БАКТЕРИИ PSEUDOMONAS PUTIDA BS3701 КАК БИОКАТАЛИЗАТОР В

БАКТЕРИИ PSEUDOMONAS PUTIDA BS3701 КАК БИОКАТАЛИЗАТОР В
МЕДИАТОРНЫХ БИОСЕНСОРАХ
Матюхина К.Г., Бабкина Е.Е.
Тульский государственный университет
Тула, Россия
MEDIATED BIOSENSOR WITH BACTERIA PSEUDOMONAS PUTIDA BS3701
BASED BIOCATALYST
Matukhina K.G., Babkina E.E.
Tula State University
Tula, Russia
Одним из наиболее распространенных загрязнителей в современном мире является
нефть и нефтепродукты. Для определения широкого спектра органических соединений, в
том числе – ароматических углеводородов и их производных, в образцах окружающей
среды могут быть использованы микробные биосенсоры. Биосенсоры полезны при непрерывном мониторинге загрязненной области. Главное преимущество биосенсоров заключается в том, что их использование позволяет проводить анализ образцов без пробоподготовки в полевых условиях. Хотя многие биосенсорные методы не могут конкурировать с
обычными аналитическими методами по точности и воспроизводимости определения, они
могут использоваться как экспресс-методы для рутинного анализа. Кроме того, исследование биохимического поведения микроорганизмов в условиях электрокаталитического
окисления субстратов может внести вклад в понимание механизмов функционирования
ферментных систем бактериальных клеток.
Среди грамотрицательных бактерий наиболее эффективные деструкторы ксенобиотиков относятся к роду псевдомонад. Бактериальный штамм Pseudomonas putida BS3701
способен к биодеградации углеводородов. Однако возможность биоэлектрокаталитического окисления органических соединений этими бактериями в присутствии медиаторов
электронного транспорта не изучена. Целью данной работы являлось изучение функционирования ферментных систем бактерий Pseudomonas putida BS3701 при электрокаталитическом окислении субстратов в присутствии различных медиаторов электронного
транспорта в рецепторном элементе биосенсора. В качестве медиаторов использовали
ферроцен и 1,1’-диметилферроцен.
В работе использовали углеродно-пастовый электрод с иммобилизованными адсорбцией бактериями Pseudomonas putida BS3701. Медиаторы вводили в состав углеродной пасты. Измерения проводили в амперометрическом режиме при потенциале 250 мВ в
фосфатно-цитратном буферном растворе рН=6,0 при постоянном перемешивании.
Была изучена субстратная специфичность бактерий Pseudomonas putida BS3701 в
условиях электрокаталитического окисления. В качестве субстратов использованы компоненты нефти и итермедиаты биодеградации углеводородов нефти – гексан, октан, толуол,
нафталин, бензойная кислота, салициловая кислота, и глюкоза– универсальный источник
углерода и энергии практически для всех микроорганизмов. Сенсоры на основе бактерий
Pseudomonas
putida
BS3701
в
присутствии
медиаторов
ферроцена
и
1,1’-
диметилферроцена генерировали ответы только на один из исследуемых субстратов –
глюкозу. Следовательно, система «бактериальные клетки Pseudomonas putida BS3701 –
медиатор» не может использоваться для определения компонентов нефти и интермедиатов ее биодеградации.
Для сравнительной оценки эффективности взаимодействия медиаторов электронного транспорта с ферментами в составе целых клеток в качестве субстрата использовали
глюкозу. Окисление глюкозы иммобилизованными бактериями в присутствии медиаторов
переноса электронов рассматривали как двухсубстратную ферментативную реакцию, протекающую по механизму «пинг-понг». Из принятой модели следует, что отношение величин Imax/KM характеризует взаимодействие медиатора с активным центром фермента и дает индекс эффективности медиатора. Из полученных для биосенсоров на основе бактерий
Pseudomonas putida BS3701 зависимостей генерируемого тока I от концентрации глюкозы
в условиях избытка медиатора и от концентрации медиаторов при избытке глюкозы (50
мМ) были вычислены значения максимального тока биоэлектрокаталитического окисления Imax и константы Михаэлиса по субстрату KS и медиатору Kм. Анализ величин Imax/KM
для показал, что в исследуемой системе 1,1’-диметилферроцен является более эффективным медиатором электронного транспорта, чем ферроцен. Таким образом, параметром,
оказывающим существенное влияние на скорость электрокаталитического процесса, является тип используемого медиатора.
Полученные данные имеют практическую значимость и могут использоваться при
создании медиаторных биосенсоров.
Работа выполнена при поддержке ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры
инновационной России» (2009-2013 г.) госконтракт №02.740.11.0296, госконтракт
№П258