Βιοαποκοδόμηση φαινολικών ουσιών από μικροοργανισμούς

Abstract

Αντικείμενο της παρούσης διπλωματικής αποτελεί η βιομετατροπή φαινολικών συνθετικών ουσιών από μικροοργανισμούς και συγκεκριμένα βακτήρια και μικροφύκη. Χρησιμοποιήθηκαν δύο θαλάσσια βακτήρια, τα οποία απομονώθηκαν στη Φαρμακευτική Σχολή, του Εθνικού & Καποδιστριακού Πανεπιστημίου Αθηνών τα ΜΜ001 και ΜΜ002, καθώς και το μικροφύκος Nannocloropsis sp. Η φαινολική ουσία που χρησιμοποιήθηκε ήταν η ρεσορσινόλη.

Αρχικά μελετήθηκε η σταθερότητα της ρεσορσινόλης σε εύρος τιμών pH 5.6-7.5, απουσία ή παρουσία οξυγόνου καθώς και η σταθερότητά της κατά την αποστείρωση. Βρέθηκε ότι η ρεσορσινόλη καταστρέφεται με τη διαδικασία της αποστείρωσης.

Στη συνέχεια μελετήθηκε η ανάπτυξη των δύο θαλασσίων βακτηρίων, ΜΜ001 και ΜΜ002, απουσία ρεσορσινόλης. Η μέγιστη ανάπτυξη παρατηρήθηκε μεταξύ 6ης και 7ης μέρας και για τα δύο στελέχη.

Ακολούθως διερευνήθηκε η ικανότητα των βακτηρίων να αναπτύσσονται παρουσία ρεσορσινόλης. Μελετήθηκε εύρος συγκεντρώσεων από 50-500 ppm. Διαπιστώθηκε σε όλες τις εξετασθείσες συγκεντρώσεις ρεσορσινόλης οι μέγιστες τιμές κυτταρικές ανάπτυξης είναι μικρότερες έναντι αυτών απουσία ρεσορσινόλης και μάλιστα όσο αυξάνεται η συγκέντρωση της φαινολικής ουσίας μειώνεται αντίστοιχα και η παραγόμενη κυτταρική μάζα. Λόγω της σημαντικής μείωσης της ανάπτυξης για συγκεντρώσεις άνω των 200 ppm, η δυνατότητα αποικοδόμησης της ρεσορσινόλης μελετήθηκε σε εύρος συγκεντρώσεων 50-200 ppm. Παρατηρήθηκε μείωση της ρεσορσινόλης (κατά την ανάλυση δειγμάτων με Υγρή Χρωματογραφία Υψηλής Απόδοσης). Το ποσοστό μείωσης βρέθηκε να αυξάνεται αυξανόμενης της συγκέντρωσης της φαινολικής ουσίας. Από τα δύο στελέχη ΜΜ001 και ΜΜ002 το πρώτο αποικοδομεί την ρεσορσινόλη σε μεγαλύτερα ποσοστά.

Αντίστοιχη μελέτη πραγματοποιήθηκε και για το μικροφύκος Nannocloropsis sp. Η μελέτη έγινε σε συνθήκες σκοταδιού αλλά και φωτός, όπου το μικροφύκος παρουσίασε καλύτερη ανάπτυξη. Απουσία φωτός τα ποσοστά αποικοδόμησης κυμάνθηκαν σε πολύ χαμηλά επίπεδα 4-12% ανάλογα με τη συγκέντρωση, ενώ παρουσία φωτός τα ποσοστά ήταν πολύ υψηλότερα (61-92%). Όμως το ισχυρό φως διασπά την ρεσορσινόλη σε ποσοστό της τάξης του 57%, όπως προέκυψε από πειράματα απουσία μικροοργανισμού.

Purpose of this diploma is the biotransformation of synthetic phenolic substances from microorganisms, namely bacteria and microalgae. Two marine bacteria were used, which were isolated in the School of Pharmacy of the National & Kapodistrian University of Athens, the MM001 and MM002, and microalgae Nannocloropsis sp. The phenolic substance used was resorsinol.

Initially the stability of resorsinol was studied in the range of pH 5.6-7.5, both in absence and presence of oxygen and also the stability during sterilization. We found that resorsinol was destroyed by the process of sterilization.

Afterwards, the development of two marine bacteria, MM001 and MM002 was studied, without the presence of resorsinol. The maximum growth was observed between day 6 and 7 for both strains.

The ability of bacteria to grow in the presence of resorsinol was also investigated. The concentration range studied was from 50 to 500 ppm. It was found that in all examined concentrations of resorsinol, the maximum cell growth was smaller compared to cultures that lack resorsinol and also with increasing concentration of the phenolic compounds the resulting cell mass was reduced accordingly. Due to the significant decline in growth for concentrations above 200 ppm, the possibility of degradation of resorsinol was studied at concentration range 50 to 200 ppm. Resorsinol decreases were observed (when analyzing samples with High Performance Liquid Chromatography). The reduction rate was found to increase with increasing concentration of phenolic compounds. Of the two strains MM001 and MM002, the first degrades the resorsinol at higher rates.

A similar study was conducted for the microalgae Nannocloropsis sp. The study was conducted in conditions of darkness and light, where in the first, the microalgae showed better growth. Absence of light degradation rates ranged very low from 4 to 12% depending on the concentration and light-rates were much higher (61-92%). But the bright light was found to degrade the resorsinol at a rate of 57%, as revealed by experiments in absence of the microorganism.