Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Lựa chọn và sàng lọc các hợp tác vi sinh vật cho sự phân hủy hiệu quả và thân thiện với môi trường đối với rác thải nhựa thu gom từ các khu vực đô thị và nông thôn của Bangalore, Ấn Độ
Tóm tắt
Quá trình công nghiệp hóa và đô thị hóa đã dẫn đến sự tích tụ lớn rác thải nhựa trên toàn Ấn Độ. Sự tồn tại của nhựa trong môi trường đất và nước đã trở thành mối đe dọa sinh thái đối với các thành phố lớn như Bangalore, Ấn Độ. Nghiên cứu hiện tại điều tra một phương pháp xử lý chất thải nhựa thân thiện với môi trường, hiệu quả và tiết kiệm chi phí thông qua việc sàng lọc các tập hợp vi sinh vật mới có khả năng phân hủy các polymer nhựa. Mẫu đất và nước bị ô nhiễm nhựa đã được thu thập từ sáu điểm nóng ở cả khu vực đô thị và nông thôn của Bangalore. Vi khuẩn phân hủy nhựa đã được làm giàu, và khả năng phân hủy được xác định bằng phương pháp khoảng rõ. Tỷ lệ phân hủy polymer ban đầu được theo dõi thông qua phương pháp giảm cân, và các chủng vi khuẩn chính được phân loại theo các giao thức vi sinh chuẩn. Những chủng này được sử dụng để tạo thành các tập hợp vi sinh vật, và hiệu quả phân hủy của các tập hợp được so sánh với từng chủng riêng lẻ và các chủng đã biết từ Bộ sưu tập văn hóa vi sinh (MTCC) và Ngân hàng Gene, Ấn Độ. Một trong những enzym chính phụ trách phân hủy polymer đã được xác định, và cơ chế phân hủy sinh học đã được giả thuyết thông qua các nghiên cứu tin sinh học. Từ nghiên cứu này, rõ ràng là vi khuẩn đã sử dụng polymer nhựa như một nguồn carbon duy nhất và cho thấy sự giảm trọng lượng từ 20 đến 50 % trong vòng 120 ngày. Hai loại vi khuẩn chính có trách nhiệm phân hủy được xác định vi sinh học là Pseudomonas spp. Những vi khuẩn này có thể sinh trưởng tối ưu ở nhiệt độ 37 °C với pH 9.0 và cho thấy sự giảm trọng lượng nhựa từ 35 đến 40 % trong vòng 120 ngày. Những chủng này cho thấy khả năng phân hủy tốt hơn so với các chủng đã biết từ MTCC. Nghiên cứu hiện tại còn chỉ ra rằng các tập hợp vi sinh vật được hình thành bằng cách kết hợp Pseudomonas spp. cho thấy sự giảm trọng lượng nhựa 40 % trong vòng 90 ngày. Hơn nữa, lipase ngoại bào, một trong những enzym chính tham gia vào phân hủy polymer, đã được xác định. Các nghiên cứu docking tính toán đã gợi ý rằng polyethylene glycol và polystyrene có trong nhựa có thể tương tác tốt với lipase vi sinh vật với lực liên kết và tương tác ổn định, có thể là một trong những lý do cho các cơ chế phân hủy.
Từ khóa
Tài liệu tham khảo
Al-Tubuly, A. A. (2000). SDS-PAGE and Western blotting. Methods in Molecular Medicine, 40, 391–405.
Andrady, A. L., & Neal, M. A. (2009). Applications and societal benefits of plastics. Philosophical Transactions of the Royal Society, B: Biological Sciences, 364, 1977–1984.
Angkawidjaja, C., You, D. J., Matsumura, H., Kuwahara, K., Koga, Y., Takano, K., & Kanaya, S. (2007). Crystal structure of a family I.3 lipase from Pseudomonas sp. MIS38 in a closed conformation. FEBS Letters, 581(26), 5060–5064.
Anwar, M. S., Negi, H., Zaidi, M. G. H., Gupta, S., & Goel, R. (2013). Biodeterioration studies of thermoplastics in nature using indigenous bacterial consortium. Brazilian Archives of Biology and Biotechnology, 56, 475–484.
Beveridge, T. J. (2001). Use of Gram stain in microbiology. Biotechnic & Histochemistry, 76, 111–118.
Bhardwaj, H., Gupta, R., & Tiwari, A. (2012). Microbial population associated with plastic degradation. Scientific Reports, 5, 272–274.
Bosma, T., Damborský, J., Stucki, G., & Janssen, D. B. (2002). Biodegradation of 1, 2, 3-trichloropropane through directed evolution and heterologous expression of a haloalkane dehalogenase gene. Applied and Environmental Microbiology, 68(7), 3582–3587.
Cao, Y. M., Xu, L., & Jia, L. Y. (2011). Analysis of PCBs degradation abilities of biphenyl dioxygenase derived from Enterobacter sp. LY402 by molecular simulation. Nature Biotechnology, 29(1), 90–98.
Cosgrove, L., McGeechan, P. L., Robson, G. D., & Handley, P. S. (2007). Fungal communities associated with degradation of polyester polyurethane in soil. Applied and Environmental Microbiology, 73(18), 5817–5824.
Dey, U., Mondal, N. K., Das, K., & Dutta, S. (2012). An approach to polymer degradation through microbes. ISOR Journal of Pharmacy, 2, 385–388.
El-Fantroussi, S. (2000). Enrichment and molecular characterization of a bacterial culture that degrades methoxy-methyl urea herbicides and their aniline derivatives. Applied and Environmental Microbiology, 66, 5110–5115.
Geldreich, E. E., Nash, H. D., Reasoner, D. J., & Taylor, R. H. (1972). The necessity of controlling bacterial populations in potable waters: community water supply. Journal of the American Water Works Association, 64, 596–602.
Gnanavel, G., JayaValli, M. V. P., Thirumarimurugan, M., & Kannadasan, T. (2012). Degradation of plastics using microorganisms. International Journal of Pharmaceutical and Chemical Sciences, 1, 691–694.
Gu, J. D., Ford, T. E., Mitton, D. B., Mitchell, R. (2000). Microbial corrosion of metals. The Uhlig Corrosion Handbook. 2nd Edition, New York Wiley.
Gupta, R., Gupta, N., & Rathi, P. (2004). Bacterial lipases: an overview of production, purification and biochemical properties. Applied Microbiology and Biotechnology, 64, 763–781.
Hanson, J. R., Ackerman, C. E., & Scow, K. M. (1999). Biodegradation of methyl tert-butyl ether by a bacterial pure culture. Applied and Environmental Microbiology, 65(11), 4788–4792.
Hemashenpagam, N., Growther, L., Murgalatha, N., Raj, V. S., & Vimal, S. S. (2013). Isolation and characterization of a bacterium that degrades PBSA. International Journal of Pharma and Bio Sciences, 4, 335–342.
Jayasiri, H. B., Purushothman, C. S., & Vennila, A. (2013). Plastic litter accumulation on high-water strandline of urban beaches in Mumbai, India. Environmental Monitoring and Assessments, 185, 7709–7719.
John, R. C., Essien, J. P., Akpan, S. B., & Okpokwasili, G. C. (2012). Polycyclic aromatic hydrocarbon-degrading bacteria from aviation fuel spill site at Ibeno, Nigeria. Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology, 88, 1014–1019.
Jurtshuk, P., Jr., & McQuitty, D. N. (1976). Use of quantitative oxidase test for characterizing oxidative metabolism in bacteria. Applied and Environmental Microbiology, 31, 668–679.
Kathiresan, K. (2003). Polythene and plastics-degrading microbes from the mangrove soil. Revista de Biología Tropical, 51(3), 629–634.
Kim, M. N., Lee, S. H., Kim, W. G., & Weon, H. Y. (2007). Screening of microorganisms with high poly (butylene succinate-co-butylene adipate)-degrading activity. Korean Journal of Environmental Biology, 2, 267–272.
Klein, P. D., Graham, D. Y., & Gaillour, A. (1991). Water source as risk factor for Helicobacter pylori infection in Peruvian children. The Lancet, 337, 1503–1506.
Kukreja, V., & Bera, B. (2005). Lipase from Pseudomonas aeroginosa MTCC 2488: partial purification, characterization and calcium dependent thermostability. Indian Journal of Biotechnology, 4, 222–226.
Kyaw, B. M., Chmpakalakshmi, R., Sakharkar, M. K., Lim, C. S., & Sakharkar, K. R. (2012). Biodegradation of low density polythene (LDPE) by Pseudomonas species. Indian Journal of Microbiology, 52, 411–419.
Lee, Y. J., Kim, K. S., Kwon, Y. K., & Tak, R. B. (2003). Biochemical characteristics and antimicrobials susceptibility of Salmonella gallinarum isolated in Korea. Journal of Veterinary Science, 4(2), 161–166.
Mossel, D. A. A., Mengerink, W. H. J., & Scholts, H. H. (1962). Use of modified MacConkey agar medium for the selective growth and enumeration of Enterobacteriaceae. Applied Microbiology, 84, 235–240.
Nanda, S., Sahu, S. S., & Abraham, J. (2010). Studies on the biodegradation of natural and synthetic polyethylene by Pseudomonas spp. Journal of Applied Sciences and Environmental Management, 14, 57–60.
Narancic, T., Djokica, L., Kennyb, S. T., O’Connorb, K. E., Radulovica, V., Nikodinovic-Runica, J., & Vasiljevic, B. (2012). Metabolic versatility of Gram-positive microbial isolates from contaminated river sediments. Journal of Hazardous Materials, 215, 243–251.
Obradors, N., & Aguilar, J. (1991). Efficient biodegradation of high-molecular weight polyethylene glycol by pure cultures of Pseudomonas stutzeri. Applied and Environmental Microbiology, 58, 2383–2388.
Pattusamy, V., Nandini, N., Kumar, V. M., & Bheemappa, K. (2013). Water quality studies of Bellandur Lake, Urban Bangalore, Karnataka, India. International Journal of Advanced Research, 1, 77–82.
Ramachandra, T. V., Alakananda, B., Rani, A., & Khan, M. A. (2011). Ecological and socio-economic assessment of Varthur wetland, Bengaluru (India). Journal of Environmental Science & Engineering, 53, 101–108.
Ravikumar, P., Mehmood, M. A., & Somashekhar, R. K. (2013). Water quality index to determine the surface water quality of Sankey Tank and Mallathahalli Lake, Bangalore Urban District, Karnataka, India. Applied Water Sciences, 3, 247–261.
Ray, S. S., Bandyopadhyay, J., & Bousmina, M. (2007). Thermal and thermomechanical properties of poly(butylene succinate)-coadipatenanocomposite. Polymer Degradation and Stability, 92, 802–812.
Rengachari, S., Aschauer, P., Schittmayer, M., Mayer, N., Gruber, K., Breinbauer, R., Birner-Gruenberger, R., Dreveny, I., & Oberer, M. (2013). Conformational plasticity and ligand binding of bacterial monoacylglycerol lipase. Journal of Biological Chemistry, 288(43), 31093–31104.
Roy, P. K., Titus, S., Surekha, P., Tulsi, E., Deshmukh, C., & Rajgopal, C. (2008). Degradation of abiotically aged LDPE films containing pro-oxidant by bacterial consortia. Polymer Degradation and Stability, 93, 1917–1922.
Sah, A., Negi, H., Kapri, A., Anwar, S., & Goel, R. (2011). Comparative shelf life and efficacy of LDPE and PVC degrading bacterial consortia under bioformulation. Ekologija, 57, 55–61.
Sanders, E. R. (2012). Aseptic laboratory techniques: plating methods. Journal of Visualized Experiments, 11(63), e3064. doi:10.3791/3064.
Schneidman-Duhovny, D., Inbar, Y., Nussinov, R., & Wolfson, H. J. (2005). PatchDock and SymmDock: servers for rigid and symmetric docking. Nucleic Acids Research, 33, W363–W367.
Schrag, J. D., Li, Y., Cygler, M., Lang, D., Burgdorf, T., Hecht, H. J., Schmid, R., Schomburg, D., Rydel, T. J., Oliver, J. D., Strickland, L. C., Dunaway, C. M., Larson, S. B., Day, J., & McPherson, A. (1997). The open conformation of a Pseudomonas lipase. Structure, 5(2), 187–202.
Seeliger, D., & de Groot, B. L. (2010). Ligand docking and binding analysis with PyMOL. Journal of Computer-Aided Molecular Design, 24, 417–422.
Sengupta, S., & Chattopadhyay, M. K. (1993). Lowry’s method of protein estimation: some more insights. Journal of Pharmacy and Pharmacology, 45, 80.
Shabtai, Y., & Daya-Mishne, N. (1992). Production, purification and pProperties of a lipase from a bacterium (Pseudomonas aeroginosa YS-7) capable of growing in water-restricted environments. Applied and Environmental Microbiology, 58, 174–180.
Shah, A. A., Hasan, F., Akhter, J. I., Hameed, A., & Ahmed, S. (2008). Degradation of polyurethane by novel bacterial consortium isolated from soil. Annals of Microbiology, 55, 381–386.
Shimao, M. (2001). Biodegradation of plastics. Current Opinion in Biotechnology, 12, 242–247.
Stager, C. E., Erikson, E., & Davis, J. R. (1983). Rapid method for detection, identification and susceptibility testing of enteric pathogens. Journal of Clinical Microbiology, 17, 79–84.
Sussman, J. L., Lin, D., Jiang, J., Manning, N. O., Prilusky, J., Ritter, O. A., & Abola, E. E. (1998). Protein Data Bank (PDB): database of the three-dimensional structural information of biological macromolecules. Acta Crystallographica Section D, 54, 1078–1084.
Szita, G., Tabajdi, V., Fábián, A., Biró, G., Reichart, O., & Körmöczy, P. S. (1998). A novel synthetic acetamide containing culture medium for isolating Pseudomonas aeruginosa from milk. International Journal of Food Microbiology, 43, 123–127.
Taylor, W. I., & Achanzar, D. (1972). Catalase test as an aid to the identification of Enterobacteriaceae. Applied Microbiology, 29, 58–61.
The Times of India, August 16, 2007; www.timesofindia.indiatimes.com, Accessed on 5th May, 2014.
Titters, R. R., & Sancholzer, L. A. (1936). The use of semi-solid agar for the detection of bacterial motility. Journal of Bacteriology, 31, 575–580.
Tokiwa, Y., Calabia, B. P., Ugwu, C. U., & Aiba, S. (2009). Biodegradability of plastics. International Journal of Molecular Sciences, 10(9), 3722–3742.
Tosin, M., Weber, M., Siotto, M., Lott, C., & Degli, I. F. (2012). Laboratory test methods to determine the degradation of plastics in marine environmental conditions. Frontiers in Microbiology, 3, 225.
Tribedi, P., & Sil, A. K. (2013). Cell surface hydrophobicity: a key component in the degradation of polyethylene succinate by Pseudomonas sp. AKS2. Journal Applied Microbioliogy. doi:10.1111/jam.12375.
Tribedi, P., Sarkar, S., Mukherjee, K., & Sil, A. K. (2012). Isolation of a novel Pseudomonas sp. from soil that can efficiently degrade polyethylene succinate. Environmental Science and Pollution Research, 19(6), 2115–2124.
Tserki, V., Matzinose, P., Pavalidou, E., Vachliotic, D., & Panayiotou, C. (2006). Biodegradable alipetic polyester: part1properties and biodegradation of poly (butylene succinate-co-butylene adipate). Polymer Degradation and Stability, 91, 367–376.
Uchida, H., Nakajima-Kambe, T., Shigeno-Akutsu, Y., Nomura, N., Tokiwa, Y., & Nakahara, T. (2000). Properties of a bacterium which degrades solid poly (tetramethylene succinate)-co-adipate, a biodegradable plastic. FEMS Microbiology Letters, 189(1), 25–29.
Usha, R., Sangeetha, T., & Palaniswamy, M. (2011). Screening of polyethylene degrading microorganisms from garbage soil. Libyan Agriculture Research Center Journal International, 2, 200–204.
Wongwilaiwalin, S., Laothanachareon, T., Mhuantong, W., Tangphatsornruang, S., Eurwilaichitr, L., Igarashi, Y., & Champreda, V. (2013). Comparative metagenomic analysis of microcosm structures and lignocellulolytic enzyme systems of symbiotic biomass-degrading consortia. Appled Microbiology and Biotechnology, 97(20), 8941–8954.
Wu, J. H., Liu, W. T., Tseng, I. C., & Cheng, S. S. (2000). Characterization of microbial consortia in a terephthalate-degrading anaerobic granular sludge system. Microbiology, 147, 373–382.
Yoon, M. G., Jeon, H. J., & Kim, M. N. (2012). Biodegradation of polyethylene by a soil bacterium and alkB cloned recombinant cell. Journal of Bioremedediation and Biodegradation, 3, 145.
Zheng, Y., Yanful, E. K., & Bassi, A. S. (2005). A review of plastic waste biodegradation. Critical Reviews in Biotechnology, 25, 243–250.
Zubris, K. A. V., & Richards, B. K. (2005). Synthetic fibers as an indicator of land application of sludge. Environmental Pollution, 138, 201–211.