ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Использование закрепленных микробных клеток и ферментных систем в очистке сточных вод из "Микробиология очистки воды" Многие исследователи не удовлетворяются только селекцией высокоактивных микробных культур-деструкторов и определением основных промежуточных продуктов метаболизма, они выделяют и изучают ферменты, ответственные за осуществление тех или иных трансформаций резистентных соединений. При этом существует перспектива не только изучения механизма действия и возникновения специфических, новых ферментных систем, но и использования этих ферментов при очистке биосферы. И если предложения Райта [530] о применении ферментных препаратов путем внесения их в почву для ускорения биологической детоксикации гербицидов вряд ли осуществимы и несколько преждевременны, то энзиматическая очистка сточных вод уже сейчас имеет под собой надежную основу — принцип иммобилизации ферментов и ферментных систем. [c.174] Мы использовали возможность закрепления микроорганизмов на загрузках при создании установки для биологической очистки воды, содержащей вещества с повыщенной упругостью паров [56]. Ранее считалось невозможным производить аэра-ционную биологическую очистку сточных вод, загрязненных легколетучими токсическими соединениями, так как отработанный воздух увлекает их за собой, загрязняя атмосферу [7]. Во избежание этого мы предложили направить воздух после аэротенка 1 (см. рис. 34) в аэрофильтр 2, верхняя часть которого орошается разбавляющей водой 3 с минеральными питательными солями, в то время как сточная вода 4, содержащая легколетучие органические соединения, подается ниже верхнего края загрузки установки. Поднимающийся навстречу сточной жидкости воздух увлекает за собой летучие вещества в верхнюю часть аэрофильтра, где они ассимилируются адсорбированными на загрузке, адаптированными к загрязнению микроорганизмами. [c.175] В зависимости от количества и степени летучести загрязнений высота верхней части аэрофильтра должна быть разной Опыты, проведенные на лабораторной модели установки, показали, например, что однометрового слоя загрузки над местом подачи стока достаточно, чтобы уменьшить содержание п-нитро-анилина в отработанном воздухе в 10—15 раз [57]. [c.175] Очень перспективным методом очистки воды от всевозможных загрязняющих ее веществ, особенно синтетических, является использование иммобилизованных (закрепленных, нерастворимых) ферментов — ферментов второго поколения . Идея закрепления ферментов на нерастворимом в воде носителе и применения таких мощных катализаторов в технологических процессах и медицине возникла давно. Еще в 1916 г. осуществлена адсорбция инвертазы на активированном угле в свежевыделенной гидроокиси алюминия. С 1951 г. для фракционирования антител и выделения антигенов используют конъюгацию белков с целлюлозой. До недавнего времени существовал единственный метод закрепления ферментов — обыкновенная физическая адсорбция. Однако адсорбционная емкость известных материалов относительно белков явно недостаточна, а силы адгезии невелики, и разрыв связи между ферментом и поверхностью адсорбента может наступать от малейших изменений условий процесса. Поэтому такой метод иммобилизации не нашел широкого применения, но, поскольку он прост и может, по-видимому, способствовать выяснению механизма действия ферментов в живых системах, илах и почве, а в некоторых случаях применяться на практике, некоторые исследователи занимаются изучением адсорбции ферментов, поиском новых, эффективных носителей и т. д. [104, 206]. [c.176] Несмотря на то, что ферменты можно извлекать из животных и растительных тканей, а также осуществлен химический синтез некоторых из них, непревзойденным по дешевизне и доступности источником ферментов являются микроорганизмы. Поэтому и в случае применения наиболее эффективной биохимической очистки воды — ферментативного катализа — остается проблема подбора микроорганизмов, способных осуществлять необходимые реакции с синтетическими или трудноразрушае-мыми веществами. [c.177] Очень важное значение имеют способы иммобилизации. Они должны быть простыми, эффективными, не снижать каталитической активности белка и давать возможность закреплять ферменты из сложных биологических комплексов без особой предварительной очистки, что значительно удешевило и упростило бы процесс. [c.178] В нашей лаборатории изучается энзиматическая очистка воды от некоторых органических соединений с помошью ферментных комплексов, удерживаемых в неоднородном электрическом поле. Нами было показано, что высокомолекулярные соединения природного происхождения — белки, нуклеиновые кислоты — могут концентрироваться из растворов при пропускании их через поляризованные электрическим полем зернистые, волокнистые или пористые загрузки проводников второго рода и диэлектриков [50, 52, 53, 54. [c.178] Установлено, что эффективность удерживания белков и нуклеиновых кислот целлюлозным волокном, помещенным в постоянное электрическое поле, прямо пропорциональна напряженности этого поля и обратно пропорциональна скорости протока испытуемого раствора в рабочей камере. На рис. 40 представлены экспериментальные кривые изменения концентрации некоторых белков и нуклеиновых кислот вытекающей из рабочей камеры жидкости в зависимости от напряженности поля и скорости протока растворов. [c.179] При сравнении эффективности удерживания нуклеиновых кислот необходимо отметить, что РНК концентрируется в камере под действием постоянного электрического поля лучше, чем ДНК. Так, при концентрации исходного раствора 37 мкг/мл и проточности 0,9 мл/мин РНК полностью удерживается в камере уже при 125 В/см (рис. 40, кривая 4) извлечь же из раствора ДНК при этих условиях удается лишь при напряженности поля 200—225 В/см (рис. 40, кривая 5). [c.181] Таким образом, проведенные исследования позволили установить основные закономерности, которым подчиняется явление удерживания высокомолекулярных соединений целлюлозной загрузкой, помещенной в поле гюстоянного электрического тока. Степень удержива ия веществ загрузкой прямо пропорциональна напряженности электрического поля и обратно пропорциональна скорости протока раствора в рабочей камере. При одинаковых исходных параметрах работы установки (концентрация исходного раствора вещества, напряженность поля, проточность в рабочей камере) степень удерживания различных соединений неодинакова. Это мо кет иметь существенное значение при разделении смеси веществ. [c.181] Как оказалось, белки легко удерживаются не только из водных растворов, но и из сложных биологических смесей, например надосадочной жидкости после гомогенизации клеток и центрифугирования. Следует подчеркнуть особо, что при этом не теряются каталитические свойства ферментов, что, безусловно, можно и нужно использовать в биохимической технологии и в частности при очистке сточных вод. [c.181] Таким образом, удерживаемые в электрическом поле ферменты осуществляют соответствующие превращения субстратов. Следует отметить, что при отключении поля ферменты вымываются потоком жидкости из объема загрузки при этом они не теряют своих каталитических свойств и могут быть повторно иммобилизованы. Опыты показывают, что с помощью электрического поля можно иммобилизовать ферменты любой степени очистки — от кристаллических до находящихся в сложных биологических смесях, в том числе в бесклеточных экстрактах [52, 53]. [c.182] Мы полагаем, что иммобилизация ферментов с помощью электроудерживания наиболее близка к закреплению и организации работы ферментов в клетке. Перемещающиеся ионы и электроны создают на биологических мембранах резко неоднородное электрическое поле. Неоднородность его усугубляется сложным строением поверхности мембраны, которая образуется различающимися по своим геометрическим и электрическим параметрам липидными и белковыми молекулами. Расположенные на мембране, способные к перемещению белки под воздействием такого поля устремляются в зоны большей напряженности и взаимодействуют по типу электроудерживания с встречающимися на их пути вмонтированными в мембрану белками и между собой. Так как перенос ионов и электронов по мембране — процесс дискретный, то и генерируемое ими электрическое поле имеет импульсный характер, что приводит к чередованию сближения и отталкивания молекул белка, к их колебательному, пульсирующему движению, необходимому для нормальной работы цепи ферментов. [c.183] Таким образом, электроудерживание ферментов представляет определенный практический интерес и имеет, по-видимому, существенное значение в биологии. [c.183] Вернуться к основной статье