміщали у порцелянові банки. Після випалу зразків у муфельній печі при 550 °C протягом 2–3 годин до сухого залишку додавали кілька крапель концентрованої азотної кислоти та знову поміщали в муфель на 20–30 хвилин. Процедуру повторюють до тих пір, поки сухий залишок не пожовтіє, а частинки чорного вугілля не перестануть з’являтися. Потім до охолодженого зразка додають 5 мл хлоридної кислоти у співвідношенні 1/1. Розчин переносять у колбу об’ємом 25 мл та доливають дистильованою водою. Аналогічно готують нульовий розчин, використовуючи порожню кількість. Зразки аналізують за допомогою атомно-абсорбційного спектрофотометра Perkin Elmer A Analyst 200.

Додавання ЕДТА для визначення впливу здатності спіруліни на поглинання важких металів

Через хелатні властивості ЕДТА було корисно з’ясувати, як збільшити абсорбційну здатність Arthrospira platensis щодо важких металів. Таким чином, були проведені лабораторні аналізи спіруліни та ЕДТА, щоб порівняти кількість важких металів, що проникають у масу спіруліни протягом наступних 120 годин.Біомаса спіруліни становила 10 мг/л. Інкубацію проводили у скляному акваріумі розміром 50 × 20 × 25 (у см, довжина × ширина × висота) з постійним барботажем повітря (швидкість потоку повітря 2 л/хв), температурою 25 °C, з такими умовами освітлення: 24 л/0 D, PPFD 15 мкмоль·м−2·с−1. Ці експерименти проводили з важкими металами, міддю та свинцем, які досліджувалися. Зразок Arthrospira platensis був взятий з інкубаційної зони для тестування в 1-літрових колбах. Для штучного забруднення міддю та свинцем (100 ppm) додавали солі CuSO4 та Pb (NO3)2 відповідно. Було взято два контрольні зразки для перевірки вмісту металів у них. Контроль a0 (Arthrospira platensis) та зразок b0 (Spirulina platensis + EDTA). В інших зразках хелатуючий агент додавали двічі більше, ніж мідь та свинець відповідно. Відбір проб проводили протягом 4 годин, 1 раз протягом першого дня та в наступні дні, 1 раз на день, включаючи п’ятий день по 20 мл. Зразок центрифугували протягом 5 хвилин при 1000 g, щоб отримати 2 г біомаси спіруліни. Вміст свинцю та міді визначали методом атомної абсорбції в отриманій масі спіруліни.

Вплив біосурфактантів на поглинання важких металів (Cu2+ та Pb2+) спіруліною

Мікробний синтез біосурфактантів рамноліпідів було проведено з використанням штаму Pseudomonas sp. PS-17 (з колекції Відділу фізичної хімії викопного палива ІнФХК Національної академії наук України). Штам синтезує гомологічні позаклітинні рамноліпіди та позаклітинний біополімер, які утворюють поверхнево-активний комплекс з рамноліпідами (Семенюк та ін., 2020).Рамноліпіди, RL1 та RL2, містять один та два залишки рамнози відповідно, а також два залишки 1-β-гідроксидканової кислоти. RL та TRL, що містять рамноліпіди, визначали спектрофотометрично (UVmini–1240, Shimadzu, Японія) за допомогою орцинолового методу. Рамноліпіди виділяли екстракцією сумішшю Фольха (хлороформ–метанол 2:1), яку далі розділяли та аналізували за допомогою тонкошарової хроматографії (Лубенець та ін., 2013).Для з’ясування впливу біосурфактантів використовували два різних рамноліпіди: рамноліпід1 (моно-рамноліпід) та рамноліпід2 (ди-рамноліпід), а також ліпід трегалози. Біомасу спіруліни відбирали в однолітровій колбі для аналізу кожного біосурфактанта та важких металів. Для штучного забруднення міддю та свинцем використовували солі нітрату свинцю та сульфату міді відповідно. Аналіз проводили для трьох видів біосурфактантів у різних колбах. Кількість біосурфактантів додавали до 0,01% від загальної кількості розчину.Комбінацію аналітичних зразків розподіляли так: спіруліна+мідь+RL1; спіруліна+мідь+RL2; спіруліна + мідь + TRL; спіруліна + свинець + RL1; спіруліна + свинець + RL2; спіруліна + свинець + TRL. Аналітичні зразки відбирали через 4 год, 8 год, 24 год, 48 год, 72 год, 96 год та 120 год після нанесення біосурфактантів. Аналізи проводили методом атомної абсорбції. Обчислення результатів проводили в Microsoft Excel (версія 2019). Статистичні дані піддавали однофакторному дисперсійному аналізу. Представлені дані представляють середнє значення трьох повторностей ± стандартне відхилення. Статистичний аналіз проводили за допомогою дисперсійного аналізу (ANOVA).
Fig. 1 The influence of Cu2+ and Pb2+ ions on the formation of biomass of Spirulina platensis [p=0.038]. Spirulina biomass decreased by 20% in the copper contaminated incubation area as well as in the lead-contaminated area after 48 h
Fig. 2 The influence of Cu2+ and Pb2+ ions on the formation of Chlorophyll of Spirulina platensis [p=0.047]. Chlorophyll production was reduced by 25% in the copper-contaminated incubation area and in the lead-contaminated area after 72 h

Результати та обговорення

Результати впливу іонів Cu2+ та Pb2+ різної концентрації на формування біомаси та хлорофілу спіруліни

В результаті, спіруліна проявлятиме свої лікувальні властивості у воді з концентрацією забруднення 100 ppm. Як видно на рис. 1, мідь та свинець не можуть пригнічувати основний фізіологічний показник (біомасу) розвиненої Arthrospira platensis.Результати, показані на рис. 2, ілюструють, що важкі метали не є перешкодою для біологічного виробництва хлорофілу. У розчині міді з концентрацією 100 ppm утворення хлорофілу пригнічується лише на 25%. В результаті процес фотосинтезу триває, оскільки важкі метали (мідь та свинець) його не руйнують. Поглинання сонячної енергії та її перетворення на хімічну енергію органічних речовин триває. Як видно, суттєвих змін, що призводять до утворення хлорофілу, не відбувається.
Fig. 3 Heavy metals absorbed by Spirulina, by Atomic Absorption Spectrometer [p=0.035]. The maximum amount of Cu2+ ions absorbed by 1 g fresh biomass of Spirulina is 19 ppm in 72 h. With Pb2+ ions, the maximum absorption is 71 ppm in 72 h. The controls had a lead and copper content of 0
Fig. 4 Effect of EDTA on Cu2+ ions uptake by Spirulina platensis [p=0.033]. EDTA increased the amount of copper absorbed by Spirulina by 63%. The copper content in both controls were 0

Кількість металів, поглинутих водоростями, визначали за допомогою атомно-абсорбційної спектроскопії. Як показано на діаграмах, у контрольних зразках важкі метали, що присутні в чистій біомасі спіруліни, дорівнювали 0. В результаті проникнення свинцю в 3,5 рази вище, ніж міді. На рисунку 3 наведено дані для обох металів. Максимальне поглинання спостерігалося через 72 години протягом 5 днів.

Вплив ЕДТА на поглинання важких металів (Cu2+ та Pb2+) спіруліною протягом 120 годин

Після додавання ЕДТА результати показують, що здатність спіруліни поглинати обидва метали збільшується протягом перших 8 годин. Однак максимальна кількість поглиненого металу відрізняється для зразків міді та свинцю. У середовищі, забрудненому міддю, вона збільшилася на 63%. Натомість, при додаванні свинцю вона зменшилася на 10%. Таким чином, ЕДТА лише допомогла пришвидшити процес проникнення (рис. 4 та 5).

Fig. 5 Effect of EDTA on Pb2+ ions uptake by Spirulina platensis [p=0.045]. The maximum amount absorbed by Spirulina is 10% higher than by Spirulina in the consortium with EDTA. The lead content in both controls were 0
Fig. 6 Comparative analysis of biosurfactants RL1, RL2 and TRL on the absorption capacity of Cu2+ ions by Spirulina platensis [p=0.031]. RL1 increased the amount of copper absorbed by Spirulina by 42%. RL2 increased by 68%, and TRL by 73%. The copper content in controls were 0

Можна припустити, що хелатування міді з ЕДТА легше засвоюється спіруліною, ніж свинець. Ймовірно, той факт, що свинець трохи більше ніж у 3 рази важчий за мідь, відіграє важливу роль у цьому відношенні. Нам було цікаво, чи проявиться така ж тенденція в різниці між міддю та свинцем у випадку біосурфактантів.

Вплив біосурфактантів на здатність спіруліни очищати воду. Результати поглинання іонів Cu2+ та Pb2+ при комбінованій дії спіруліни та біосурфактантів.

Згідно з результатами, ліпіди Рамноліпід1, Рамноліпід2 та Трегалоза продемонстрували унікальні властивості в поєднанні зі спіруліною для обох металів (рис. 6 та 7). Як показано на порівняльних графіках, RL1 прискорив процес поглинання протягом перших 8 годин. RL2 змістив пік поглинання з 72 до 48 годин для забруднення свинцем. Але з міддю пік залишається протягом 72 годин. Однак максимальна кількість поглинутих металів була збільшена за рахунок міді, а не свинцю. Ліпід Трегалози показав кращі результати, ніж обидва рамноліпіди, в поглинанні важких металів Spirulina platensis, що буде враховано в процесі створення технології очищення стічних вод. Біоповерхнево-активні речовини активують лікувальні здібності спіруліни, зокрема, RL1 збільшив максимальну кількість поглинутих іонів Cu2+ на 42%, RL2 збільшив максимальну кількість поглинутих іонів Cu2+ на 68%, а TRL на 73%. Дія біоповерхнево-активних речовин є ще важливішою через їхню екологічність.

Fig. 7 Comparative analysis of biosurfactants RL1, RL2 and TRL on the absorption capacity of Pb2+ ions by Spirulina platensis [p=0.038]. The maximum amount of lead ions absorbed by Spirulina is 72%, Spirulina in consortium with RL1 – 14%, with RL2 – 22%, and with TRL – 38%. The lead content in controls were 0
У біоремедіації вчені вивчали різні методи покращення відновлювальних здібностей спіруліни. З цієї причини деякі додають вуглеводи, щоб збільшити кількість поглинених металів (Markou et al. 2015). Інші вивчали здатність сухої та сирої спіруліни до поглинання та виявили, що суха вода очищається краще, ніж сира (Al-Homaidan et al. 2014). Однак, збільшення, виявлене в обох дослідженнях, не перевищує 5%. Тим не менш, ми розглядали покращення поглинання важких металів водоростями за менший час. А кількість поглиненої міді збільшилася на 73% за допомогою ліпіду трегалози.Тут слід зазначити, що після досягнення максимальної концентрації металу в біомасі спіруліни через 72 години метал повертається в інкубаційне середовище. Це вимагає подальших досліджень. На цьому етапі можна лише припустити, що це може бути пов’язано з осмотичним градієнтом. Звичайно, таку поведінку Arthrospira platensis необхідно враховувати в методах очищення від металів. Вивільнення металу зі спіруліни в розчин після 72 годин інкубації відбувається менше в експериментах з ЕДТА.Переваги спіруліни полягають у тому, що вона може розмножуватися в солоному та навіть лужному середовищі, що є бар’єром для інших мікроорганізмів. Тим не менш, багато досліджень доводять здатність різних мікроорганізмів поглинати важкі метали та їхню очевидну здатність очищати воду. Однак, спіруліна є найдешевшим, найкориснішим та найбезпечнішим продуктом, оскільки її лікувальні властивості були досліджені багато століть тому.

Висновки

У цій статті пояснюється роль біосурфактантів у посиленні відновлювальних здібностей спіруліни у воді, забрудненій міддю. Представлене дослідження показало екологічний потенціал Arthrospira platensis щодо важких металів. Отримані дані виявили їхню спільну дію. Серія тестів показує, що поглинання іонів Cu2+ біомасою спіруліни покращилося та прискорилося завдяки використанню хелатуючих агентів та продуцентів бактерій — біосурфактантів. ЕДТА збільшила поглинання іонів міді спіруліною на 63%, рамноліпіду 1 — на 42%, рамноліпіду 2 — на 68%, а ліпіду трегалози — на 73%. Однак сама спіруліна поглинає на 29% більше свинцю із забрудненого свинцем середовища, ніж шляхом консорціуму з ліпідом трегалози. Отже, з води, забрудненої свинцем, хелатувальні агенти лише прискорили процес поглинання. Було показано, що видалення іонів міді та свинцю із забрудненої ділянки протягом 72 годин прискорює цей процес до 48 годин після додаткових біосурфактантів.Ця тема може забезпечити дешевий та безпечний підхід до очищення стічних вод від іонів свинцю та міді. Подальші дослідження включатимуть ультраструктурний аналіз спіруліни та більш точно розкриють механізми сорбції та десорбції металів спіруліною. Мас-спектрометрія надає важливу інформацію, яка призводить до ідентифікації та кількісної оцінки індивідуальних можливостей біосурфактантів – як вони можуть покращити проникнення важких металів у Spirulina platensis. В результаті, основна ідея механізмів покращення та прискорення властивостей поглинання важких металів біомасою Arthrospira platensis з додаванням екологічних добавок – біосурфактантів була реалізована з прийнятним результатом.Подяки Ми хотіли б подякувати нашим колегам за їхню підтримку та ректорату: професору, доктору наук, мультсервісу Ангеліці Плогер, керівнику проекту «Сталий сільський господарство та продовольчі системи» (SAFS) – VW, Кассельський університет, Німеччина; професору, доктору наук, мультсервісу, Гартмуту Фогтманну – Кассельський університет, Німеччина; професору Вахтангу Лежаві, ректору Сільськогосподарського університету Грузії; Професор доктор Тео Урушадзе, декан Школи сільськогосподарських та природничих наук Сільськогосподарського університету Грузії, директор програми SAFS з Грузії; Натія Самушія, проректор Сільськогосподарського університету Грузії; професор Нато Кобахідзе, координатор школи доктора філософії Сільськогосподарського університету Грузії; Ніно Качарава, координатор програми SAFS.Внесок авторів: Усі автори зробили свій внесок у концепцію та дизайн дослідження. Підготовку матеріалів, збір даних та аналіз виконали [IT]; Концептуалізація: [IT] та [TV]; Методологія: [GK], [MK] та [MP]; Формальний аналіз та дослідження: [IT] та [LC]; Перший варіант рукопису написали [IT], і всі автори прокоментували попередні версії рукопису. Усі автори прочитали та схвалили остаточний варіант рукопису; Написання – рецензування та редагування: [PvF und N], [OK] та [VL]; Ресурси: [OK] та [VL]; Керівництво: [TV] та [Pvon F und N].Фінансування. Цю роботу було підтримано співфінансуванням (№ 04/47) Національного наукового фонду імені Шота Руставелі (SRNSF) та Фонду Volkswagen, докторської програми «Сталий розвиток сільськогосподарських продовольчих систем» (SAFS).Наявність даних та матеріалів. Набори даних, створені під час та/або проаналізовані під час цього дослідження, доступні у відповідного автора за обґрунтованим запитом.

Посилання

Aguirre-Ramirez M, Silva-Jimenez H, Banat IM, Diaz-De-Rienzo MA (2021) Поверхнево-активні речовини: фізико-хімічні взаємодії з біологічними макромолекулами. Springer Biotechnol Lett 43:523–535. https://doi.org/10.1007/s10529-020-03054-1Доступ 22 серпня 2021 р.Ahsan N, Lee DG, Lee SH, Kang KY, Lee JJ, Kim PJ, Yoon HS, KimJS, Lee BH (2006) Надлишок міді викликав фізіологічні та протеомні зміни в проростаючому насінні рису. Natl Library Med Chemosphere 67:1182–1193. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2006.10.075Доступ 22 серпня 2021 р.Аль-Хомайдан А.А., Аль-Хурі Х.Дж., Аль-Хаззані А., Елгаалі Г., Мубаєд Н.М.С. (2014) Біосорбція іонів міді з водних розчинів біомасою Spirulina platensis. Arab J Chem 7:57–62. https://doi.org/10.1016/j.arabjc.2013.05.022Доступ 21 серпня 2021 р.Арнон Д.І. (1949) Мідні ферменти в ізольованих хлоропластах, поліфенолоксидаза у Beta vulgaris. Plant Physiol 24:1–15. https://doi.org/10.1104/pp.24.1.1Доступ 22 серпня 2021 р.Бхаттачарья С. (2020) Роль спіруліни (Arthrospira) у пом’якшенні токсичності важких металів – Оцінка. Національна медична бібліотека. J Environ Pathol Toxicol Oncol 39:149-157. https://doi.org/10.1615/jenvironpatholtoxicoloncol.2020034375Доступ 22 серпня 2021 р.Бріффа Дж., Сінагра Е., Бланделл Р. (2020) Забруднення навколишнього середовища важкими металами та його токсикологічний вплив на людину. Sci Direct Heliyon 6:46–91. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2020.e04691Доступ 22 серпня 2021 р.Баттервік К., Хіні С.І., Таллінг Дж.Ф. (1982) Порівняння восьми методів оцінки біомаси та росту планктонних водоростей. British Phycol J 17:69–79. https://www.tandfonline.com/doi/abs/ https://doi.org/10.1080/00071618200650091Доступ 22 серпня 2021 р.Керолі С. (2006) Визначення хімічних елементів у продуктах харчування: застосування атомної та мас-спектрометрії. Вайлі, Загальні та вступні дослідження харчової науки та технологій. ISBN: 978–0–470–14100–7 https://doi.org/10.1002/9780470141007Чепої Л., Зініцівська І., Руді Л., Кіріак Т., Міску В., Джур С., Стрелкова Л. (2020) Гроздов Д. (2020) Спіруліна Платенсіс як відновлюваний акумулятор для накопичення важких металів з багатоелементних синтетичних стічних вод. Springer-Verlag GmbH Німеччина. Частина Springer Nature 27:31793–31811. https://doi.org/10.1007/s11356-020-09447-z. Дата звернення: 10 грудня 2021 р.Чепої Л., Руді Л., Кіріак Т., Кодряну С., Валуца ​​А. (2016) Біологічні методи очищення стічних вод. У: Zinicovscaia I, Cepoi L (ред.) Ціанобактерії для біоремедіації стічних вод. Springer, Cham, pp 45–60. https://doi.org/10.1007/978-3-319-26751-7_5 Дата звернення: 21 серпня 2021 р.Chaturvedi AD, Pal D, Penta S, Kumar A (2015) Екотоксична трансформація важких металів бактеріями та грибами у водній екосистемі. Natl Libreri Med World J Microbiol Biotechnol 31:1595–1603. https://doi.org/10.1007/s11274-015-1911-5Доступ 22 серпня 2021 р.Дауд М.К., Алі С., Аббас З., Захір І.Є., Райз М.А., Малік А., Хуссейн А., Різван М., Зіа-ур-Рехман М., Чжу С.Дж. (2018) Потенціал ряски (Lemna minor) для фіторемедіації фільтрату зі звалищ. J Chem Chem Manag Treatment Agric Food Industries Wastes. https://doi.org/10.1155/2018/3951540Доступ 20 серпня 2021 р.Діксіт Р., Малавія Д., Пандіян К., Сінгх У.Б., Саху А., Шукла Р., Сінгх Б.П., Рай Дж.П., Шарма П.К., Лейд Х., Пол Д. (2015) Біоремедіація важких металів з ґрунту та водного середовища. Огляд принципів та критеріїв фундаментальних процесів. У: Torretta V (ред.) Environm Sustainabil Appl 7(2):2189–2212. https://doi.org/10.3390/su7022189 Дата звернення: 21 серпня 2021 р.Elis acirc ngela M, Etiele G, Cibele F, Kellen Z, Jorge A (2015) Культивування мікроводоростей для виробництва біосурфактантів. Acad J African J Microbiol Res 9:2283–2289. https://doi.org/10.5897/ajmr2015.7634 Дата звернення: 21 серпня 2021 р.Fashola M, Ngole-Jeme V, Babalola O (2016) Забруднення важкими металами із золотих копалень: вплив на навколишнє середовище та бактеріальні стратегії для стійкості. Int J Environ Res Public Health 13:10–47. https://doi.org/10.3390/ijerph13111047Дата звернення: 22 липня 2021 р.Грчман Х., Веліконья-Болта Ш., Воднік Д., Кос Б., Лештан Д. (2001) Фітоекстракція важких металів з посиленням ЕДТА: накопичення металів, вилуговування та токсичність. Springer Plant Soil 235:105–114. https://doi.org/10.1023/A:1011857303823Дата звернення: 24 серпня 2021 р.Інтерстандарт (2013) Гост 30178–1996, Сировина та харчові продукти – атомно-абсорбційний спектрометричний метод визначення токсичних елементів, Інтерстандарт, Росія. https://infostore.saiglobal. com/en-gb/Standards/GOST-30178-1996-544824_SAIG_GOST_GOST_124644 Дата звернення: 22 серпня 2021 р.Джайшанкар М., Цетен Т., Анбалаган Н., Метью Б.Б., Беерегоуда К.Н. (2014) Токсичність, механізм та вплив на здоров’я деяких важких металів. Interdisciplinary Toxicology 7:60–7210.2478%2Fintox-2014-0009Кім І.Х., Чой Дж.Х., Джу Дж.О., Кім Ю.К., Чой Дж.В., О Б.К. (2015) Розробка мікробно-цеолітного носія для ефективного видалення важких металів з морської води. J Microbiol Biotechnol 25:1542–1546. https://doi.org/10.4014/jmb.1504.04067Accessed22Augus t2021Корецька Н., Карпенко І., Карпенко О., Мідяна Г., Баранов В. (2020) Трегалозні ліпіди та рамноліпідні поверхнево-активні речовини як регулятори росту рослин. J Microbiol Biotechnol Food Sci 3:405–408. https://doi.org/10.15414/jmbfs.2020.10.3.405-408 Дата звернення: 22 серпня 2021 р.Кумар Н., Ріту Х., Верма Р., Срівастана А. (2020) Акліматизація мікроводорості Arthrospira platensis для очищення річки Ямуна від важких металів. Elsevier Water Sci Eng 13:214–222. https://doi.org/10.1016/j.wse.2020.09.005 Дата звернення: 21 серпня 2021 р.

Kumar R, Das AJ (2018) Рамноліпідні біосурфактанти та їх властивості. Springer Singapore стор. 1–13. https://doi.org/10.1007/978-981-13-1289-2_1 Доступ 28 серпня 2021 р.

Kurashvili M, Varazi T, Khatisashvili G, Gigolashvili G, Adamia G, Pruidze M, Gordeziani M, Chokheli L, Japharashvili S, Khuskivadze N (2018) Blue-green alga Spirulina as a tool against water pollution by 1,1’-(2,2,2-trichloroethane-1,1-diyl) біс(4-хлорбензол) (ДДТ). Elsevier Annl Agrar Sci 16:405–409. https://doi.org/10.1016/j.aasci.2018.07.005Доступ 22 серпня 2021 р.

Kurniawan TA, Chan GYS, Babel LWH (2006) Фізико-хімічні методи очищення стічних вод, насичених важкими металами. Elsevier Chem Eng J 118:83–98. https://doi.org/10.1016/j.cej.2006.01.015Доступ 22 серпня 2021 р.

Lin Z, Li J, Luan Y, Dai W (2020) Застосування водоростей для поглинання важких металів: 20-річний метааналіз. Elsevier Ecotoxicol Environment Safety 190:110–189. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2019.110089Доступ 20 серпня 2021 р.

Лубенець В., Карпенко О., Пономаренко М., Загорій Г., Кричковська А., Новіков В. (2013) Розробка нових антимікробних композицій тіосульфонатної структури. Chem Chem Technol 67:119–124. https://doi.org/10.23939/chcht07.02.119 Доступ 22 серпня 2021 р.

Марку Г., Мітрогіанніс Д., Селеклі А., Георгакакіс Д., Хрисікопуос К.В. (2015) Біосорбція Cu2+ та Ni2+ Arthrospira platensis з різними біохімічними складами. Elsevier Chem Eng J 259:806–813. https://doi.org/10.1016/j.cej.2014.08.037Доступ
22 липня 2021 р.

Nagajyoti PC, Lee KD, Sreekanth TVM (2010) Важкі метали, їх поширеність та токсичність для рослин. Springer Rev Environm Chem Lett 8:199–216. https://doi.org/10.1007/s10311-010-0297-8Доступ 22 серпня 2021 р.

Otzen DE (2017) Біоповерхнево-активні речовини та поверхнево-активні речовини, що взаємодіють з мембранами та білками: однакові, але різні? Elsevier. Biochimica Et Biophysica Acta (BBA) 1859:639–649. https://doi.org/10.1016/j.bbamem.2016.09.024Доступ 22 серпня 2021 р.

Прасад М.Н.В. (2003) Фіторемедіація екосистем, забруднених металами: ажіотаж навколо комерціалізації. Russ J Plant Physiol 50:686–701. https://doi.org/10.1023/A:1025604627496Доступ 21 серпня 2021 р.

Пуєн З.М., Вільяграса Е., Мальдонадо Дж., Дієстра Е., Естеве І., Соле А. (2012) Біосорбція свинцю та міді стійким до важких металів Micrococcus luteus de2008. J Bioresour Technol Elsevier 126:233–237. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2012.09.036 Доступ отримано 21 липня 2021 р.

Romera E, Gonzalez F, Ballester A, Blazquez ML, Munoz JA (2007) Порівняльне дослідження біосорбції важких металів різними видами водоростей. Elsevier Bioresour Technol 98:3344–3353. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2006.09.026 Доступ отримано 28 серпня 2021 р.

Salem HM, Eweida EA, Farag A (2000) Важкі метали у питній воді та їхній вплив на здоров’я людини. Матеріали Міжнародної конференції зі зменшення екологічних небезпек. Міжнародний центр управління вищою освітою, Каїрський університет, Єгипет, с. 542–556. http://www.virtualacademia.com/pdf/health542_556.pdf Дата звернення: 22 серпня 2021 р.

Секомо К.Б., Руссо Д.П., Салех С.А., Ленс П.Н.Л. (2012) Видалення важких металів у ставках з ряскою та водоростями як полірувальний етап очищення текстильних стічних вод. Ecol Eng 44:102–110. https://doi.org/10.1016/j.ecoleng.2012.03.003 Дата звернення: 22 серпня 2021 р.

Семенюк І., Кочубей В., Скорохода В., Покинброда Т., Мідяна Г., Карпенко Е., Мельник В. (2020) Продукти біосинтезу штаму Pseudomonas sp. PS-17. 1. Отримання та теплові характеристики. Chem Chem Technol 14:26–31. https://doi.org/10.23939/chcht14.01.026 Дата звернення: 22 серпня 2021 р.

Табагарі І., Чохелі Л., Адамія Г., Курашвілі М., Варазі Т., Пруїдзе М., Хатісашвілі Г., Німсдорф П.В.Ф. (2020) Ефективність Arthrospira platensis для очищення води, забрудненої міддю. Water Air Soil Pollut Springer 231:470–478. https://doi.org/10.1007/s11270-020-04841-2 Дата звернення: 21 липня 2021 р.

Томсон Р.М., Перрі Г.Дж. (2006) Нейропатії, пов’язані з надмірним впливом свинцю. Natl Libr Med 33:732–741. https://doi.org/10.1002/mus.20510Доступ 21 липня 2021 р.

Tiso T, Zauter R, Tulke H, Leuchtle L, Li WJ, Behrens B, Wittgens A, Rosenau F, Hayen H, Blank LM (2017) Дизайнерські рамноліпіди шляхом зменшення різноманітності конгенерів: виробництво та характеристика. Фабрики мікробних клітин. BMS Частина Springer Nature 16:225.

https://doi.org/10.1186/s12934-017-0838-y Доступ 28 серпня 2021 р.

Tumanyan AF, Seliverstova AP, Zaitseva NA (2020) Вплив важких металів на екосистеми. Chem Technol Fuels Oils 56:390–394. https://doi.org/10.1007/s10553-020-01149-zДата звернення: 21 липня 2021 р. Верма Р., Сутар С. (2015) Видалення свинцю та кадмію з води за допомогою ряски – Lemna gibba L.: Вплив pH та початкового навантаження металом. Alex Eng J 54:1297–1304. https://doi.org/10.1016/j.aej.2015.09.014Доступ 21 серпня 2021 р.

Всесвітня організація охорони здоров’я (2019) Отруєння свинцем та здоров’я https://www.who.int/news-room/fact-sheets/detail/lead-poisoning-and-healthДоступ 29 серпня 2021 р.

Зерааткар А.К., Ахмадзаде Х., Талебі А.Ф., Мохеймані Н.Р., МакГенрі М.П. (2016) Потенційне використання водоростей для біоремедіації важких металів, критичний огляд. Elsevier J Environm Manag 181:817–831. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2016.06.059Доступ 27 серпня 2021 р.

Зішка Х., Ліхтманнеггер Дж. (2014) Патологічне мітохондріальне перевантаження міддю в печінці пацієнтів з хворобою Вільсона та пов’язаних з ними тваринних моделей. Natl Libr Med 1315:6–15. https://doi.org/10.1111/nyas.12347Доступ 23 серпня 2021 р.

Виставки та конференції у світі

Copyright © 2023 ІНСТИТУТ НАНОТЕХНОЛОГІЙ ТА ОРГАНІЧНИХ ПРОДУКТІВ “АВЕЛАЙФ”