Diversity of mixed microorganism population after screening in the presence of selected VOCs

• Autorzy: Greń I. , Gąszczak A. , Bartelmus G. , Łabużek S.

Warianty tytułu

PL

Zróżnicowanie mieszanych populacji mikroorganizmów po skriningu w obecności wybranych lotnych związków organicznych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Biological methods of productive gases treatment from Volatile Organic Compounds are based on the catalytic activities of degradative enzymes from environmental microorganisms. That is why screening for microorganisms able to degrade xenobiotics is performed. In order to isolate microorganisms able do degrade selected VOCs (vinyl acetate and styrene), soil sampling was performed in the area of Synthos S.A. in Oswiecim (Poland) (formerly Chemical Company “Dwory” S.A.) in August 2006. Two independent localizations were chosen for the collection of samples, and they were the outlet of gases arising during polymerisation of polyvinyl acetate and polystyrene. Different selection media were applied. They consisted of mineral salts solution, buffer components, and selective factor. As the selective factor increasing concentrations (50÷4000 mg/dm3) of vinyl acetate or constant concentration of styrene (100 mg/dm3) were applied. There was no increase of styrene concentration due to the significant drop in the amount of mixed population of microorganisms after application of that selective factor. Isolation, determination of microorganisms’ amount on the grounds of colony morphology and results of the Gram staining of cells, were carried out after introduction of vinyl acetate in the concentrations of 1500, 2000, 2500, 3000 and 3500 mg/dm3, and at the end of 6 weeks adaptation to styrene. Presence of selected VOCs caused significant changes in the amount and composition of mixed population of microorganisms. Both, vinyl acetate and styrene, resulted in the decrease of the initial number of populations. The ratio of Gram-negative to Gram-positive cells was changing in the presence of selected VOCs. In the beginning Gram-negative bacteria predominated. Increasing concentrations of vinyl acetate brought about gradual decrease in the number of Gram-positive bacteria, and finally after application of 3000 mg/dm3 of vinyl acetate mixed populations consisted of only Gram-negative bacteria. Different chemical structure of styrene probably caused almost complete decay of Gram-negative bacteria in the presence of that selective factor. Differences in the structure of the bacterial cell envelopes are most likely the reason of increased survivability of Gram-positive bacteria, mainly filiform cells of Actinomycetes.

PL

Biologiczne metody oczyszczania gazów poprodukcyjnych z lotnych związków organicznych wykorzystują zdolności katalityczne enzymów degradacyjnych szczepów środowiskowych. W tym celu poszukuje się w środowisku mikroorganizmów zdolnych do rozkładu różnych substancji o charakterze ksenobiotycznym. W celu pozyskania szczepów zdolnych do rozkładu wybranych lotnych związków organicznych (VOC), to jest octanu winylu i/lub styrenu, pobrano próbki glebowe w sierpniu 2006 roku na terenie firmy Synthos S.A. w Oświęcimiu (dawniej Dwory S.A.) z dwóch niezależnych stanowisk, będących miejscami wylotu różnych rodzajów zanieczyszczeń poprodukcyjnych w procesie syntezy polioctanu winylu oraz polistyrenu. Zastosowano różne podłoża selekcyjne, w których obok roztworu soli mineralnych i składników buforujących jako czynnik selekcyjny wykorzystano albo wzrastające stężenia octanu winylu (50÷4000 mg/dm3), albo stałe stężenie styrenu (100 mg/dm3). Nie zwiększano wprowadzonej dawki styrenu, gdyż od pierwszego tygodnia adaptacji zaobserwowano drastyczne zmniejszanie liczebności mieszanej populacji po zastosowaniu tego czynnika selekcyjnego. Izolację szczepów, określanie ich liczebności na podstawie różnic morfologicznych kolonii wyrosłych na podłożu z agarem odżywczym oraz komórek barwionych metodą Grama wykonano po zastosowaniu dawek 1500, 2000, 2500, 3000 i 3500 mg/dm3 octanu winylu oraz po 6 tygodniach prowadzenia adaptacji do obecności styrenu. Obecność wybranych lotnych związków organicznych spowodowała znaczne zmiany w liczebności i składzie mieszanych populacji mikroorganizmów. Obydwa związki przyczyniły się do spadku wyjściowej liczebności populacji. Różnice w działaniu obu związków ujawniły się w zmianie stosunku bakterii Gram-dodatnich do Gram-ujemnych badanych populacji, który w momencie rozpoczęcia hodowli adaptacyjnych był przesunięty w kierunku szczepów Gram-ujemnych. Wzrastające stężenia octanu winylu przyczyniły się do zmniejszenia liczebności szczepów Gram-dodatnich aż do całkowitego ich zaniku po zastosowaniu dawki 3000 mg/dm3 octanu winylu. Zupełnie odmienna struktura chemiczna styrenu spowodowała praktycznie całkowity zanik szczepów Gram-ujemnych. Odmienna budowa kompleksu ścianowo-błonowego bakterii Gram-dodatnich i Gram-ujemnych jest prawdopodobnie przyczyną zwiększonej przeżywalności szczepów Gram-dodatnich, wśród których przeważały nitkowate formy mikroorganizmów należących do promieniowców.

Słowa kluczowe

EN

isolation of microorganisms; volatile organic compounds; biological waste gases treatment

PL

izolacja mikroorganizmów; lotne związki organiczne (LZO); biologiczne metody oczyszczania gazów

• Wydawca: Towarzystwo Chemii i Inżynierii Ekologicznej
• Czasopismo: Proceedings of ECOpole
• Rocznik: 2010
• Tom: Vol. 4, No. 1
• Strony: 55--60
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Greń I.

• Department of Biochemistry, Faculty of Biology and Environment Protection, University of Silesia, ul. Jagiellońska 28, 40-032 Katowice

autor

Gąszczak A.

• Institute of Chemical Engineering, Polish Academy of Sciences, ul. Bałtycka 5, 44-100 Gliw

autor

Bartelmus G.

• Institute of Chemical Engineering, Polish Academy of Sciences, ul. Bałtycka 5, 44-100 Gliw

autor

Łabużek S.

• Department of Biochemistry, Faculty of Biology and Environment Protection, University of Silesia, ul. Jagiellońska 28, 40-032 Katowice

Bibliografia

• [1] Chmiel A.: Biotechnologia. Podstawy mikrobiologiczne i biochemiczne. WN PWN, Warszawa 1998.
• [2] Van der Meer J.R., Vos W.M., Harayama S. and Zehdner A.J.B.: Molecular mechanisms of genetic adaptation to xenobiotic compounds. Microbiol. Rev., 1992, 56, 677-694.
• [3] Segura A., Duque E., Mosqueda G., Ramos J.L. and Junker F.: Multiple response of Gram-negative bacteria to organic solvents. Environ. Microbiol., 1999, 1(3), 191-198.
• [4] MSDS for vinyl acetate monomer - http://www.jubl.com/msds/msds-VAM-(Vinyl-acetatemonomer)%20.pdf
• [5] Greń I., Gąszczak A., Szczyrba E. and Łabużek S.: Enrichment, isolation and susceptibility profile to the growth substrate of bacterial strains able to degrade vinyl acetate. Polish. J. Environ. Stud., 2009, 18(3), 383-390.
• [6] Seeley H.W., Vandemark P.J. and Lee J.J.: Microbes in action. A laboratory manual of microbiology. 4th ed. W.H. Freeman and Company, New York 1991, 78-79.
• [7] Nieder M., Sunarko B. and Meyer O.: Degradation of vinyl acetate by soil, sewage, sludge, and the newly isolated aerobic bacterium V2. Appl. Environ. Microbiol., 1990, 56, 3023-3028.
• [8] Przybulewska K., Wieczorek A. and Nowak A.: Isolation of microorganisms capable of styrene degradation. Polish. J. Environ. Stud., 2006, 15(5), 777-783.
• [9] Arnold M., Reittu A., von Wright A., Martikainen P.J. and Suihko M.-L.: Bacterial degradation of styrene in waste gases using a peat filter. Appl. Microbiol. Biotechnol., 1997, 48, 738-744.
• [10] Mooney A., Ward P.G. and O’Connor K.E.: Microbial degradation of styrene: biochemistry, molecular genetics, and perspectives for biotechnological applications. Appl. Microbiol. Biotechnol., 2006, 72, 1-10.
• [11] Qi B., Moe W.M. and Kinney K.A.: Biodegradation of volatile organic compounds by five fungal species. Appl. Microbiol. Biotechnol., 2002, 58, 684-689.
• [12] Fernandes P., Ferreira B.S. and Sampaio Cabral J.M.: Solvent tolerance in bacteria: role of efflux pumps and cross-resistance with antibiotics. Int. J. Antimicrob. Agents, 2003, 22, 211-216.
• [13] Sardessai Y. and Bhosle S.: Tolerance of bacteria to organic solvents. Res. Microbiol., 2002, 153, 263-268.