Details

Данная работа посвящена изучению закономерностей роста аэробных термофильных бактерий рода Geobacillus при культивировании на минеральных питательных средах с различными источниками углерода в условиях температурного стресса. Задачи, которые решались в ходе исследования: 1) Изучение теоретических и практических аспектов влияния температурного режима на физиологические свойства бактерий рода Geobacillus; 2) Исследование морфологических и культуральных характеристик штаммов Geobacillus; 3) Изучение динамики роста штаммов на модифицированной среде Ворошиловой-Диановой с добавлением глюкозы и ацетата натрия при температурах 65 °С и 50 °С; 4) Сравнительная оценка влияния температуры и углеродного субстрата на скорость накопления биомассы. Объекты исследования – штаммы бактерий Geobacillus 103, Geobacillus факел и Geobacillus I сор, полученные из коллекции микроорганизмов ФГБНУ «Агрофизический научно-исследовательский институт». Работа выполнена на базе Высшей школы биотехнологий и пищевых производств Института биомедицинских систем и биотехнологий СанктПетербургского политехнического университета Петра Великого. Анализируемыми параметрами были морфологические и культуральные свойства штаммов, динамика оптической плотности культуральной жидкости, длительность лаг-фазы, экспоненциального и стационарного периодов роста, а также величина максимальной биомассы при различных сочетаниях температуры и источника углерода. В ходе исследования установлено, что все изученные штаммы относятся к группе грамположительных палочковидных термофильных бактерий с терминальной локализацией овальных эндоспор и демонстрируют родовые культуральные признаки. При температуре культивирования 65 °С штамм Geobacillus 103 достиг наибольшей биомассы на среде с ацетатом натрия (7,65 у.е.), тогда как Geobacillus факел продемонстрировал максимальный прирост на глюкозе (8,11 у.е.). Штамм Geobacillus I сор при данных условиях показал нестабильную динамику на ацетатном субстрате, что, вероятно, обусловлено токсическим действием метаболитов или истощением коферментов. При снижении температуры до 50 °С у штаммов Geobacillus 103 и Geobacillus I сор отмечено переключение метаболического предпочтения в пользу глюкозы, в то время как Geobacillus факел сохранил способность к пролиферации, однако с выраженной начальной адаптационной просадкой. Лаг-фаза при резком температурном сдвиге оставалась короткой для всех культур, что свидетельствует о высокой адаптивной пластичности изученных изолятов. Полученные данные могут быть использованы при подборе штаммовпродуцентов термостабильных метаболитов и ферментов, а также при разработке оптимальных режимов лабораторного и промышленного культивирования. Для математической обработки результатов и оформления работы использованы компьютерные программы и платформы: Microsoft Word, Microsoft Excel, GraphPad Prism, eLIBRARY.RU, cyberleninka.ru, PubMed, Google Scholar.

This work is devoted to the study of growth patterns of aerobic thermophilic bacteria of the genus Geobacillus cultivated on mineral nutrient media with different carbon sources under temperature stress conditions. The following tasks were solved during the research: 1) Study of theoretical and practical aspects of the influence of temperature regime on the physiological properties of Geobacillus bacteria; 2) Investigation of morphological and cultural characteristics of Geobacillus strains; 3) Study of the growth dynamics of strains on modified Voroshilova-Dianova medium supplemented with glucose and sodium acetate at 65 °C and 50 °C; 4) Comparative assessment of the influence of temperature and carbon substrate on the rate of biomass accumulation. Objects of research – bacterial strains Geobacillus 103, Geobacillus fakel and Geobacillus I sor obtained from the collection of microorganisms of the Federal State Budgetary Scientific Institution «Agrophysical Research Institute» (FSBSI AFI). 3 The work was carried out at the Higher School of Biotechnology and Food Production of the Institute of Biomedical Systems and Biotechnologies of Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University. The analyzed parameters included morphological and cultural properties of the strains, dynamics of optical density of the cultural liquid, duration of the lag phase, exponential and stationary growth periods, as well as the maximum biomass value under various combinations of temperature and carbon source. During the study it was established that all examined strains belong to the group of gram-positive rod-shaped thermophilic bacteria with terminal oval endospores and exhibit generic cultural traits. At a cultivation temperature of 65 °C, the strain Geobacillus 103 reached the highest biomass on sodium acetate medium (7.65 a.u.), whereas Geobacillus fakel showed maximum growth on glucose (8.11 a.u.). The strain Geobacillus I sor demonstrated unstable dynamics on the acetate substrate under these conditions, probably due to toxic metabolite effects or coenzyme depletion. Upon temperature reduction to 50 °C, strains Geobacillus 103 and Geobacillus I sor switched their metabolic preference to glucose, while Geobacillus fakel retained proliferative capacity but with a pronounced initial adaptive decline. The lag phase during the abrupt temperature shift remained short for all cultures, indicating high adaptive plasticity of the studied isolates. The obtained data can be applied for selecting strains producing thermostable metabolites and enzymes, as well as for developing optimal regimes of laboratory and industrial cultivation. For mathematical processing of results and thesis formatting the following computer programs and platforms were used: Microsoft Word, Microsoft Excel, GraphPad Prism, eLIBRARY.RU, cyberleninka.ru, PubMed, Google Scholar.