Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований
ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,593

ВЛИЯНИЕ РЕЖИМОВ ОБРАБОТКИ СВЧ-ИЗЛУЧЕНИЯ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ДРОЖЖЕВЫХ ОРГАНИЗМОВ

Ананьева Е.П. 1 Богданова О.Ю. 1 Гурина С.В. 1
1 ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский химико-фармацевтический университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации
Исследование посвящено изучению воздействия СВЧ-излучения на микроорганизмы и является продолжением исследования по проведению многофакторного эксперимента изучения влияния режимов СВЧ-излучения на дрожжевые грибы, при проведении которого были отмечены области увеличения активности исследованных штаммов. В микробиологической практике СВЧ-обработка применяется как один из методов ингибирующего воздействия на микроорганизмы, однако может иметь и обратный эффект. Актуальность исследования продиктована необходимостью поиска внешних воздействий и их параметров для увеличения выхода клеток важных объектов биотехнологии и синтезируемых ими продуктов. В результате исследования подтвержден диапазон воздействия СВЧ-излучения при мощности работы магнетрона 600 Вт, при 6–7 с при температуре 29,3–30,1 °С, оказывающий положительный эффект усиления роста, значительного увеличения биомассы дрожжей, численности клеток и усиления биохимической активности дрожжей-продуцентов Saccharomyces cerevisiae и Rhodotorula rubra. При этом пигментирующие клетки дрожжей Rh. rubra отвечают на воздействие увеличением концентрации пигментов каротиноидов. Полученные результаты могут быть положены в основу стимулирования штаммов-продуцентов биологически активных веществ Saccharomyces cerevisiae и Rhodotorula rubra при подготовке их к промышленному применению.
дрожжевые грибы
активация роста и биохимической активности
диапазон СВЧ-излучения
1. Серба Е.М., Соколова Е.Н., Фурсова Н.А., Волкова Г.С., Борщева Ю.А., Курбатова Е.И., Куксова Е.В. Получение биологически активных добавок на основе обогащенной дрожжевой биомассы // Хранение и переработка сельхозсырья. 2018. № 2. С. 74–79.
2. Червякова О.П., Караулова С.С. Исследование каротиногенеза дрожжами Rhodotorula rubra // Успехи в химии и химической технологии. 2009. № 10 (103). С. 117–120.
3. Савчук А.В., Новик Г.И. Каротиноид синтезирующие дрожжевые грибы и их применение в биотехнологии (обзор литературы) // Пищевая промышленность: наука и технологии. 2020. Т. 13. № 3 (49). С. 70–83.
4. Ананьева Е.П., Богданова О.Ю., Гурина С.В. Многофакторный эксперимент в определении оптимальных диапазонов СВЧ-излучения, активизирующих рост дрожжей // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2022. № 1. С. 12–17.
5. Sartorius Stedim CERTOMAT® CTplus Specifications. [Электронный ресурс]. URL: https://manualzz.com/doc/27881570/certomat-%C2%AE-ctplus (дата обращения: 12.01.2022).
6. Кузнецова Т.А., Иванченко О.Б. Морфометрическое исследование клеток дрожжей Saccharomyces cerevisiae как метод оценки их физиологического состояния // Научный журнал НИУ ИТМО. Серия «Процессы и аппараты пищевых производств». 2020. № 1 (43). С. 39–46

Актуальность исследования продиктована необходимостью поиска внешних воздействий и их параметров для увеличения выхода клеток важных объектов биотехнологии и синтезируемых ими продуктов. Дрожжевые аскомицеты Saccharomyces cerevisiae являются широко используемым модельным организмом в генетических, иммунобиологических и биотехнологических исследованиях [1], и быстрое получение их культур является важным этапом в практике. Выделенные когда-то из водной среды дрожжевые базидиомицеты Rhodotorula rubra также представляют собой важный продуцент каротиноидов [2] и экзополисахаридов, имеющих фармакологическую ценность [3].

В микробиологической практике СВЧ- обработка применяется как один из методов ингибирующего воздействия на микроорганизмы. Однако при проведении многофакторного эксперимента [4] были обнаружены параметры воздействия СВЧ-излучения низкой мощности, активирующие рост дрожжей Sac. cerevisiae и Rh. rubra. Были получены следующие параметры работы установки, при которых наблюдалась активация роста дрожжей: мощность излучения 600 Вт, температура разогрева взвеси дрожжей от 26,0 до 35,0°С, время обработки от 5 до 8 с. Результаты многофакторного эксперимента были положены в основу настоящих исследований по определению оптимальных режимов СВЧ-обработки с целью повышения активности штаммов-продуцентов.

Цель работы – изучить воздействие выбранных режимов СВЧ-обработки на рост и активность штаммов-продуцентов биотехнологических производств Sac. cerevisiae и R. rubra.

Материалы и методы исследования

Для обработки СВЧ-излучением низкой плотности мощности использовали культуры дрожжей Sac. cerevisiae ВКМ Y-378 и Rh. rubra ВКМ Y-341. Готовили взвеси дрожжей Sac. cerevisiae и Rh. rubra в физиологическом растворе массой 5,00±0,01 г каждая в стеклянных пробирках. Перед обработкой определяли начальную температуру каждой пробирки с культурами (22,1±0,1 °С). Для культивирования обработанных и контрольных образцов использовали жидкую питательную среду бульон Сабуро объёмом 25 мл, куда добавляли по 1 мл взвеси дрожжей. Культивирование проводили в колбах объёмом 100 мл, в динамических условиях при частоте вращения колб n = 100 об/мин и температуре 23,0±0,1°С в биореакторе Sartorius Stedim CERTOMAT® CTplus [5]. Для определения концентрации клеток в приготовленных взвесях культур и в культуральной жидкости при выращивании обработанных и контрольных образцов дрожжей, использовали метод прямого подсчёта клеток в счётной камере Горяева [6].

Концентрация взвеси дрожжей для обработки составила 6,7·106 КОЕ/мл. Увеличение биомассы фиксировали через 24 ч от начала культивирования. Определение концентрации биомассы дрожжей проводили через 48 ч от начала культивирования. Биохимическую активность клеток изучали при помощи теста силы подкисления. Данный тест косвенно указывает на скорость биохимических реакций в клетках по скорости снижения рН в растворе глюкозы.

Результаты исследования и их обсуждение

Результаты изменения количества клеток дрожжей после обработки представили в табл. 1.

Установлено, что значительный прирост биомассы дрожжей наблюдался для всех опытов внутри оптимального диапазона по сравнению с контрольным образцом. При этом максимальное увеличение биомассы наблюдали в опыте № 2. Концентрация клеток в нём возросла до 24,3·106 КОЕ/мл, что в 2,7 раза больше, чем в контроле. Помимо указанных выше данных значительное увеличение количества клеток в культуральной жидкости наглядно продемонстрировано при микроскопии дрожжей (рис. 1). Данное наблюдение указывает на то, что СВЧ-излучение низкой мощности способно оказывать активизирующее влияние на скорость деления клеток. При подсчёте живых клеток определили, что наибольший процент их содержится в образцах № 1 и 2, что указывает на значимость влияния факторов времени и температуры воздействия на метаболизм исследуемых дрожжей.

Результаты определения биохимической активности клеток дрожжей представлены на рис. 2.

Снижение величины рН растворов происходит быстрее в опытах № 1 и 2, что указывает на большую биохимическую активность дрожжей при данных условиях обработки в сравнении с контролем. Следует отметить снижение метаболической активности культуры в опытах № 3 и 4.

На вторые сутки культивирования определяли количество биомассы дрожжей весовым методом после отделения клеток при помощи центрифугирования и высушивания их на воздухе (рис. 3).

Таблица 1

Параметры обработки и концентрация клеток дрожжей Sac. cerevisiae

Режим обработки

Температура нагрева, °С

Мощность работы магнетрона, Вт

Время обработки, с

Концентрация клеток

КОЕ∙106/мл

Живые клетки, %

Мёртвые клетки, %

Контроль*

22,1±0,1

8,7

70,2

29,8

1

27,1±0,1

600

5

15,8

80,3

19,7

2

29,2±0,1

6

24,3

80,4

19,6

3

31,0±0,1

7

18,2

74,3

25,7

4

34,3±0,1

8

14,2

65,2

34,8

* – необработанный образец

missing image file

Рис. 1. Количество клеток дрожжей Sac. cerevisiae: 1 – контрольный образец, 2 – образец, обработанный в опыте № 2

missing image file

Рис. 2. Интенсивность снижения рН раствора глюкозы: 1–4 – номера опытов

missing image file

Рис. 3. Количество биомассы дрожжей Sac. cerevisiae

Таблица 2

Оптимальные параметры СВЧ-обработки культуры Rh. rubra

Режим обработки

Температура нагрева, °С

Мощность работы магнетрона, Вт

Время обработки, с

Концентрация клеток

КОЕ∙106/мл

Живые клетки, %

Мёртвые клетки, %

Контроль*

22,1±0,1

6,2

68,1

31,9

1

26,0±0,1

600

5

17,1

77,2

22,8

2

29,3±0,1

6

23,0

78,7

21,3

3

30,1±0,1

7

21,0

70,1

29,9

4

35,4±0,1

8

17,4

64,7

35,3

* – необработанный образец

missing image file

Рис. 4. Количество клеток дрожжей Rh. rubra 1 – контрольный образец, 2 – образец, обработанный в опыте № 2

missing image file

Рис. 5. Изменение пигментации дрожжей Rh. rubra к – контроль, 1–4 – образцы, обработанные в опытах № 1–4 соответственно

Наибольшее количество биомассы образовывалось при температуре облучения 29,2±0,1°С и времени 6 с, что было больше, чем в контроле, в 2,8 раз, тем самым подтверждая ранее полученные результаты (рис. 2).

Результаты воздействия СВЧ-излучения низкой мощности на пигментированные дрожжи Rh. rubra представлены в табл. 2.

Значительное увеличение биомассы дрожжей наблюдали во всех обработанных образцах по сравнению с контролем.

missing image file

Рис. 6. Количество биомассы дрожжей Rh. rubra

При этом максимальный прирост биомассы наблюдали при температурах 29,3±0,1°С и 30,1±0,1°С, концентрация клеток в которых возросла в 3,7 и в 3,4 раз по сравнению с необработанным образцом. Также увеличение количества клеток продемонстрировано на рис. 4 при микроскопии.

При подсчёте живых клеток установили, что наибольший процент их содержится в образцах, обработанных при температурах 26,0±0,1 °С и 29,3±0,1 °С (образцы № 1 и 2).

Также после обработки СВЧ-излучением в оптимальном диапазоне отметили усиление пигментации всех обработанных культур в сравнении с контролем, что косвенно указывает на увеличение биохимической активности клеток (рис. 5), что, вероятно, связано с откликом дрожжей Rh. rubra на воздействие излучения защитной реакцией увеличения синтеза пигментов-каротиноидов.

Выход биомассы дрожжей Rh. rubra определяли на вторые сутки культивирования (рис. 6).

Показано, что наибольший прирост биомассы соответствовал культурам, обработанным в диапазонах от 29,3±0,1°С (6 с) до 30,1±0,1°С (7 с). Концентрация биомассы в этих образцах оказалась выше в 5,7 и в 4,8 раз по сравнению с контролем.

Заключение

На основе анализа полученных результатов показано, что СВЧ-излучение низкой мощности оказывает стимулирующее действие на клетки дрожжей Rhodotorula rubra и Saccharomyces cerevisiae в определённых диапазонах обработки, а именно: мощность излучения 600 Вт, температура нагрева от 26,0 до 35,0°С, время обработки от 5 до 8 с. При этом диапазон усиления активности для исследуемых объектов не различался. Для обоих видов дрожжей стимулирующее воздействие СВЧ-излучения подтверждено в диапазоне мощности работы магнетрона 600 Вт, при 6–7 с при температуре не выше 30,1 °С. Показано, что данные параметры обработки приводят к максимальному увеличению количества живых клеток дрожжей и их биохимической активности, что может быть использовано в перспективе для стимулирования промышленных штаммов-продуцентов БАВ Saccharomyces cerevisiae и Rhodotorula rubra.


Библиографическая ссылка

Ананьева Е.П., Богданова О.Ю., Гурина С.В. ВЛИЯНИЕ РЕЖИМОВ ОБРАБОТКИ СВЧ-ИЗЛУЧЕНИЯ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ДРОЖЖЕВЫХ ОРГАНИЗМОВ // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2022. – № 3. – С. 7-11;
URL: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=13359 (дата обращения: 09.10.2024).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1,674