Наша точка зрения – необходимо использовать оптимальный стресс !

1. Контролируемый окислительный стресс – новый путь совершенствования процессов биосинтеза и биологической очистки

2. Господствующее мнение – необходимо бороться со стрессом, используя антиоксиданты, поскольку стресс всегда оказывает отрицательное влияние Нашаточка зрения – необходимо использовать оптимальный стресс! Показано, что в некоторых случаях оптимальные дозы стрессоров могут улучшить выходные характеристики микробного синтеза и деструкции Важно • Предадаптация микробных популяций к стрессорам • Малые дозы стресс-факторов • Зависимость положительных эффектов от плотности популяции, оптимального физиологического состояния, дозы стрессоров • Одновременное использование стресс- и антистресс-факторов Контролируемый окислительный стресс – комбинирование оптимальных доз АФК и антистресс-факторов, учет роли АФК в изменении и ухудшении показателей биосинтеза АФК – H2O2, антистрессоры – видимый свет: удобны с технологической и экологической точек зрения

3. Абиотические источникиН2О2 в водных природных средах Биота Сопутствующие процессы окисления DН2 Н2O2 Процессы нерадикальной деструкции Ионы с переменной валентностью ОН Радикальные процессы самоочищения Важная роль АФК (H2O2и др.) в процессах самоочищения в окружающей среде Цикл самоочищения в природных водных средах с участием H2O2 (поГ.A. Богдановский, 1994)

4. Видимый свет Солнца Изобилие микрофлоры и мезофауны Солнечный ультрафиолет O2, аэрация Поверхность воды, поверхностная пленка субстраты Активные формы кислорода: H2O2, O3, и др. Силы поверхностного натяжения Воспроизведение условий окружающей среды в тонком поверхностном слое воды или на освещаемых Солнцем поверхностях твердых тел, биопленок

5. 2 1 3 Рост дрожжейCandida tropicalisпри облучении ультрафиолетом и видимым светом. 1 – контроль без УФ-облучения, 2 – с облучением ультрафиолетом и освещением светом, 3 – с облучением ультрафиолетом в темноте.

6. D) 1000 800 C) B) /л*ч 600 2 мл CO 400 A) 200 0 0 20 40 60 80 100 Время, ч Влияние комбинированного действия H2O2ивидимого света на активность дрожжей S. cerevisiaeпри этанольной ферментации A) Предадаптиованная к H2O2культура, ферментация в темноте; B) контрольная культура, ферментация без H2O2и при освещении светом; C) предадаптированная к H2O2культура, ферментация с освещением светом; D) предадаптированная к H2O2культура, ферментация с освещением светом, более поздний пассаж

7. Рост дрожжейCandida tropicalisв режиме культивирования с подпиткой и добавлением H2O2

8. Biomass Bacteriorhodopsin 45 1,8 40 1,6 35 1,4 30 1,2 ВП 25 1 Бактериородопсин, г/л Биомасса, г/л ВП 20 0,8 ВП 15 0,6 ЗА ВП Д Д 10 0,4 5 0,2 0 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 Время, ч Культивирование Halobacterium salinarumв режиме с подпиткой субстратом в условиях контролируемого стресса Д – добавление свежей порции среды в биореактор, ВП – добавление органического субстрата (пептон, дрожжевой экстракт)

9. H2O2, малыми до-замипериодически Полная минерализация до H2O, CO2, минеральные соли Nin, Pin h h Биоценозы, предадаптированные к H2O2 Биологическая замкнутая система очистки Высококонцентрированные стоки, добавление по мере окисления H2O2, малыми до-замипериодически Тканевый фильтр Сточная вода Вторич-ный отс-тойник Аэротенк Очищенная сточная вода Полный рецикл активного ила

10. Cphenol added optical density Cphenol residual Биодеструкция фенола в режиме окисления с подпиткойи добавленииH2O2

11. Биодеструкция фенола в проточном режиме при добавлении H2O2

12. Сравнение очистки модельного стока пивоварения и реального стока солодовни при одновременном действии H2O2и видимого света

13. Показатели очистки модельного стока при одновременном действии H2O2и видимого света в режиме очистки с полным рециклом активного ила • ХПКвх. –700-2000 мг/л • ХПКвых. – не детектируется– 40 мг/л • время пребывания воды в системе – 1-3 сут. • дозы H2O2 – не более чем 5-10 мг/л.сут; • интенсивность освещения– 1-10 мВт/л

14. Основные положенияконцепции “Контролируемого окислительного стресса” • учет влияния АФК, УФ-излучения солнца, видимого света, их одновременного действия; • - воспроизведение природных условий на открытых поверхностях воды и твердых тел; • - Новые технологические решения, в частности: • - замкнутые системы очистки воды; • - гибридные системы биодеструкции и биоочистки; • - совершенствование высокоплотностного культивирования; • - поддержание высокой активности культур в системах с • иммобилизованными микроорганизмами; • - совершенствование биосинтеза и биоочистки в мембранном • реакторе(искусственная пероксисома); • - получение биопрепаратов с высокой биологической • активностью; • - Принятие во внимание роли АФК, УФ-излучения солнца, видимого света в процессах самоочищения и регуляции активности микробных ценозов, отслеживание этих влияний в системе мониторинга состояния природных водоемов.

15. Система мониторинга Гетеротроф-ные микро-организмы Фототрофные микроорганизмы (микроводоросли, цианобактерии) Концентрация загрязнений (ХПК, N, P, ВВ, и др.) H2O2 в воде hν, видимый свет, УФА + УФБ Маркеры стресс-ответа(SOS-гены и др.) Скорость адаптации к окислительному стрессу Вариант системы мониторинга для оценки состояния природных водоемов, процессов самоочищения и биологической очистки сточных вод

16. Патенты РФ № 2188164 (of 27.08.02) (очистка сточных вод) № 2209186 (of 26.12.2003) (очистка сточных вод) №2268924 (of 23.11.2004) (спиртовая ферментация дрожжей) №2323226 (of 30.05.2006)(культивирования галобактерий) №2323251 (of 30.05.2006) (культивирование галобактерий) Заявка на патентование№2007143891 от 28.11.2007 (получение биоэтанола) Участники: сотрудники и аспиранты кафедры биотехнологии: Калёнов С.В., Сафронов В.В., Вакар Л.Л.; студенты-дипломники При содействии сотрудников ГосНИИгенетика (Складнев Д.А., Миронов А.С.); ФГУП НПО «Астрофизика» (Серегин А.М., Солдатов В.И.)

17. Спасибо за внимание! Контакты: ae-kuz@yandex.ru aekuz@muctr.ru