Использование гелий-неонового лазера в стимуляции роста хемолитотрофных бактерии
Научная библиотека 25.05.2017 Комментариев к записи Использование гелий-неонового лазера в стимуляции роста хемолитотрофных бактерии нетКанаева З.К., Канаев А.Т., Аманбаева У., Сейдахмет З. // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2016. – № 4-4. – С. 732-736; УДК 581.52;550.72
Разработана схема последовательных пассажей для получения активных популяций штаммов А. ferrooxіdans, основанная на определении интервалов между пассажами по срокам окисления закисного железа. Облучение гелий-неоновым лазером (ГНЛ) в непрерывном режиме при длине волны 632,8 нм вызывает ускорение окисления закисного железа, которое зависит от продолжительности облучения и физиологического состояния штаммов. Однократное облучение в течение 1 минуты культуры А. ferrooxіdans штамм № 0 сокращает время окисления закисного железа на 3 суток, А. ferrooxіdans штамм 1 – на 7 суток, А. ferrooxіdans штамм 2 на – 4 суток. Активные культуры, полученные методом последовательных пассажей, не реагируют на действие гелий-неонового лазера.
Биологические ткани способны поглощать кванты лазерного излучения. По закону Эйнштейна-Старка на каждый поглощенный фотон при фотохимической реакции образуется активированная частица (атом, молекула, свободный радикал). За ней следует клеточная реакция (первичная), переходящая в генерализованную (системную, вторичную) реакцию [3, 4]. Эффект, оказываемый гелий-неонового лазера (ГНЛ) на биологический объект, зависит от мощности излучения, плотности его потока, экспозиции, количества и регулярности сеансов. Эти параметры ГНЛ определяют степень повышения тканевого дыхания, интенсивность обменных процессов, проницаемость сосудисто-тканевых барьеров [1]. ГНЛ стимулирует синтез коллагена за счет увеличения численности фибробластов, возрастанию их функциональной активности, проявляющейся в повышении интенсивности синтеза ДНК и РНК в фибробластах, ускорению их дифференцировки и самого процесса коллагенизации [2, 5]. После воздействия ГНЛ в ране увеличивается не только количество фибробластов, но и полинуклеаров, полибластов, профибробластов, плазмоцитов, макофагов, клеток многослойного эпителия, тканевых базофилов. Тем самым ГНЛ ускоряет фазу регенерации.
Целью первого этапа исследований было изучение действия низкоинтенсивного лазерного излучения на исходные ( неактивные) штаммы А. ferrooxіdans.
Материалы и методы исследования
В качестве объектов исследования служили три штамма А. ferrooxіdans (рис. 1).
Рис. 1
В качестве питательной среды использовали среду Сильвермана и Лундгрена 9К. Среда составлялась из 2-х растворов. Они готовились раздельно и имели следующий состав (г/л): 1-й раствор в 700 мл дистиллированной воды растворяли (NH4)2SO4 – 3,0; К2НРО4 – 0,5; MgSO4×7Н2О-0,5; КCl – 0,1; Ca(NO3)2 – 0,01.
2-й раствор: в 300 мл дистиллированной воды растворяли FeSO4×7H2O – 44,22, добавляли 1 мл 10N H2SO4. Приготовленные растворы смешивали, рН среды доводили до 2,0.
Результаты исследования и их обсуждение
Об эффективности воздействия лазерного излучения изучены лишь на гетеротрофных микроорганизмах и полностью отсутствуют сведения по воздействию лучей лазера на микроорганизмы, представляющие практический интерес для металлургической промышленности. Поэтому нами предпринято изучение влияния низкоинтенсивного гелий-неонового лазера на окислительную способность А. ferrooxіdans – обитателей рудничных вод металлодобывающих комбинатов.
Обычно используют лучи лазера в непрерывном и импульсном режиме, однако мы не нашли в литературе данных о воздействии двух режимов на штаммы одного вида бактерий. Они обычно проводились на разных видах или даже родах микроорганизмов. Нами впервые изучено отношение тиобацилл к разным режимам лазерного облучения: импульсного и непрерывного. Во всех исследованиях по изучению лазерного излучения использовали две культуры: исходную, далее называемую неактивной и активную, полученную в результате последовательных пассажей.
Исследуемые штаммы подвергали воздействию низкоинтенсивного излучения гелий-неонового лазера, с одновременным изучением динамики железоокислительного процесса в течение всего срока глубинного культивирования культур на качалке.
Культуры А. ferrooxіdans подвергали воздействию низкоинтенсивного излучения гелий-неонового лазера в двух режимах облучения: непрерывном и импульсном. И непрерывный, и импульсный режимы облучения на штаммы А. ferrooxіdans проводили одно- и многократно. Схема лазерной обработки указана на нижеследующем рисунке (рис. 2).
Рис. 2. Обработка культур гелий-неоновым лазером
Для того, чтобы исключить возможность действия гелий-неонового лазера на химическое окисление закисного железа, мы провели эксперименты по облучению среды. Условия лазерного воздействия были аналогичны облучению среды, инокулированной бактериями. Лазерному излучению подвергалась среда 9 К в колбе в течение 1, 2 и 5 минут, а также на протяжении семи суток, во время которых колбы находились на качалке, то есть условия аэрации были такими же, как в опытном варианте с облучением популяций.
О действии лазерного излучения на среду 9К судили по скорости окисления закисного железа комплексонометрически. На рис. 3 приведены данные по непрерывному облучению среды в течение 7 суток.
Рис. 3. Облучение среды Сильвермана и Лундгрена (9К) гелий-неоновым лазером
Определение содержания железа в течение всего эксперимента показало отсутствие окислительного процесса, содержание Fe2+ почти не изменялось на протяжении всего эксперимента. Таким образом, в течение 9 суток не происходило химическое окисление закисного железа и облучение лазером не изменяло ситуацию.
Мы начинали свои исследования с изучения действия однократного облучения гелий-неонового лазера. Суспензии культур облучались в течение 1 или 2 минут, подвергались облучению как исходные культуры, так и культуры, полученные после многократных пассажей. Первые обозначены нами как «неактивные», вторые – «активными».
Таким образом, однократному воздействию гелий-неонового лазера подвергались исходные неактивные культуры А. ferrooxіdans, а также культуры, отобранные в результате автоселекциии после многократных пассажей.
После одно- и многократного облучения культуры выращивали на качалке и ежесуточно определяли количество закисного железа. Результаты эксперимента представлены на рис. 4.
Рис. 4. Однократное действие гелий-неонового лазера на аборегенные культуры – А – А. ferrooxіdans штамм № 0, Б – А. ferrooxіdans штамм 1, В – А. ferrooxіdans штамм 2
Все штаммы рода Thіobacіllus одинаково реагировали на воздействие гелий-неонового лазера, а именно, после облучения культуры быстрее окисляли закисное железо в окисное. Заметное активизирующее влияние на А. ferrooxіdans и А.ferrooxіdans штамм 1, независимо от продолжительности облучения, проявилось уже на вторые сутки роста.
Активацию штамма 2, в эти сроки, вызывало облучение в течение 2 минут. Культура А. ferrooxіdans штамм № 0, облученная в течение 2 минут в начале роста быстрее окисляла Fe2+, но после 6 суток активность ее ослабевала и окисление Fe2+ завершалось через 13 суток. Популяция, облученная в течение 1 минуты, наоборот, вначале уступала по активности популяции, облученной в течение 2 минут, но затем активность ее стала возрастать и, в итоге, окисление закисного железа завершалось на 11 сутки. Влияние продолжительности облучения особенно было заметно на штамме 1.
Популяция, облучавшаяся в течение 1 минуты, завершила окисление на 11 сутки, как и культура А. ferrooxіdans штамм № 0, а после 2 минутного облучения только на 14 сутки. Штамм 2 отличался по ответу на лазерное облучение от двух предыдущих. Отличие было не только в том, что эта культура слабее активизировалась лазером, но и в иной реакции на продолжительность облучения. Популяция этой культуры, подвергнутая 1 минутному воздействию лазера, только в конце процесса по активности превзошла популяцию, получившую в два раза большую дозу.
Степень ускорения превращения Fe2+ в Fe3+ у первых двух штаммов после 8 суток роста зависела от продолжительности облучения. Менее длительное воздействие (в течение 1 минуты) по конечным результатам оказалось более эффективным, чем двухминутное. Однако, разница между одно- и двухминутным облучением выявлялась в разные сроки культивирования.
Так, у А. ferrooxіdans штамм № 0 уже через четверо суток роста было заметно, что одноминутное облучение эффективнее, чем двухминутное. В контрольных вариантах окисление Fe2+ идет плавно, постепенно снижаясь до нуля.
После воздействия лазерного излучения в первые восемь суток форма кривых опытных вариантов почти повторяет кривые контрольных, но скорость окисления Fe2+ увеличивается. К концу культивирования происходит резкое увеличение скорости окисления Fe2+, которое у А.ferrooxіdans штамм № 0 приходится на девятые сутки, у А. ferrooxіdans штамм 1 на десятые сутки, А. ferrooxіdans штамм 2 на двенадцатые сутки.
Показатели железоокисления всех трех штаммов А.ferroоxіdans приводят к выводу, что наиболее заметно активизируется лучом лазера штамм 1, у которого разница в сроках окислительного процесса между контролем и экспериментальным вариантом составила семь суток, в то время, как у А. ferrooxіdans штамм № 0 – трое суток, у штамма 2 – четверо суток.
По конечным результатам, по срокам завершения окисления закисного железа, наиболее эффективным оказалось 1 минутное облучение. В этих условиях наиболее сильно активизировались культуры А. ferrooxіdans штамм 1 и А. ferrooxіdans штамм № 0. Однако разница между штаммами лучше выявлялась при воздействии лазера в течение 2 минут. Так, после 2-х минутного облучения лучшие результаты были получены с А. ferrooxіdans штамм № 0 (окисление завершилось на 13 сутки), на втором месте оказалась культура А. ferrooxіdans штамм 1 (окисление завершилось на 14 сутки), и на третьем месте А. ferrooxіdans штамм 2 (окисление завершилось на 15 сутки).
Выводы
Таким образом, однократное воздействие лазером в непрерывном режиме активизировало окислительный процесс и эффективность лазерного воздействия зависела от продолжительности облучения и штаммовых различий культур.
Полное содержание статьи: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=9065
Leave a comment
You must be logged in to post a comment.