بررسی فعالیت آنزیم سیتوکروم P450 در باکتری های تجزیه کننده- قاسم حیدری؛ اکبر قویدل؛ نیراعظم خوش خلق سیما؛ علی عبادی؛ فرشاد علیشاهی-مرکز مهندسی عطران

0

سیتوکروم آلودگی خاک با ترکیبات هیدروکربنی، به دلیل دارا بودن اثرات سمی برای انسان­ها، حیوانات و گیاهان در سراسر جهان به یک موضوع زیست محیطی تبدیل شده است.

پالایش زیستی منابع آلوده به ترکیبات نفتی راهکاری مناسب برای پاکسازی این منابع می­باشد که در این فرآیند میکروارگانیسم­ها و به ویژه باکتری­ها نقش کلیدی در تجزیه ترکیبات هیدروکربنی ایفا می­کنند.

بسته به طول زنجیره کربنی ترکیبات هیدروکربنی، سیستم های آنزیمی مختلفی برای شروع تجزیه زیستی مورد نیاز است. که در این میان آنزیم سیتوکروم P450 فعالیت بیشتری در تخریب زنجیره ­های خطی ترکیبات هیدروکرنی کربنی (20<)، دارند، بنابراین جداسازی و شناسایی باکتری­های تجزیه کننده دارای سیستم آنزیمی. فعال می­تواند راهکار مناسبی برای پاکسازی ترکیبات هیدروکربنی باشد.

در مطالعه حاضر 10 جدایه از بین جدایه­ های بدست آمده ا.ز خاک­های آلوده به نفت خام انتخاب شدند. میزان توانایی تجزیه نفت و. همچنین میزان فعالیت آنزیم سیتوکروم P450 در جدایه­ ها مورد بررسی قرار گرفت.

نتایج نشان داد جدایه ­ها از لحاظ توانایی تجزیه نفت خام و میزان فعالیت آنزیم سیتوکروم P450 دارای تفاوت معنی­ داری هستند بطوری که بیشترین میزان این صفات به ترتیب در جدایه ­های BN1 و T10 مشاهده شد.

ضمنا بررسی نتایج بدست آمده نشان داد توانایی تجزیه نفت خام با میزان فعالیت آنزیم سیتوکروم P450 دارای ارتباط مستقیم و معنی­داری نمی­باشد.

کلمات کليدي: آنزیم سیتوکروم P450، ترکیبات هیدروکربنی، میزان تجزیه ، نفت­خام   

 مقدمه

آلودگی خاک با ترکیبات هیدروکربنی، به دلیل دارا بودن اثرات سمی. برای انسان­ها، حیوانات  و گیاهان، در سراسر جهان به یک موضوع زیست محیطی تبدیل شده است (Zafra و همکاران، 2016).

به همین دلیل، بسترهای حاوی نفت خطر بزرگی برای اکوسیستم­ها محسوب می­شوند و تلاش برای پاک­سازی این آلاینده­ ها از محیط زیست امری اجتناب ناپذیر می­باشد (Ebadi و همکاران، 2017).

روش­های فیزیکی و شیمیایی متعارفی که برای پالایش خاک­های آلوده به نفت وجود دارند، می­توانند به سرعت بخش عمده­ای از نفت را از بین ببرند. اما در بیشتر موارد، این روش­ها صرفا آلاینده­ ها را از یک محيط به محيطی ديگر انتقال می­دهند. و یا حتی موجب ایجاد ترکیبات سمی ­تر نیز می­شوند.

در مقابل، روش­های بیولوژیکی وجود دارند که در آن از موجودات زنده برای حذف آلاینده­ ها از منابع آلوده استفاده می­شود. با توجه به هزینه پایین، عملکرد بالا و مطابقت با اصول زیست محیطی، روش زیستی در بین روش­های دیگر پالایش آلودگی، بیشتر مورد توجه قرارگرفته­ است.

ریز جانداران، به ویژه باکتری­ها، نقش مهمی را در این روش ایفا می­کنند. توانایی باکتری­های مختلف در تجزیه اجزاء هیدروکربنی نفت خام به اثبات رسیده است. و پالایش زیستی بر پایه ریزجانداران به عنوان روشی موثر در پاک­سازی ترکیبات نفتی از محیط­های مختلف گزارش شده است (Wang و همکاران، 2013).

پاك­سازي بيولوژيكي نفت در خاك را مي­توان به وسيله تحريك ریزجانداران بومي از طریق افزايش مواد غذايي و اكسيژن به خاك يا تلقيح. مخلوط ميكروبي غني شده به خاك بهبود بخشيد.

استفاده از جامعه میکروبی بومی خاک که قبلا در معرض آلودگی بوده­اند، به دلیل سازگاری بیشتر، احتمال موفقیت زیست افزایی را افزایش می­دهد (Li و همکاران، 2016).

ریزجانداران درون خاک ممکن است روش­های مختلفی برای دستیابی به ترکیبات جذب سطحی شده. روی اجزای خاک و رسوب و همچنین ترکیبات غیرمحلول در آب بکار گیرند،

که شامل ایجاد حالت تعادلی جدید، ایجاد شیب غلظتی، ایجاد محیط­های کوچک برای تغییر pH، ترشح آنزیم­های برون سلولی، تولید سورفکتانت­ها، امولسیفایرها، حلال­ها و کلات­ها برای جداسازی ترکیبات از بخش جامد و انتقال به فاز مایع و قرار دادن در معرض تخریب می­باشد.

در بین این مکانیسم­ها، آنزیم­های تجزیه کننده، در تخریب ترکیبات هیدروکربنی نقش به­ سزایی ایفا می­کنند (Das و Chandran ، 2011).

بسته به طول زنجیره کربنی ترکیبات هیدروکربنی، سیستم های آنزیمی مختلفی برای شروع تجزیه زیستی مورد نیاز است. که در این میان آنزیم سیتوکروم P450 فعالیت بیشتری در تخریب زنجیره­های خطی ترکیبات هیدروکرنی کربنی (20<)، دارند (Doolotkeldieva و همکاران، 2017).

بنابراین هدف از مطالعه حاضر تعیین میزان فعالیت آنزیم سیتوکرم P450 در باکتری­های جداسازی شده. از خاک­های آلوده به نفت­ خام و بررسی ارتباط بین فعالیت آنزیم با میزان توان تجزیه نفت توسط جدایه ­های مختلف بود.

3- نتایج و بحث

با بررسی نتایج تجزیه واریانس مشخص شد که جدایه­ های به­ دست آمده از لحاظ توانایی تجزیه نفت و میزان فعالیت آنزیم سیتوکروم P450 در سطح احتمال یک درصد دارای تفاوت معنی ­دار بودند.

در نتایج بررسی توانایی تجزیه نفت، بالاترین توانایی در جدایه BN1 مشاهده شد و به دنبال آن جدایه A17 نیز توانایی رشد بالایی داشت. کمترین توانایی رشد هم مربوط به جدایه T16 بود (شکل 1).

توانایی رشد باکتری­ها در محیط حاوی نفت به عنوان شاخصی از توان تجزیه نفت در تحقیقات گذشته نیز بررسی و نتایج موفقی گزارش شده است (Gomes و همکاران، 2016، De Vasconcellos و همکاران، 2016

شکل 1 میزان رشد جدایه­ ها در محیط حاوی نفت بر اساس شدت تغییر رنگ معرف ریسازورین

بررسی فعالیت آنزیمی نشان داد بیشتر جدایه ­ها توانایی کاهش جذب نوری در 430 نانومتر را دارند که بیانگر فعالیت سیتوکروم P450 و احیای فری سیانید پتاسیم است.

در بین جدایه ­ها، جدایه T10 با میزان 023/0 کاهش جذب نوری در 430 نانومتر بیشترین توانایی و جدایه­ های A34 و A13 کمترین توانایی را داشتند (شکل 2).

شکل 2 میزان فعالیت آنزیم سیتوکروم P450 در جدایه­های مختلف بر اساس میزان کاهش جذب نور

 با بررسی همبستگی بین توانایی تجزیه نفت و میزان فعالیت سیتوکروم P450 جدایه­ ها مشخص شد که این دو ویژگی همبستگی و ارتباط معنی­ داری باهم ندارند (ns549/0r= ).

دسته بندی انجام شده بر اساس دو ویژگی بررسی شده، نشان داد که جدایه­ ها در دو دسته اصلی قرار گرفتند. بطوری که جدایه BN1 در یک دسته مجزا قرار گرفت و نسبت به سایر جدایه ­ها متفاوت بود.

در دسته دوم نیز جدایه T16 نسبت به باقی جدایه­ ها متفاوت بود و جدایه­های T10، A34، A5،  E11،  E14،  A13 شباهت بیشتری به هم داشتند. (شکل 3).

شکل 3 دسته بندی جدایه­ها براساس میزان فعالیت سیتوکروم P450 و توانایی تجزیه نفت­ خام

در نهایت نتایج نشان داد که جدایه­ های بدست آمده از خاک­های آلوده به نفت خام دارای پتانسیل متفاوتی هستند و  ارتباط مستقیم. و معنی­داری در مقایسه صفات تجزیه کنندگی نفت خام و میزان فعالیت آنزیم سیتوکروم P450 مشاهده نشد.

4- منابع

Chen, W., Li, J., Sun, X., Min, J. and Hu, X., 2017. High efficiency degradation of alkanes and crude oil by a salt-tolerant bacterium Dietzia species CN-3. International Biodeterioration & Biodegradation, 118, pp.110-118.

Das, N. and Chandran, P., 2011. Microbial degradation of petroleum hydrocarbon contaminants: an overview. Biotechnology research international, 2011.

De Vasconcellos, S.P., Angolini, C.F.F., García, I.N.S., Dellagnezze, B.M., Da Silva, C.C., Marsaioli, A.J., dos Santos Neto, E.V. and De Oliveira, V.M., 2010. Screening for hydrocarbon biodegraders in a metagenomic clone library derived from Brazilian petroleum reservoirs. Organic Geochemistry, 41(7), pp.675-681.

Doolotkeldieva, T., Konurbaeva, M. and Bobusheva, S., 2017. Microbial communities in pesticide-contaminated soils in Kyrgyzstan and bioremediation possibilities. Environmental Science and Pollution Research, pp.1-15.

Ebadi, A., Sima, N.A.K., Olamaee, M., Hashemi, M. and Nasrabadi, R.G., 2017. Effective bioremediation of a petroleum-polluted saline soil by a surfactant-producing Pseudomonas aeruginosa consortium. Journal of advanced research, 8(6), pp.627-633.

Gomes, M.B., Gonzales-Limache, E.E., Sousa, S.T.P., Dellagnezze, B.M., Sartoratto, A., Silva, L.C.F., Gieg, L.M., Valoni, E., Souza, R.S., Torres, A.P.R. and Sousa, M.P., 2018. Exploring the potential of halophilic bacteria from oil terminal environments for biosurfactant production and hydrocarbon degradation under high-salinity conditions. International Biodeterioration & Biodegradation, 126, pp.231-242.

Li  xinfei, Zhao  lin, Adam M., 2016. Biodegradation of marine crude oil pollution using a salt-tolerant bacterial consortium isolated from Bohai Bay, China. Mar Pollut Bull. 105:43–50.

Schellenberg, K.A. and Hellerman, L., 1959. Oxidation of reduced diphosphopyridine nucleotide. Journal of Biological Chemistry, 231(1), pp.547-556.

Wang, H., Wang, C., Lin, M., Sun, X., Wang, C. and Hu, X., 2013. Phylogenetic diversity of bacterial communities associated with bioremediation of crude oil in microcosms. International Biodeterioration & Biodegradation, 85, pp.400-406.

Zafra, G., Taylor, T.D., Absalón, A.E. and Cortés-Espinosa, D.V., 2016. Comparative metagenomic analysis of PAH degradation in soil by a mixed microbial consortium. Journal of hazardous materials, 318, pp.702-710.

[1] Bushnell-Haas Broth

اشتراک:

درباره نویسنده

نظرات بسته اند

برچسب‌ها : % % % % % % % % %
Call Now Button