Mgr Dorota Wieczorek – IV rok studiów



Degradacja wiązania C-P w aminofosfonianach przez grzyby strzępkowe

Promotor: prof. dr hab. inż. Paweł Kafarski

Słowa kluczowe projektu: ksenobiotyki fosforoorganiczne, grzyby strzępkowe, biodegradacja


Cele projektu

Głównym celem projektu będzie sprawdzenie zdolności różnych gatunków grzybów strzępkowych do biodegradacji związków aminofosfonowych zawierających jedną, dwie i więcej grup fosfonowych oraz określenie produktów tego procesu.

Związki fosfonowe stanowią grupą substancji zaliczanych do związków fosforoorganicznych. Cechą charakterystyczną tych substancji jest obecność w strukturze ich cząsteczek bezpośredniego, kowalencyjnego wiązania łączącego ze sobą atomy węgla i fosforu. Ze względu na wysoką energię wiązania C-P, fosfoniany wykazują dużą trwałość i odporność na chemiczne metody rozkładu takie jak fotoliza, hydroliza czy termoliza. Prócz dużej stabilności, związki fosfonoorganiczne posiadają także szereg innych cech, które sprawiły, że znalazły one szerokie zastosowanie w wielu dziedzinach gospodarki. Istotny wpływ fosfonianów na funkcjonowanie wielu szlaków metabolicznych sprawił, iż substancje te wykorzystuje się m.in. jako pestycydy albo leki, podczas gdy właściwości kompleksujące tych połączeń spowodowały, że stosowane są powszechnie jako środki antykorozyjne i dodatki do detergentów. Tak intensywna eksploatacja związków fosfonowych sprawiła, że corocznie do środowiska uwalniane są dziesiątki tysięcy ton tych ksenobiotyków , co przy braku skutecznych i tanich metod ich utylizacji stanowi poważny problem dla prawidłowego funkcjonowania ekosystemów. Alternatywą dla chemicznych metod utylizacji fosfonianów jest ich biodegradacja, jednak wiedza w tym zakresie wciąż jest bardzo fragmentaryczna.

Obecnie wiadomo, że niektóre mikroorganizmy, szczególnie te zasiedlające środowisko glebowe, posiadają zdolność do degradowania związków fosfonowych, traktując je jako źródło podstawowych składników pokarmowych W grupie organizmów posiadających tę cechę najczęściej wymienia się bakterie oraz grzyby strzępkowe. Grzyby pleśniowe pomimo tego, iż posiadają ogromne możliwości adaptacji do różnych, zmieniających się warunków środowiska nie cieszyły się jednak do tej pory dużym zainteresowanie badaczy. Warto wspomnieć, iż dotychczasowe wyniki eksperymentów prowadzonych w Katedrze Chemii Analitycznej i Ekologicznej Wydziału Chemii Uniwersytetu Opolskiego, wskazują ma znaczny potencjał grzybów pleśniowych, w aspekcie biodegradacji pochodnych fosfonowych.



Planowane metody i narzędzia badawcze

Rozkład ksenobiotyków fosfonoorganicznych oraz możliwości mineralizacji tych substancji sprawdzone zostaną z wykorzystaniem tak klasycznych technik hodowli mikroorganizmów – w przypadku grzybów strzępkowych będą to hodowle na stałych i płynnych pożywkach Czapka modyfikowanych wybranymi związkami aminofosfonowymi – jak i za pomocą odpowiednich technik NMR. Ponadto efekt ilościowy, a po części także jakościowy procesu biodegradacji oceniany będzie w oparciu o wyniki analiz chromatograficznych TLC, HPLC czy GC.


Innowacyjność oraz przydatność dla rozwoju regionu

Znaczna część planowanego zakresu pracy związana jest z badaniami podstawowymi związanymi z możliwością wykorzystania grzybów strzępkowych w procesach biotechnologicznych. Dziedzina ta, przez wielu specjalistów uznana za najbardziej dynamicznie rozwijającą się gałąź biotechnologii w trakcie ostatnich lat, stwarza niezwykłe możliwości w zestawieniu z kosztami prowadzonych badań. Wciąż nieznaczna, w odniesieniu do liczebności taksonu ilość gatunków i szczepów grzybów pleśniowych aktualnie wykorzystywanych w procesach biotechnologicznych, imponujące możliwości adaptacji, rosnący udział w rynku nowych technologii, a przy tym relatywnie nieskomplikowana hodowla tych organizmów nawet na skalę przemysłową, potwierdzają słuszność tej tezy.

Innowacyjność prowadzonych badań polega na stworzeniu podstaw racjonalnego wykorzystaniu grzybów strzępkowych do utylizacji ksenobiotyków aminofosfonowych, co może prowadzić do opracowania bezpiecznych i tanich sposobów detoksykacji wód powierzchniowych i gleby. Ma to niezwykle istotne znaczenie w naszym regionie, w którym zarówno rolnictwo, jak i przemysł chemiczny są wysoce rozwinięte, a to skutkuje obecnością ponadnormatywnych, ilości szkodliwych dla środowiska przyrodniczego substancji zawierających różne formy fosforu w strukturach molekuł. Jednym z bardziej obrazowych zagrożeń, jakie niosą tego typu ksenobiotyki są regularne zakwity wód Jeziorach Turawskich cieszących się dużą popularnością wśród mieszkańców Opolszczyzny. Konsekwencją tego zjawiska jest gwałtowne pogorszenie jakości wód powierzchniowych, co w przypadku Jezior Turawskich doprowadziło niemal do zaniku turystyki na tym terenie, a w dłuższej perspektywie grozi skażeniem wód głębinowych i ujęć wody pitnej.

Nowością w badaniach nad rozkładem mikrobiologicznym związków fosfonoorganicznych jest także wprowadzenie metody magnetycznego rezonansu jądrowego, a w szczególności techniki in vivo 31P NMR do śledzenia bieżących zmian zawartości różnych form fosforu w środowisku życia mikroorganizmów. Przewagą techniki 31P NMR nad innymi stosowanymi do tej pory sposobami badań biodegradacji fosfonianów przez grzyby strzępkowe (pomiar masy suchej grzybni, HPLC, GC-MS) jest nie tylko mniejsza praco- i czasochłonność, ale także możliwość śledzenie przemian form fosforu w czasie rzeczywistym.





dol