ВПЛИВ АЛЬГІНАТНОЇ ІММОБІЛІЗАЦІЇ NOSTOC COMMUNE НА КІНЕТИКУ ВИЛУЧЕННЯ ІОНІВ КУПРУМУ З ВОДНОГО СЕРЕДОВИЩА
DOI:
https://doi.org/10.31861/biosystems2026.02.289Ключові слова:
Nostoc commune, купрум, іммобілізація, альгінатний гель, біоремедіація, біосорбція, біоакумуляція, важкі металиАнотація
Зростання техногенного та мілітарного навантаження на водні екосистеми України внаслідок бойових дій, вибухів боєприпасів і руйнування промислової інфраструктури зумовлює нагальну потребу у розробці та вдосконаленні біотехнологічних підходів для очищення води від важких металів. Серед воєнних полютантів особливе місце посідає купрум, високі концентрації якого виявляють виражену альгіцидну та цитотоксичну дію на гідробіонти. У роботі проведено порівняльну оцінку ефективності вилучення іонів купруму з водного середовища за допомогою вільносуспензійної та іммобілізованої в 1,5%-й альгінатний гель культури ціанобактерії Nostoc commune за умов широкого діапазону токсичного навантаження (1–100 ГДК) протягом 15 діб.
Установлено, що іммобілізація клітин ностоку в альгінатний матрикс стримує інтенсивність їх проліферації (чисельність у межах 1,8–2,2×106 кл/мл проти 9,4–9,8×106 кл/мл у суспензії), що зумовлено механічними обмеженнями та дифузійним бар'єром. Водночас гелевий носій забезпечує стабільно високий рівень життєздатності ціанобактерій (77–92,4%) та ефективно екранує їх від купрум-індукованого стресорного впливу на початкових етапах культивування. У суспензійній культурі за 100 ГДК зафіксовано стрімку загибель клітин (виживаність знижувалась до 53% на 3-тю добу) з подальшим спалахом чисельності на 12–15-ту добу внаслідок компенсаторного ефекту.
Дослідження динаміки вилучення купруму методом атомно-абсорбційної спектрометрії підтвердило високу деконтамінаційну здатність обох форм N. commune. Проте іммобілізована система демонструвала виражену перевагу на початкових етапах і досягала максимального ступеня очищення середовища (залишковий вміст купруму близько 30%) за навантаження 5 ГДК на 15-ту добу. Зіставлення низького приросту біомаси зі стабільно високим відсотком зв'язування металу доводить, що іммобілізовані клітини N. commune володіють значно вищою питомою сорбційною ємністю на одиницю біомаси. Висока ефективність біоремедіації забезпечується синергією первинної іонообмінної сорбції альгінатним матриксом та подальшої внутрішньоклітинної біоакумуляції. Отримані результати підтверджують високий потенціал використання альгінатних форм N. commune для глибокого очищення водних середовищ без необхідності утилізації значних об'ємів відпрацьованої надлишкової біомаси.
Посилання
Cepoi, L., Zinicovscaia, I., Valuta, A., Codreanu, L., Rudi, L., Chiriac, T., Yushin, N., Grozdov, D., & Peshkova, A. (2022). Peculiarities of the edaphic cyanobacterium Nostoc linckia culture response and heavy metal accumulation from copper-containing multimetal systems. Toxics, 10(3), Article 113. https://doi.org/10.3390/toxics10030113
2. Cheban, L. M., et al. (2020). Obtaining phycobiliprotein-containing Nostoc linckia (Roth.) Born. et Flah biomass via bioconversion of waste water from recirculating aquaculture systems (RAS). Nova Biotechnologica et Chimica, 19(2), 240–247. https://doi.org/10.36547/nbc.v19i2.592
3. Queiroz, J. C., de Melo Ferreira, A. C., & da Costa, A. C. A. (2012). The growth of Monoraphidium sp. and Scenedesmus sp. cells in the presence of thorium. The Scientific World Journal, 2012, Article 592721. https://doi.org/10.1100/2012/592721
4. Geng, C., Zhou, B., Calabrese, E. J., & Agathokleous, E. (2025). Stimulation of Microcystis aeruginosa by subtoxic concentrations of contaminants: A meta-analysis. Environmental Research, 271, Article 121105. https://doi.org/10.1016/j.envres.2025.121105
5. Gerloff, G. C., Fitzgerald, G. P., & Skoog, F. (1950). The isolation, purification, and culture of blue-green algae. American Journal of Botany, 37(3), 216–218. https://doi.org/10.1002/j.1537-2197.1950.tb12184.x
6. Lee, K. Y., & Mooney, D. J. (2012). Alginate: Properties and biomedical applications. Progress in Polymer Science, 37(1), 106–126. https://doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2011.06.003
7. Lourembam, J., Haobam, B., Singh, K. B., Verma, S., & Rajan, J. P. (2024). The molecular insights of cyanobacterial bioremediations of heavy metals: The current and the future challenges. Frontiers in Microbiology, 15, Article 1450992. https://doi.org/10.3389/fmicb.2024.1450992
8. Mahl, C. R. A., Bataglioli, R. A., Calais, G. B., Taketa, T. B., & Beppu, M. M. (2022). Role of alginate composition on copper ion uptake in the presence of histidine or beta-amyloid. Molecules, 27(23), Article 8334. https://doi.org/10.3390/molecules27238334
9. Moreno-Garrido, I. (2008). Microalgae immobilization: Current techniques and uses. Bioresource Technology, 99(10), 3949–3964. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2007.05.040
10. Moreno-Garrido, I. (2013). Microalgal immobilization methods. In J. M. Guisan (Ed.), Immobilization of enzymes and cells (Methods in Molecular Biology, Vol. 1051, pp. 327–347). Humana Press. https://doi.org/10.1007/978-1-62703-550-7_22
11. Mussakulkyzy, A., Opp, C., Amirgaliev, N., Madibekov, A., Ismukhanova, L., & Zhadi, A. (2025). Transmission of heavy metals in river water and self-purification capacity of Ile River. Applied Sciences, 15(12), Article 6548. https://doi.org/10.3390/app15126548
12. Oder, J. C., Sateles, T. E., de Souza, L. B., Nunes-Nesi, A., Araújo, W. L., & Alvarenga-Lucius, L. (2025). Metabolic responses, uptake, and export of copper in cyanobacteria. Biology, 14(7), Article 798. https://doi.org/10.3390/biology14070798
13. Pandey, N., Patel, A., Tiwari, S., & Prasad, S. M. (2022). Differential response of copper nanoparticles and ionic copper on growth, chlorophyll fluorescence, oxidative stress, and antioxidant machinery of two paddy field cyanobacteria. Ecotoxicology, 31(6), 933–947. https://doi.org/10.1007/s10646-022-02553-3
14. Shybanova, A., Ruda, M., & Paslavskyi, M. (2025). Impact of active military actions on the ecological state of soil and water resources in southern Ukraine. Herald of Khmelnytskyi National University. Technical Sciences, 351(3), 579–584. https://doi.org/10.31891/2307-5732-2025-351-75
15. United Nations Environment Programme. (2022). The environmental impact of the conflict in Ukraine: A preliminary review. https://www.unep.org/resources/report/environmental-impactconflict-ukraine-preliminary-review
16. Valko, M., Morris, H., & Cronin, M. T. D. (2005). Metals, toxicity and oxidative stress. Current Medicinal Chemistry, 12(10), 1161–1208. https://doi.org/10.2174/0929867053764635
17. Wang, B., Wan, Y., Zheng, Y., Lee, X., Liu, T., Yu, Z., Huang, J., Ok, Y. S., Chen, J., & Gao, B. (2019). Alginate-based composites for environmental applications: A critical review. Critical Reviews in Environmental Science and Technology, 49(4), 318–356. https://doi.org/10.1080/10643389.2018.1547621
18. Yashchenko, L., Androshchuk, O., Vasylenko, L., & Chornoivan, Y. (2025). Environmental risks of heavy metal pollution in war-affected soils in Ukraine. European Journal of Environmental Sciences, 15(1), 18–27. https://doi.org/10.14712/23361964.2025.3
