Введение. Темпы роста и развитие национальной экономики стимулируют увеличение производства продукции различных отраслей

Темпы роста и развитие национальной экономики стимулируют увеличение производства продукции различных отраслей, что, в свою очередь, влечет за собой образование огромного количества токсичных и нетоксичных отходов, обладающих слабой биодоступностью. Это так называемые ксенобиотики – чужеродные для живых организмов химические вещества, естественно не входящие в биотический круговорот, и, как правило, прямо или косвенно порождённые хозяйственной деятельностью человека. К ним относятся: пестициды, минеральные удобрения, моющие средства (детергенты), радионуклиды, синтетические красители, полиароматические углеводороды и др. Многие из этих соединений характеризуются высокой устойчивостью к химическому и биологическому разложению, они способны сохраняться в окружающей среде в течение десятков лет и переноситься по пищевым цепям, приводя к сокращению биоразнообразия, нарушению экологического баланса в живой природе и развитию серьезных заболеваний человека, таких как рак, аллергические реакции, изменение наследственных признаков, снижение иммунитета, нарушение обмена веществ.

В связи с этим возникает острая необходимость в разработке методов деградации ксенобиотиков. Однако очень важно, чтобы при этом использовались экологически чистые методы, исключающие ситуацию, когда при утилизации одного отхода получают другой, менее токсичный, но слабо разлагаемый отход-ксенобиотик.

Одним из наиболее перспективных способов в области деградации загрязняющих веществ является использование микроорганизмов. Преимущество биологических методов деградации ксенобиотиков перед химическими и физическими заключается в том, что данные методы характеризуются относительно небольшим капиталовложением, низким энергопотреблением, способностью к самоподдерживанию и саморегуляции, экологической безопасностью – в большинстве случаев позволяют исключить возможность образования новых загрязнителей. Ряд микроорганизмов, обладающих огромным разнообразием ферментных систем и значительной лабильностью метаболизма, способен полностью трансформировать сложную молекулу токсиканта, либо приводить к ее неполному превращению, в результате чего молекула утрачивает токсичность и становится доступной для других микроорганизмов.

Одними из наиболее перспективных биодеструкторов ксенобиотиков являются ксилотрофные базидиомицеты, продуцирующие комплекс внеклеточных лигнолитических ферментов, таких как лигнинпероксидаза, Mn-пероксидаза и лакказа. Данные ферменты катализируют окисление широкого круга органических и неорганических соединений, включая орто- и парадифенолы, аминофенолы, полифенолы и лигниноподобные соединения.

Лакказа – медьсодержащий фермент класса оксидредуктаз (КФ 1.10.3.2 п-дифенол: кислород оксидоредуктаза), катализирующий окисление огромного количества органических и неорганических субстратов молекулярным кислородом с сопутствующим восстановлением последнего непосредственно до воды, минуя стадию образования пероксида водорода.

Лакказа обладает широкой субстратной специфичностью, высокой активностью и стабильностью, что делает возможным ее использование для практических целей, в частности, для биодеградации ксенобиотиков.

Во многих случаях вопрос о том, разрушаются ли токсические вещества полностью или подвергаются биотрансформации в какие-либо иные соединения, не всегда ясен [Скрябин, Головлева. 1976].

Наиболее эффективным способом биодеградации ксенобиотиков с использованием базидиальных грибов является применение методов, включающих иммобилизацию мицелия гриба на различных носителях [Iqbal M. et al., 2005; Lu Y. et al., 2009; Ortega-Clemente A. et al., 2009; Rodrí guez Couto S. et al., 2004; Susla M. et al., 2007 и др.]. Это связано с тем, что большинство грибных культур в природной среде способны самопроизвольно закрепляться на различных поверхностях, поэтому иммобилизация для них является естественным состоянием. В качестве носителей для иммобилизации базидиальных грибов многие авторы предлагают различные материалы, среди которых поликапроамидные волокна [Черных и др., 2005], пеностекло [Ehlers G.A. et al., 2004]], сосновая стружка [Susla M. et al., 2006], частицы вспененного полиуретана [Chairattanamanokorn P et al., 2005], Са -альгинатные шарики [Wu J. et al., 2007; Enayatzamir K. et al., 2009], растительная губка люфа [Iqbal M. et al., 2005], карбоксиметилцеллюлозные шарики [Bayramoğ lu G. et al., 2003], радиополимерный гидрогель [Petre M. et al., 2001], губки из нержавеющей стали [Rodrí guez Couto S. et al., 2004], криогель ПВС [патент РФ № 2315102, 2008].

Помимо этого использование иммобилизованной биомассы предполагает возможность ее многократного применения, а также простоту отделения биомассы от реакционной среды. Несмотря на очевидные преимущества использования иммобилизованных продуцентов для осуществления процессов биодеградации, промышленного применения данного метода пока не существует.

Цель данной работы заключалась в разработке способов биокаталитической деградации токсических веществ в сточных водах с использованием иммобилизованного на биодеградируемом носителе мицелия высшего базидиального гриба–ксилотрофа – промышленного продуцента фермента лакказы, способного к биотрансформации широкого круга промышленных токсических соединений.

Задачами исследования явились поиск наиболее перспективных и экологичных носителей для иммобилизации штамма-продуцента лакказы, установление наиболее эффективного метода иммобилизации гриба, определение оптимальных параметров для проведения процесса биодеградации ксенобиотиков с использованием иммобилизованного мицелия, разработка экспериментальной установки для биодеградации ксенобиотиков.