Dzelzs jonu un aerācijas ietekme uz Azotobacter choococcum 23 šūnu antioksidatīvām īpašībām un pielāgošanos osmotiskajam stresam.

Abstract

Bakalaura darbā tika pētīti dzelzs jonu koncentrācijas fermentācijas barotnē un aerācijas intensitātes ietekme uz Azotobacter chroococcum 23 augšanas procesu, šūnu kopējām antioksidatīvām īpašībām, atsevišķu fermentu, superoksīddismutāzes (SOD) un katalāzes aktivitāti, kā arī uz šūnu spējām sintezēt rezerves savienojumus normālos un osmotiskā stresa kultivēšanas apstākļos. Baktēriju kultivēšanai tika izvēlēti trīs aerācijas līmeņi, kā arī trīs dzelzs jonu koncentrācijas barotnē. Šūnu fizioloģiskās īpašības tika raksturotas visos izvēlētajos kultivēšanas apstākļos, nosakot biomasas iznākumu no patērētā oglekļa substrāta, glikozes un dzelzs jonu patēriņu, kopējās antioksidatīvas aktivitātes, SOD un katalāzes aktivitātes un tādu rezerves savienojumu iekš šūnu saturu kā poli-β-hidroksibutirāts (PHB) un trehaloze, kā normālos, tā arī osmotiskā stresa apstākļos. Osmotiskā stresa apstākļos šūnas izmanto aizsargmehānismus, kuru mērķis ir līdzsvarot ūdens trūkumu šūnu citoplazmā, sintezējot kompensācijas savienojumus, tādus kā trehalozi, glikogēnu un polihidroksialkonoātus (PHA) un dažādas aminoskābes, kuras ir raksturīgs tieši baktēriju šūnām. Pamatojoties uz iegūtajiem datiem var secināt, ka dzelzs klātiene barotnē ir nepieciešama šūnu augšanai. Osmotiskā stresa apstākļi noved pie būtiska biomasas iznākuma samazinājuma no patērētā substrāta un kopējās šūnu augšanas aktivitātes samazinājuma. Dzelzs ietekmē arī šūnu kopējo antioksidatīvo aktivitāti, jo tas ir iesaistīts antioksidatīvo fermentu sintēzē. Osmotiskā stresa apstākļi paaugstina šūnu antioksidatīvo aktivitāti, it īpaši dzelzs jonu klātienē. Antioksidatīvo fermentu SOD un katalāzes aktivitāte ir atkarīga gan no dzelzs satura barotnē, gan no aerācijas intensitātes. Osmotiskais stress ievērojami samazina abu fermentu aktivitāti, sevišķi tas attiecās uz katalāzi, visos kultivēšanas apstākļos, neatkarīgi no dzelzs satura un aerācijas līmeņa. Ja PHB sintēze un uzkrāšana šūnās normālos kultivēšanas apstākļos ir atkarīga galvenokārt no aerācijas līmeņa, tad osmotiska stresa apstākļos PHB sintēze krasi samazinās un oglekļa avots tiek izmantots trehalozes sintēzei, kas šādos apstākļos pilda aizsarg komponenta funkcijas un nodrošina šūnu dzīvotspēju. Bakalaura darbs tika izstrādāts Latvijas Universitātes Mikrobioloģijas un Biotehnoloģijas institūtā laika posmā no 2008. gada oktobra līdz 2009. gada jūnijam. Bakalaura darbs sastāv no 8 tabulām, 3 attēliem, 55 literatūras avotiem, 4 pielikumiem. Bakalaura darba apjoms 40 lpp. Atslēgas vārdi: Azotobacter chroococcum, PHB, trehaloze, SOD, katalāze, dzelzs, aerācija, antioksidatīvā aktivitāte, osmotiskais stress.

In this work the influence of iron concentration and aeration intensity on the Azotobacter chroococcum 23 cell growth, antioxidative processes, such enzymes as superoxide dismutase (SOD) and catalase activity, and cells possibility to synthesize reserve compounds in normal and osmotic stress cultivation conditions was studied. For cells cultivation three different iron concentrations and also three aeration levels in growth medium were chosen. Cells physiological properties were described in all selected cultivation conditions, determining biomass results from consumed carbon substratum, glucose and iron ions uptake, total antioxidative activity, SOD and catalase activity and such reserve compounds intracellular content as poly-β-hydroxybutyrate (PHB) and trehalose under normal and osmotic stress conditions. In osmotic stress conditions cells use defense mechanisms which balance water lack in cells cytoplasm by synthesizing compensating compounds, such as trehalose, glycogen and polyhydroxyalkanoates (PHA) and different amino acids, from which the last ones are typical for bacteria cells. The basis of obtained results leads to conclusion that iron is essential in growth medium for cells growth. Osmotic stress leads to constitutive biomass yield decrease and total cells growth activity decease. Iron affects also antioxidative activity because it is involved in antioxidative enzymes synthesis. Osmotic stress raise cells antioxidative activity especially in the presence of iron ions. SOD and catalase activity is dependent from iron content in growth medium and aeration intensity. Osmotic stress noticeably decreases both enzymes activity, especially catalase activity in all cultivation conditions apart from iron content and aeration level. If PHB synthesis and accumulation in cells in normal cultivation conditions is dependent mainly from aeration level, then in osmotic stress conditions PHB synthesis decrease and carbon source attains to be used for trehalose synthesis which as the compound with osmoprotectant function reduce the inhibitory effects of high osmolarity and promote the growth under salt stress. This work has been developed at the Institute of Microbiology and Biotechnology, University of Latvia during the period from October 2008 till June 2009. This work consists of 8 tables, 3 figure, 55 literature sources and 4 additions. The size of this work is 40 pages. Key words: Azotobacter chroococcum, PHB, trehalose, SOD, catalase, iron, aeration, antioxidative activity, osmotic stress.