ՀԱՅԱՍՏԱՆԻ ՀԱՆՔԱՅԻՆ Ա SOԲՅՈՒՐՆԵՐԻS ՄԵSԱՎՈ RODOBACTER SPAHEROIDES  Մոլեկուլային ջրածինը (H2) համարվում է էկոլոգիապես մաքուր վառելիք, որը չի աղտոտում շրջակա միջավայրը վնասակար նյութերով:  Ներկայումս մեծ հետաքրքրություն է ներկայացնում կենսածին H2 (ջրածնի) արտադրությունը [Գաբրիելյան, Թռչունյան, 2009; Hallenbeck et al., 2012; Basak et al., 2014]:   H2- ն արտադրվում է տարբեր կարգապահական խմբերին պատկանող օրգանիզմների կողմից ՝ քիմոտրոֆ բակտերիաներ, ֆոտոտրոֆիկ ծիրանի կանաչ մանրէներ, ցիանոբակտերիաներ, մի շարք ջրիմուռներ:   Ֆոտոսինթեզավորիչների միայն երկու խումբ է կարողանում սինթեզել H2. Միկրո ջրիմուռների ցիանոբակտերիաներն ուղղակի կենսաֆոտոլիզի միջոցով, ծիրանի մանրէները օրգանական թթուների օրգանական միացությունները օքսիդացնող օրգանական թթուների ֆոտոսինթեզով (Գաբրիելյան, Բասակյան, 2009; ալ. H2- ի արտադրությունը օքսիդափոխման գործընթացների արդյունք է (Գաբրիելյան և այլք, 2010, 2014; Հակոբյան և ուրիշներ, 2012 ա):   Օքսիդափոխման գործընթացներ իրականացնելու բակտերիաների կարողությունը կախված է շրջակա միջավայրի օքսիդափոխման ներուժից (OPS), որն իր հերթին կախված է օքսիդափոխման ռեակցիաների արագությունից (Vassilyan, Trchunyan 2008; Poladyan et al., 2013):  Բակտերիաների անաէրոբ աճը կապված է OVP- ի դրական արժեքներից բացասական արժեքների իջեցման հետ, որը նկարագրում է էլեկտրոնների տեղափոխումը բակտերիալ թաղանթով և պրոտոնային ուժի ձևավորմամբ (Հակոբյան և ուրիշներ, 2012b): OVP- ի հնարավոր դերը ցույց է տրվել Escherichia coli- ի `մեկ այլ մանրէի, որն աճում է անաէրոբ կաթնաթթվային պայմաններում (Soghomonyan et al., 2011; Poladyan et al., 2013):  Ույց է տրվել, որ տարբեր օքսիդիչներ և նվազեցնող նյութեր ազդում են մանրէների աճի վրա:  Վերականգնող DL դիթիոտրեյտոլը (DTT) ճնշում է E. coli և կաթնաթթվային բակտերիաների աճին (Վասիլյան, Թռչունյան 2008 թ. Սողոմոնյան և ուրիշներ, 2011 թ.):  Ենթադրվում է, որ DTT- ի ազդեցությունը պայմանավորված է շրջակա միջավայրի OVP- ի վրա անմիջական ազդեցությամբ և կախված է pH- ից:   Enterococcus hirae բակտերիաների դեպքում DTT- ն խթանում է մանրէների աճը (Poladyan et al., 2013): Մի շարք մետաղական իոններ, մասնավորապես երկաթի (Fe) իոնները, որոնք հանդիսանում են բազմաթիվ ֆերմենտների մաս, նույնպես մասնակցում են OV ռեակցիաներին:  Միևնույն ժամանակ, հայտնի է, որ Fe2 + -i ավելցուկը կարող է ճնշել բջիջների աճը (Nies, 1999; Wang, Wan, 2009):  Անաէրոբ պայմաններում Fe2 + - ն ավելի կայուն է, քան Fe3 + - ը:   Չնայած դրանց կոնցենտրացիան կարգավորելու համար երկաթի իոնների գրականություն ներթափանցման ճշգրիտ մեխանիզմները գրականության մեջ լավ հայտնի չեն, դրանք լավ ուսումնասիրված են E. coli մանրէների մեջ:  Հայտնի է, որ Fe2 + կլանման համակարգը գործում է E. coli բակտերիաների անաէրոբ պայմաններում:   Այն ABC փոխադրող է, որը օժտված է Fe2 + - ի նկատմամբ մեծ խնամքով, որը գաղտնի է պահվում feoABC գեներով:   Ենթադրվում է, որ Fe2 + իոնային տրանսպորտը կախված է AED- ից (Nies, 1999; Ma et al., 2009): Fe3 + - ի թափանցելիությունը շատ ցածր է, ինչը դժվարացնում է նրա մուտքը բջիջ: Բջիջները պարունակում են հատուկ երկաթի կապող սպիտակուցներ, որոնք կապվում են երկաթի հետ և տեղափոխում այն ​​բջիջ (Nies, 1999; Ma et al., 2009):  Արտաքին թաղանթն անցնելուց հետո, Fe3 + - սպիտակուցային համակարգը կապվում է հատուկ սպիտակուցների հետ, որոնք ABC փոխադրիչների բաղադրիչներ են և տեղափոխվում են պլազմային թաղանթով (Ma et al., 2009): Հայտնի է, որ տարբեր մետաղների իոններ կարող են օգտագործվել միկրոօրգանիզմների մեծ մասի աճի և նյութափոխանակության համար (Liu et al., 2009; Wang, Wan, 2009):  Օրինակ ՝ երկաթը մի շարք բակտերիաների աճի միջավայրի բաղադրիչ է և հանդիսանում է հիմնական ֆերմենտների մի մասը, որը պատասխանատու է ջրածնի արտադրության, հիդրոգենազների և ազոտազենազների համար:  Հիդրոգենազների ճնշող մեծամասնությունը [Fe] - կամ [Ni-Fe] - ջրածնայիններն են, և ազոտազենազները կազմված են [Mo-Fe-Co] և [Fe-S] բաղադրիչներից (Liu et al., 2009; Wang, Wan, 2009):  Բացի այդ, էլեկտրոնների ֆոտոսինթետիկ տրանսպորտային շղթայի փոխադրիչները, ինչպիսիք են ֆերեդոքսին իտ ցիտոխրոմները, նույնպես պարունակում են Fe (Liu et al., 2009): Dataիրանի մանրէների վրա տարբեր ռեդուկտատորների և օքսիդիչների ազդեցության վերաբերյալ տվյալներ չկան:   Այս ուսումնասիրության մեջ ուսումնասիրվել է Հայաստանի ermերմուկի հանքային աղբյուրից մեկուսացված Rhodobacter sphaeroides MDC6522 բջիջներից մեկուսացված աֆրոդիզիակ բակտերիայի կարգավորումը, ուսումնասիրվել է H2- ի օքսիդիչների կողմից օքսիդիչներով (ֆեռցիանիդ, Fe3 +) և ռեդուկտացիաներով (DTT, Fe2 +): Վերածնիչների (օքսիդիչների) ազդեցության ուսումնասիրությունները թույլ կտան պարզել R.sphaeroides- ի H2 ֆոտոարտադրության ընդհանուր օրինաչափությունները, ինչպես նաև հստակեցնել այս գործընթացի կարգավորման մեխանիզմներն ու եղանակները: Հետազոտության և մեթոդների օբյեկտ:   Այս աշխատանքում օգտագործվել է ծիրանի ոչ ծծմբային մանրէ R. sphaeroides MDC6522 շտամը, որը մեկուսացվել է Հայաստանում ermերմուկ հանքային աղբյուրից:   Բակտերիալ կուլտուրան աճեցվում է անաէրոբ պայմաններում Օրմերոդի հեղուկ միջավայրում, 36 Վ / մ 2 լուսավորության պայմաններում, 28-300C ջերմաստիճանում, սուկինաթթվի առկայության դեպքում ՝ որպես ածխածնի աղբյուր, խմորիչի քաղվածք ՝ որպես ազոտի աղբյուր (Թռչունյան et al., 2012; Հակոբյան և այլք, 2012):   DTF և ferricyanide- ը ներմուծվել են աճող միջավայրում 0,1 մմ, 1 մմ և 2 մմ, իսկ FeSO47H2O և FeCl3 կոնցենտրացիաներում ՝ 40 մկմ, 80 մկմ և 120 մկմ կոնցենտրացիաներում: Մանրէների աճը չափվել է կախոցի օպտիկական խտության չափման միջոցով `օգտագործելով Spectro UVVis Auto (Labomed, ԱՄՆ) սպեկտրաֆոտոմետր 660 նմ լույսի ալիքի կլանմամբ (OH 660) ըստ մանրեների չոր նյութի զանգվածի որոշման` ըստ հետևյալ բանաձևի: չոր քաշ (գ L-1) = OH 660 * 0,43 (Թռչունյան և ուր., 2012):  Հատկապես աճի տեմպը (μ) որոշվել է որպես 0.693 (ln2) և oh հարաբերակցություն ՝ = 0.693 / τ, որտեղ τ- ն մանրէների կասեցման կրկնապատկման ժամանակն է (Թռչունյան և, 2012; Հակոբյան և այլք, 2012 ա; Գաբրիելյան և այլք) ., 2014): Շրջակա միջավայրի pH– ն որոշվել է իոնաչափի (pH 302, Hanna Instruments, Պորտուգալիա) միջոցով և ճշգրտվել է 0,1 Մ NaOH:  Աճի միջին pH- ը պահպանվել է 7.5-ի սահմաններում: Շրջակա OVP- ն չափելու համար օգտագործվել են ВПВ-01 տիպի հարթ կետային պլատին և ОО-021 տիտանի սիլիկատային ապակու էլեկտրոդ:  H2- ի արտադրության մասին վկայում է պլատին-տիտան-սիլիկատային էլեկտրոդների ընթերցումների զգալի տարբերությունը (Թռչունյան և ուրիշներ, 2012 թ., Հակոբյան և այլք, 2012 ա, բ): H2- ի արտադրանքը հաշվարկվել է ըստ Piscar վելի `արտահայտված մմոլ / գ չոր քաշով (Թռչունյան և ուր., 2012; Գաբրիելյան և այլք, 2014):  H2– ի արտադրությունը որոշվել է քիմիապես (Թռչունյան, 2012): Հետազոտության արդյունքները և դրանց քննարկումը: 3.1. R. sphaeroides մանրէների աճի առանձնահատկությունները օքսիդիչների և ռեդուկտատորների առկայության դեպքում:   Ուսումնասիրվել է R. sphaeroides բակտերիաների աճի տեմպը տարբեր օքսիդիչների և ռեդուկտատորների ազդեցության տակ (նկ. 1):   0,1-1 մմ DTT- ն խանգարում է աճի տեսակարար կշռին 1,2-2,25 անգամ, իսկ 2 մմ-ից բարձր կոնցենտրացիաներում ընդհանրապես աճ չի նկատվում:   Միջին միջավայրում Fe2 + (40-120 μM) առկայության դեպքում հատուկ աճի տեմպը աճել է 3.4-4 անգամ `հսկողության համեմատ (նկ. 1):   40 μM Fe2 + - ի առկայության դեպքում նկատվել է առավելագույն ինտենսիվության աճ:  Հետևյալ նկարը նկատվել է միջավայրում օքսիդիչների առկայության դեպքում:  Օքսիդացնող ֆեռցիանիդը (0,1-2 մմ) զսպեց 1,3-3 անգամ աճը, իսկ Fe3 + իոնների ազդեցության տակ մանրէների աճը (40-120 մկմ) աննշան էր, քան վերահսկիչը (նկ. 1):   OV միացությունների կողմից աճի արգելակումը կարող է մասամբ պայմանավորված լինել դրանց անուղղակի ազդեցությամբ OVP– ների վրա, իսկ մյուս կողմից ՝ OV միացությունների փոխազդեցությունը մանրեային թաղանթային սպիտակուցների թիոլի խմբերի հետ: Գծապատկեր 1. R. sphaeroides MDC6522 շտամի աճի հատուկ տեմպը OV միացությունների ազդեցության տակ:  Որպես հսկիչ նյութեր օգտագործվել են միացությունների բացակայության պայմաններում աճած մանրէներ: Շրջակա pH- ի փոփոխությունները մանրէների աճի կարևոր չափանիշներ են (Gabrielyanet et al., 2010):   Վերահսկիչ բջիջների անաէրոբ աճի ժամանակ (մինչև 72 ժամ) շրջակա միջավայրի pH- ն աճում է 7.5-ից ~ 9.5 (նկ. 2):  Վերածնումների առկայության դեպքում շրջակա միջավայրում նկատվում է pH- ի աճ, որը կարող է պայմանավորված լինել օրգանական թթուների կլանմամբ, OH իոնների արտադրությամբ, ինչպես նաև պոլիհիդրօքսիբուտիրատի նման նյութափոխանակության արտադրանքների ձևավորմամբ:  Ֆերչիանիդի առկայությամբ աճեցված մշակույթում pH– ի փոփոխությունն ավելի ցածր է, իսկ pH– ն դիտվում է Fe3 + - ի առկայության դեպքում (նկ. 2): Գծապատկեր 2. OV միացությունների ազդեցության տակ R. sphaeroides MDC6522- ի անաէրոբ աճի ժամանակ շրջակա միջավայրի pH- ի փոփոխություն:  ∆pH- ը մանրէների աճի pH- ի և սկզբնական pH- ի 72 ժամվա տարբերության տարբերությունն է: 3.2. R. sphaeroides մանրէների աճի միջավայրում փոփոխություններ օքսիդիչների և ռեդուկտատորների առկայության դեպքում:   OVP- ն շրջակա միջավայրի համար կարևոր չափանիշ է, որը կարող է բնութագրվել որպես կենսաբանական համակարգի տարբեր հիմքերը օքսիդացնելու կամ նվազեցնելու ունակություն (Վասիլյան, Թռչունյան 2008 թ. Սողոմոնյան և այլք, 2011 թ.):  Դրական-բացասական արժեքները ցույց են տալիս կենսաբանական համակարգերի վերականգնված և օքսիդացված վիճակը: Վերականգնողական DT- ն, որն ապահովում է շրջակա միջավայրի օքսիդափոխման ներուժի բացասական արժեքը (-200 ± 20 մՎ), խթանում է OVP- ի անկումը:   Այս ազդեցությունը կախված է կոնցենտրացիայից (0,1-2 մմ) (նկ. 3 ա):   1 մմ DT- ի առկայության դեպքում OVP- ն իջնում ​​է -680 ± 20 mV:   Մինչդեռ վերահսկիչ բջիջների OVP- ն 72 ժամվա աճի ընթացքում նվազում է մինչև 6 -610 ± 10 մՎ:   80 μM Fe2 + պարունակող միջավայրում OVP- ն իջնում ​​է ՝ հասնելով 7700 ± 20 mV (նկ. 3b):  OVP- ի նման նվազումը ցույց է տալիս վերականգնողական պրոցեսների խթանումը, ինչը բնորոշ է անաէրոբ պայմաններում մանրէների աճին:  Մանրէների աճի ընթացքում OVP- ի փոփոխությունները ցույց են տալիս մանրէների գործունեության մեջ OV գործընթացների կարևորությունը: 0.000,050,100,150,200,250,300,35Fe2 + ¨ Fe3 + ëïáõ · Çã 40 ÙÏØ 80 ÙÏØ 120 ÙÏØ¸ÂÂ ¨ ý »ñÇóÇ³ÝÇ¹ ëïáõ · Çã 0,1 ÙØ 1 ÙØ 2 ÙØ¸ÂÂ² ï» ³Ï³ñ³ñ · õÃÛ õÃÛ (õÝ-1) ü » ¹Fó2 + 0,00,51,01,52,02,5 pH¸ÂÂ ý ñ »óÇóÇ³ÝÇ¹ ëïáõ · Çã 0,1 ÙØ 1 ÙØ 2 eFe2 + ¨ Fe3 + ëïáõ · Çã 40 ÙÏØ 80 ÙÏØ 120 »ü» ñÇóÇ³ÝÇ¹Fe2 + Fe3 + ferricyanide (a) և Fe2 + և Fe3 + իոնների (b) առկայության դեպքում ՝ անաէրոբ աճի ժամանակ: DTT- ի և Նկար 3.-ի փոփոխություն. R. sphaeroides MDC6522 Ի տարբերություն միջավայրի OVP- ի, օքսիդացնող ֆեռցիանիդը ապահովում է միջավայրի իդեալական OVP (250 ± 10 մՎ):  Երբ մանրէները աճեցվում են օքսիդիչի առկայության դեպքում, նկատվում է OVP ճնշման անկում (նկ. 3 ա):   1 մմ ֆեռցիանիդ պարունակող միջավայրում OVP- ն իջնում ​​է և մինչև 500 ± 15 mV:  Այս ազդեցությունը կախված է նաև կենտրոնացումից:  Fe3 + իոնների առկայության դեպքում մանրէների կասեցման OVP- ն էապես չի փոխվել. այս փոփոխությունը նման էր թեստում ստացված արդյունքներին (նկ. 3 բ): Վերոնշյալ ֆիզիկաքիմիական պարամետրերի նման փոփոխությունները կարող են պայմանավորված լինել ոչ միայն խմորման արտադրանքներով, այլ նաև մանրէային բջիջների մակերեսին օքսիդացման գործընթացներով: Արդյունքները ցույց են տալիս օքսիդիչների և ռեդուկտատորների տարբեր ազդեցությունները: 3.3. Օքսիդիչների և ռեդուկտատորների առկայության դեպքում R. sphaeroides մանրէներում H2- ի ֆոտոարտադրություն:  Մանրէների անաէրոբ աճի ժամանակ OVP- ի փոփոխությունը ցույց է տալիս ոչ միայն կարևոր օքսիդատիվ պրոցեսները, այլև H2- ի արտադրությունը (Վասիլյան, Թռչունյան 2008 թ., Հակոբյան և այլք, 2012 ա, Փոլադյան և այլք, 2013 թ.): Այս մանրէների մեջ ուղղակի կապ է հայտնաբերվել OVP- ի և «H2 արտադրության» փոփոխության միջև (Հակոբյան և այլք, 2012 ա, Գաբրիելյան և այլք, 2014 թ.):   Պրոտոնների իջեցումը մինչև H2 նկատվում է խիստ նվազեցված պայմաններում:   Ինչպես ցույց է տրված Նկարում 4-ից, վերականգնվող DTR- ը ճնշում է աճը, բայց խթանում է R. sphaeroides- ի H2 ֆոտոարտադրությունը:   0.1-1 մմ DTT- ի դեպքում, H2- ի ելքը 72 ժամ հետո 1.35 անգամ ավելի բարձր է, քան վերահսկիչը:  Այնուամենայնիվ, 2 մմ DTT- ի առկայության դեպքում, մանրէների աճի 48 ժամվա ընթացքում միջավայրում H2 արտադրություն չի նկատվել, իսկ 72 ժամվա ընթացքում այն ​​գրեթե 3 անգամ ցածր է եղել հսկողությունից (նկ. 4):  Հատկանշական է, որ H2- ի արտադրությունը չի նկատվել Fe2 + իոնների բացակայության պայմաններում, ինչը վկայում է այս իոնի մասնակցությունը H2- ի արտադրությանը:  Μույց է տրվել, որ 80 μM Fe2 + պարունակող միջավայրում H2- ի ելքը 10.54 մմոլ / գ չոր քաշ է, ինչը գրեթե երկու անգամ ավելի բարձր է, քան H2- ի ելքը կառավարման (40 μM Fe2 + միջավայր) (նկ. 4): Նկար 4. OV միացությունների ազդեցությունը H2- ի ելքի վրա R. sphaeroides MDC6522- ի 72 ժամ անաէրոբ աճի ընթացքում: H2- ի ֆոտոարտադրությունը արգելակվում է օքսիդիչների առկայությամբ (նկ. 4):   Երբ ferricyanide- ի կոնցենտրացիան ավելանում է 1-ից 2 մմ Hg, բակտերիաների աճի 72 ժամվա ընթացքում H2- ի արտանետումը նվազում է 3,3-5 անգամ:  Fe3 + իոնների առկայության դեպքում մանրէները չեն արտադրում H2: Ակնհայտ է, որ օքսիդափոխման գործընթացները կարևոր դեր են խաղում R. sphaeroides- ի նյութափոխանակության մեջ:   Բակտերիալ թաղանթներում տեղի ունեցող այս գործընթացների մեծ մասը կախված է OVP- ից:  Օգտագործված OV միացություններն ազդում են OVP– ի միջոցով մանրէների և H2– ի արտադրության աճի վրա: Գրականություն 1. Թռչունյան Ա., Բաղրամյան Կ., Փոլադյան Ա., Գաբրիելյան Լ. Կենսաբանական թաղանթների կենսաֆիզիկա, կենսաէներգետիկա և կենսաքիմիա, Երևան, 2012, 128 էջ: ծծմբային (PNS) մանրէներ տարբեր ռեժիմներում:  Ներկայ առաջընթացը և ապագա հեռանկարը: Int J rogenրածնի էներգիա, գեն.  n էլեկտրաքիմիական և բիոէներգետիկ մոտեցում: Ներսում  Թռչունեան, Ա. (Խմբ.), Բակտերիալ թաղանթներ: ResearchInt J Hydrogen Energy, 2012 ա, 37, 6519–6526: Rhodobacter sphaeroides- ի կենսազրածնի արտադրության գործունեությունը:   դիֆենիլեն յոդոնիումի, հիդրոգենազինհանգստացնողի և դրա լուծիչի դիմեթիլսուլֆօքսիդի ազդեցությունները: J Bioenerg Biomembr, 2012b, 44, 495–502.11: Ma Zh., Jacobsen FE., Giedroc DP., Metal Transporters և մետաղական տվիչներ:  ինչպես է քիմիան վերահսկում կաթնաթթվային բակտերիաների մանրէների աճը:  օքսիդիչների և ռեդուկտորների ազդեցությունը: Appl Biochem Microbiol (Մոսկվա), 2011, 47, տիկ. Պողոսյան, Լիլիթ Գաբրիելյան Hayatani հանքային աղբյուրներ ։

Ուսումնասիրվել  է  Հայաստանի  Ջերմուկ  հանքային  աղբյուրից  անջատված  Rhodobacter  sphaeroides  MDC6522-ում  կենսաջրածնի  (Н2)  ֆոտոարտադրությունը  տարբեր  օքսիդիչների  և  վերականգնիչների  ազդեցությամբ։
   Վերականգնիչ  դիթիոթրեիտոլն  արգելակում  է  բակտերիաների  անաերոբ  աճը,  սակայն  խթանում  է  H2-ի  ֆոտոարտադրությունը,  իսկ  օքսիդիչ  ֆերիցիանիդն  արգելակում  է  երկու  գործընթացներն  էլ։
   Fe2+-ը  խթանում  է  բակտերիաների  աճը  և  H2-ի  ֆոտոարտադրությունը,  ընդ  որում  H2-ի  առավելագույն  ելք  գրանցվում  է  80  մկՄ  կոնցենտրացիայի դեպքում։
  Fe2+ իոնների բացակայությամբ H2-ի արտադրություն չի դիտվում, ինչը վկայում է H2ի արտադրության գործընթացում այս իոնի կարևորության մասին։
  Fe3+-ի իոնների առկայութամբ H2-ի արտադրություն նույնպես չի գրանցվել։
  Ստացված տվյալները վկայում են, որ H2-ի արտադրության համար անհրաժեշտ է  վերականգնված միջավայր։
