زیست فناوری میکروارگانیسم های محیطی
سال:1391 | دوره:6 | شماره:2 (2) |تعداد مقالات:8

آلودگی محیط زیست به وسیله فلزات سمی یک مشکل اساسی جهانی می باشد. اکثر روش های رایج فیزیکی و شیمیایی مثل ته نشینی، اکسید و احیاء شیمیایی، اسمز معکوس و جداسازی به وسیله غشاء جهت جذب زیستی، محدودیت هایی از قبیل غیر فعال بودن در غلظت های پایین آلاینده ها، گران قیمت بودن روش و مقرون به صرفه نبودن را به همراه دارند. جذب بیولوژیک می تواند برای چنین منظوری یک آلتر ناتیو خوب در حجم های زیاد با آلودگی کم فلزات سمی باشد. در این تحقیق باکتری باسیلوس Bacillus sp. سویه AEJ-89 جدا شده از کویر مرنجاب شهر کاشان استان اصفهان به عنوان جاذب بیولوژیک برای جذب زیستی فلز مس و نیکل در راکت ور بچ مورد استفاده قرار گرفت. در مرحله اول سینتیک جذب مس و نیکل بررسی گردید و زمان تعادل واکنش حدود 5 دقیقه برآورد شد. داده های ایزوترم جذب فلز مس و نیکل به وسیله سویه باسیلوس توسط معادله لانگمویر تفسیر گردید. میزان رهاسازی فلز مس و نیکل از باکتری توسط عواملی مثل اسید نیتریک، اسید کلریدریک، اسید استیک، و اتیلن دیامین تترااستیک اسید مورد بررسی قرار گرفت. جهت بررسی نوع جذب فعال و غیر فعال باکتری به وسیله اتوکلاو، 2، 4 دی نیترو فنل، سدیم آزید غیر فعال گردید. بیشترین میزان جذب فلز مس و نیکل توسط این باکتری مذکور به ترتیب 0.85 و 0.65 میلی مول بر گرم وزن خشک سلول باکتریایی بود.

مطالعات هیدرولوژی و هیدروبیولوژی در محیط های آبی سدها در ایران و جهان سابقه ای نسبتا طولانی دارد، که بررسی پلانکتونی بخشی از این مطالعات محسوب می شود. تاکنون هیچگونه مطالعه ای روی سد مخزنی ستارخان انجام نشده، به همین دلیل لازم بوده که تحقیقات مستمر و همه جانبه ای در زمینه هیدرولوژی و هیدروبیولوژی آن صورت گیرد، در این مطالعه به منظور بررسی تراکم فیتوپلانکتون ها، وضعیت فعالیت فیزیولوژی و نقش عوامل غیر بیولوژیکی وابسته به آن ها و همچنین ارزیابی میزان خودپالایی، مقدار فلور ساپروفیت و میزان کمی و کیفی باکتری های کلی فرم موجود در آب سد ستارخان اهر در طی فصول مختلف سال های 1388-1387، نمونه برداری از 9 ایستگاه که کلیه بیوتوپ های حوزه را دربرگیرد، صورت گرفت. نتایج حاصل از این بررسی نشان داد که در فصل زمستان به دلیل پوشیده شدن سطح دریاچه از یخ، محصول اولیه ناشی از عمل فیتوپلانکتون ها در اثر پروسه فتوسنتز تولید نشده اما در تابستان به دلیل درجه حرارت مناسب و وجود عناصر بیوژن فراوان، فیتوپلانکتون ها، فعالیت فراوان دارند. در حالی که در تمامی فصول سال تعداد باکتری های ساپروفیت در مصب دریاچه و نواحی نزدیک به ساحل در مقادیر بسیار بالا هستند در زمستان تعداد آن ها نسبت به فصول بهار، تابستان و پاییز بین 5-3.8 برابر کمتر می باشد. همچنین مشخص شد که مقدار باکتری های کلی فرم در تابستان به دلیل وارد شدن فضولات انسانی و حیوانی، به همراه کوچ حیوانات برای مناطق ییلاقی به نسبت دوبرابر بیشتر از بقیه فصول می باشد.

توسعه فعالیت های صنعتی، معدنی و فلزکاری باعث شده تا میزان زیادی فلزات سنگین وارد دریا و نهایتا رسوبات بستر دریا شوند و در این محیط ها، میکروارگانیسم ها به فلزات، مقاوم گردند و با توجه به اهمیت Streptomyces در تولید متابولیت های ثانویه و آنزیم و احیای فلزات، در این مطالعه به جداسازی استرپتومایسس های مقاوم به فلزات مس و جیوه از رسوبات و آب های ساحلی دریای خزر پرداخته شده است. نمونه های آب و رسوبات از 5 منطقه ساحلی از اعماق 10، 20 و 30 سانتیمتری به طور استریل جمع آوری شده و به منظور جداسازی استرپتومایسس ها در محیط های Starch Casein Agar و Kuster’s Agar کشت داده شدند. از آزمایشات بیوشیمیایی از جمله تست لیپاز، هیدرولیزکازئین، هیدرولیز نشاسته، تجزیه ژلاتین، احیای نیترات و تخمیر قندها و ... برای شناسایی Streptomyces استفاده شد و جهت بررسی استرپتومایسس های مقاوم به فلزات مس و جیوه روش های Micro dilution و چاهک گذاری به کار برده شد، همچنین میزان فلزات سنگین در نواحی مختلف آب های ساحلی با روش اسپکتروفتومتری جذب اتمی اندازه گیری شد. از مجموع 41 Streptomyces ایزوله شده از مناطق ساحلی 7 سویه (%17.07) مقاوم به مس تا غلظت mg/l 1000 مس و 4 سویه (%9.75) مقاوم به جیوه می باشد که سویه های C9، D11 و E16 تا غلظت 20 mg/l و سویه C2 تا غلظت 40 mg/l جیوه مقاوم می باشند با توجه به پیدایش Streptomyces مقاوم به فلزات سنگین مس و جیوه در دریای خزر این احتمال می رود که بتوان از آن ها در زیست پالایی استفاده کرد.

با توجه به این که صنعت قند یکی از صنایع پرمصرف آب با پسابی دارای بار آلی (COD) بالا می باشد، لزوم زیست تجزیه پذیر بودن آن قبل از رهاسازی در محیط زیست امری ضروری است. قسمت عمده پساب کارخانه قند شاهرود، دوغاب گل کربنات کلسیم حاصل از تصفیه شربت و نیز زیرآب دیگ های بخار می باشد که علی رغم وجود نرخ بالای مواد آلی (COD)، به دلیل غلظت بالای املاح معدنی خصوصا کلسیم و منیزیوم، دارای BOD5 بسیار پایین بوده و قابلیت تجزیه بیولوژیکی ندارد. در این مطالعه با حذف املاح معدنی خصوصا کلسیم، توسط رزین کاتیونی هیدروژنی، و در کنار آن افزودن اوره و فسفات دی آمونیوم به ترتیب به میزان 1 و 0.3 گرم در لیتر، پساب قابلیت تجزیه بیولوژیکی را بدست آورد. استفاده از منابع معدنی نیتروژن مثل کلرید آمونیوم تاثیری در رشد میکروارگانیسم ها نداشت.

نیکل و کادمیوم از جمله فلزات سنگین و سمی هستند که استفاده های صنعتی از آن ها سبب آلودگی گسترده محیط زیست شده است. یکی از بهترین راهکارها جهت حذف این فلزات سمی، استفاده از باکتری های مقاوم به این فلزات می باشد. بنابراین تشخیص باکتری های مقاوم به فلزات سمی، اولین گام در فرآیند پاک سازی زیستی است. بنابراین تصفیه بیولوژیکی پساب های صنعتی، به عنوان گزینه ای اقتصادی و سازگار با محیط زیست بسیار مورد توجه است. به منظور جداسازی و شناسایی باکتری های مقاوم به نیکل و کادمیوم نمونه گیری از پساب هشت کارخانه در شمال کشور انجام شد. چندین جدایه های باکتریایی در محیط LB agar حاوی حداقل غلظت فلزات سنگین نیکل (gr/plate 0.002) و کادمیوم به میزان (2.5mg/plate) جدا شدند. جدایه های مقاوم اولیه که به حداکثر غلظت نیکل (0.2 gr/plate) و کادمیوم (20mg/plate) نیز مقاومت بودند مجددا جدا شدند. پس از بررسی های میکروسکوپی، شناسایی مولکولی باکتری ها از طریق s rDNA 16 PCR Sequencingانجام شد. در مجموع هفده گونه یا سویه مختلف از جمله Staphylococcus epidermidis، Staphylococcus pasteuri، Planococcus sp، Brevundimonas diminuta، Bacillus licheniformis، Pseudomonas sp، Exiguobacterium sp، Micrococcus sp، Comamonas sp، Delftia sp، Chryseobacterium sp، Serratia sp، Acinetobacter sp شناسایی شدند که بیشترین مقاومت به این دو فلز را نشان می دادند.

خانواده Aspergillus جزء قارچ های فرصت طلب می باشند که سبب سندرم های تهاجمی و آلرژیک می شوند. بیش از 200 گونه Aspergillus شناسایی شده است، که 18 گونه آن برای انسان بیماری زا می باشند. گالاکتومانان یکی از مولکول های مهم در قارچ بیماری زا و فرصت طلب Aspergillus fumigatus محسوب می شود. گالاکتومانان در بدن میزبان نیز توسط قارچ تولید شده و به عنوان یک ساختار آنتی ژنی برای A. fumigatus مطرح می باشد. هدف اصلی از انجام این مطالعه شناسایی گالاکتو مانان بود، از این رو A. fumigatus سویه AF-293 در محیط کشت سابوراد مایع در 3 حالت مختلف از نظر شرایط دمایی کشت داده شد. پس از خالص سازی گالاکتومانان، نمونه ها توسط ژل SDS-PAGE مورد ارزیابی قرار گرفتند. سپس گالاکتومانان پروتئین با تکنیک نقره رنگ آمیزی شده و توسط تکنیک الکترو بلاتینگ مورد ارزیابی قرار گرفت. نمونه های سرم از 15 بیمار مشکوک به عفونت آسپرژیلوسی در این مطالعه مورد استفاده قرار گرفتند. سرم ها به منظور حضور آنتی بادی بر علیه گالاکتومانان پروتئین A. fumigatus توسط تکنیک ELISA غیر مستقیم مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج حاصله نشان دادند که گالاکتو مانا پروتئین در بخش 60 کیلو دالتون حضور دارد. از سوی دیگرنتایج حاصل از ELISA غیر مستقیم نیز نشان داد که گالاکتومانان پروتئین می تواند به صورت آنتی ژنی با سرم بیماران واکنش دهد.

باسیتراسین به عنوان یک پلی پپتید دارای خاصیت ضدمیکروبی توسط گونه های مختلف جنس Bacillus تولید می شود که امروزه نقش مهمی را در علوم پزشکی و دامپزشکی ایفا می کند. هدف از این پژوهش بهینه سازی ترکیبات غذایی محیط کشت و شرایط محیطی جهت بهبود تولید آنتی بیوتیک باسیتراسین توسط باکتری Bacillus licheniformis PTCC1721 با استفاده از روش یک فاکتور در زمان و روش تاگوچی می باشد. در این مطالعه اثرات منابع مختلف کربنی و نیتروژنی، شرایط محیطی از جمله اثرات pH های مختلف محیط کشت، درصد تلقیح جمعیت میکروبی در محیط و همچنین زمان انکوباسیون بر روی تولید باسیتراسین مورد بررسی قرار گرفت. نتایج به دست آمده نشان داد که گلوکز به عنوان منبع کربن، ال-گلوتامیک اسید به همراه آب پپتونه به عنوان منبع نیتروژن با بررسی غلضت های مختلف آن ها در pH=7 و 48 ساعت گرمخانه گذاری، افزایش میزان تولید باسیتراسین توسط B. licheniformis PTCC1721 را به همراه داشت. میزان تولید باسیتراسین که توسط دستگاه HPLC مورد سنجش قرار گرفت 200.174 U/ml-1 بود که در طی بهینه سازی محیط کشت به روش تاگوچی میزان تولید آن به 422.639 U/ml-1 افزایش یافت که این امر نشان دهنده تاثیر بهینه سازی محیط کشت و عوامل محیطی بر افزایش میزان تولید باسیتراسین می باشد.

نانوذرات و نانو کامپوزیت ها نقش مهمی را در علوم زیستی ایفا می کنند. در این مطالعه فعالیت ضد میکروبی نوعی نانوکامپوزیت آلومینا - سیلیکا - تیتانیا به همراه نانو ذره نقره در غلظت های متفاوت مورد بررسی قرار گرفت. پنج روش حداقل غلظت مهارکنندگی، چاهک گذاری، دیسک گذاری، شیکر گذاری و تاثیرسمیت سلولی به منظور بررسی فعالیت ضد میکروبی پنج غلظت متفاوت از نانوذرات بر روی دو باکتری E.coli، Bacillus subtilis و قارچ Candida albicans مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج نشان داد که ذرات نانو کامپوزیت آلومینا بعد از پراکنی (دیسپرس شدن)، در غلظت های پایین قادر به از بین بردن میکروارگانیسم ها نبوده، اما در تیمار با غلظت های بالاتر در پلیت های مربوط به E.coli تفاوت معناداری ایجاد نمود اما ذرات نقره در کمترین غلظت، از بین برنده همه میکروارگانیسم ها بودند. از طرفی ویژگی های سمیتی روی سلول های اپی تلیالی نشان می دهند که بر خلاف نانو ذره نقره، نانوکامپوزیت آلومینا به دلیل سازگاری زیستی مناسب و با توجه به اهمیت فلور میکروبی بدن می تواند درحوزه علوم پزشکی به کار برده شود. مطالعه حاضر موید این حقیقت است که نانو ذره نقره اثرات آنتی باکتریال وسیع و موثری دارد اما نانو کامپوزیت آلومینا طیف محدودی از میکروارگانیسم ها را نظیر E.coli مهار می کند و در عین حال اثرات بیولوژیکی مخاطره آمیزی برای سلول های یوکاریوتی ندارد.