ВПЛИВ ІОНІВ PB²⁺ НА СИНТЕЗ ЕКЗОПОЛІСАХАРИДНОГО КОМПЛЕКСУ GORDONIA RUBRIPERTINCTA
DOI:
https://doi.org/10.31861/biosystems2026.01.196Ключові слова:
Gordonia rubripertincta, іони плюмбуму, екзополісахариди, біоремедіація, важкі металиАнотація
На сьогодні питання забруднення біосфери солями важких металів є одним із ключових викликів для безпеки та збереження екосистем. Серед них особливе місце посідає свинець – токсичний метал, який масово потрапляє у воду та ґрунти через промислові викиди, видобуток копалин та наслідки збройних конфліктів. Свинець не розкладається з часом, а постійно накопичується у довкіллі. Високі концентрації цього металу згубно впливають на живі організми. Класичні фізико-хімічні підходи до детоксикації ґрунтів і вод зазвичай потребують значних фінансових вкладень та супроводжуються генерацією небезпечних вторинних відходів, що ускладнює їх утилізацію. З огляду на це, перспективною альтернативою стають технології біоремедіації, що базуються на здатності специфічних мікроорганізмів акумулювати або нейтралізувати екотоксиканти. Особливу увагу привертають бактерії, що здатні виживати в екстремальних умовах.
У роботі досліджено вплив свинцевого навантаження (зокрема, іонів плюмбуму у концентрації до 0,6 мг/л) на адаптивні реакції актинобактерій G. rubripertincta.
Встановлено, що бактерії проявляють надзвичайно високу толерантність до іонів плюмбуму. Наявність токсиканта у концентраціях до 600 мкг/л не інгібує ріст культури, забезпечуючи стабільне накопичення біомаси на рівні та формування колоній. При цьому констатовано дозозалежну інтенсифікацію синтезу екзополісахаридів. За максимального токсичного навантаження концентрація клітинно-зв'язаних екзополісахаридів зростає майже в 1,5 рази, а вільних – у 5 разів. Позаклітинні екзометаболіти досліджуваного мікроорганізму, очевидно, формують надійний протекторний бар'єр, який забезпечує інтенсивне зв'язування та іммобілізацію Pb2+ на поверхні клітин. Оцінка динаміки цього процесу засвідчила, що за умов внесення у середовище 6 мкг/л та 60 мкг/л токсиканта бактерії вилучають із середовища 66% і 76% плюмбуму відповідно. Отримані результати підтверджують високий біоремедіаційний потенціал G. rubripertincta за умов жорсткого хімічного стресу. Зокрема, виявлені механізми мікробної адаптації відкривають багатообіцяючі перспективи для розробки ефективних біопрепаратів нового покоління. Такі екологічно безпечні препарати можуть бути успішно застосовані для повноцінного відновлення сільськогосподарських ґрунтів та очищення стічних вод промислових підприємств від іонів важких металів. Подальші фундаментальні дослідження будуть логічно спрямовані на детальне вивчення генетичних детермінант металорезистентності цього цінного штаму та оптимізацію умов його масового культивування.
Посилання
1. Tchounwou, P. B., Yedjou, C. G., Patlolla, A. K., & Sutton, D. J. (2012). Heavy metal toxicity and the environment. Experientia supplementum, 101, 133-164. https://doi.org/10.1007/978-3-7643-8340-4_6
2. Flora, G., Gupta, D., & Tiwari, A. (2012). Toxicity of lead: A review with recent updates. Interdisciplinary toxicology, 5(2), 47-58. https://doi.org/10.2478/v10102-012-0009-2
3. Kumar, A., Kumar, A., M. M. S., C. P., Chaturvedi, A. K., Shabnam, A. A., ... & Yadav, S. K. (2020). Lead toxicity: health hazards, influence on the food chain, and sustainable remediation approaches. International Journal of Environmental Research and Public Health, 17(7), 2179. https://doi.org/10.3390/ijerph17072179
4. Needleman, H. (2004). Lead poisoning. Annual Review of Medicine, 55, 209-222. https://doi.org/10.1146/annurev.med.55.091902.103653
5. Certini, G., Scalenghe, R., & Woods, W. I. (2013). The impact of warfare on the soil environment. Earth-Science Reviews, 127, 1–15. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2013.08.009
6. Zhou, Q., Yang, N., Li, Y., Ren, B., Ding, X., Bian, H., & Yao, X. (2020). Total concentrations and sources of heavy metal pollution in global river and lake water bodies from 1972 to 2017. Global Ecology and Conservation, 15, e00425. https://doi.org/10.1016/j.gecco.2020.e00925
7. Pourrut, B., Shahid, M., Dumat, C., Winterton, P., & Pinelli, E. (2011). Lead uptake, toxicity, and detoxification in plants. Reviews of Environmental Contamination and Toxicology, 213, 113-136. https://doi.org/10.1007/978-1-4419-9860-6_4
8. Wani, A. L., Ara, A., & Usmani, J. A. (2015). Lead toxicity: a review. Interdisciplinary toxicology, 8(2), 55-64. https://doi.org/10.1515/intox-2015-0009
9. Matović, V., Buha, A., Đukić-Ćosić, D., & Bulat, Z. (2015). Insight into the oxidative stress induced by lead and/or cadmium in blood, liver, and kidneys. Food and Chemical Toxicology, 78, 130–140. https://doi.org/10.1016/j.fct.2015.02.011
10. Ercal N., Gurer-Orhan H., & Aykin-Burns N. (2001). Toxic Metals and Oxidative Stress Part I: Mechanisms Involved in Metal-Induced Oxidative Damage. Current Topics in Medicinal Chemistry, 156(1), 529–639. http://dx.doi.org/10.2174/1568026013394831
11. El Khattabi, O., Lamwati, Y., Henkrar, F., Collin, B., Levard, C., Colin, F., Smouni, A., & Fahr, M. (2025). Lead-induced changes in plant cell ultrastructure: an overview. BioMetals, 38(1), 1–19. https://doi.org/10.1007/s10534-024-00639-5
12. Ali, H., Khan, E., & Sajad, M. A. (2013). Phytoremediation of heavy metals – concepts and applications. Chemosphere, 91(7), 869–881. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2013.01.075
13. Dixit, R., Wasiullah, Malaviya, D., Pandiyan, K., Singh, U. B., Sahu, A., ... & Paul, D. (2015). Bioremediation of heavy metals from soil and aquatic environments: an overview of principles and criteria of fundamental processes. Sustainability, 7(2), 2189-2212. https://doi.org/10.3390/su7022189
14. Snizhko, S., Shevchenko, O., & Didovets, I. (2021). Ecological assessment of surface water quality. Journal of Water and Land Development, 49, 73-80. 10.17721/2308-135X.2020.56.52-57
15. Dreywood, R. (1946). Qualitative test for carbohydrate material. Industrial & Engineering Chemistry Analytical Edition, 18(8), 499-499. https://doi.org/10.1021/i560156a015
16. Arenskötter, M., Bröker, D., & Steinbüchel, A. (2004). Biology of the metabolically diverse genus Gordonia. Applied and Environmental Microbiology, 70(6), 3195–3204. https://doi.org/10.1128/AEM.70.6.3195-3204.2004
17. Álvarez, A., Yañez, M. L., Benimeli, C. S., & Amoroso, M. J. (2017). Actinobacteria: Current research and perspectives for bioremediation of pesticides and heavy metals. Chemosphere, 166, 41–62. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2016.09.070
18. Gupta, P., & Diwan, B. (2017). Bacterial exopolysaccharide-mediated heavy metal removal: A review on biosynthesis, mechanism, and remediation strategies. Biotechnology Reports, 13, 58–71. https://doi.org/10.1016/j.btre.2016.12.006
19. Tiquia-Arashiro, S. M. (2018). Lead absorption mechanisms in bacteria as strategies for lead bioremediation. Applied Microbiology and Biotechnology, 102(13), 5437–5444. https://doi.org/10.1007/s00253-018-8969-6 .
